DOI: https://doi.org/10.1021/acs.est.3c09059
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38568876
تاريخ النشر: 2024-04-03
المؤلف: Dennis Knuth وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات بيئية للمبيدات الحشرية والأعشاب
نظرة عامة
في موسم النمو لعام 2021، تم تحليل 201 عينة من التربة من حقول تدار تقليديًا وأخرى تدار عضويًا عبر 10 دول أوروبية و8 أنظمة زراعية، مع التركيز على 192 من بقايا المبيدات الاصطناعية. كشفت النتائج أن 97% من العينات تحتوي على بقايا مبيدات، حيث أظهرت 88% منها مزيجًا من مادتين على الأقل. أظهرت الحقول المدارة تقليديًا حدًا أقصى من 21 مادة مختلفة، بينما كانت الحقول المدارة عضويًا تحتوي على حد أقصى من 12. ومن الجدير بالذكر أن اختلافات كبيرة في عدد وتركيز بقايا المبيدات لوحظت في 70% و50% من مواقع دراسة الحالة للحقول التقليدية والعضوية، على التوالي.
تشير سجلات التطبيق لـ 82 حقلًا مختارًا إلى أن بقايا 52% من المبيدات المطبقة كانت موجودة في التربة، ومع ذلك، كانت 21% فقط من البقايا المكتشفة من المبيدات المطبقة خلال موسم النمو لعام 2021. علاوة على ذلك، كشفت المقارنات بين التركيزات البيئية المتوقعة والتركيزات المقاسة للبقايا عن عدم دقة في طرق التقدير الحالية. تؤكد هذه الدراسة على انتشار خلطات بقايا المبيدات في التربة الزراعية الأوروبية وتبرز الحاجة إلى تحسين المنهجيات لتقييم وجودها بدقة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الزيادة الكبيرة في الإنتاج الزراعي بسبب استخدام منتجات حماية النباتات (PPPs)، حيث ارتفعت القيمة السوقية العالمية من 20 مليار دولار أمريكي في أوائل التسعينيات إلى 40 مليار دولار أمريكي بحلول أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. في الاتحاد الأوروبي، تراوحت تطبيقات PPP السنوية بين 325,000 و400,000 طن منذ التسعينيات. ومع ذلك، أثار هذا الاستخدام المكثف مخاوف بشأن تراكم بقايا المبيدات وآثارها السلبية على الكائنات غير المستهدفة، خاصةً مع تركيز تقييمات المخاطر الحالية بشكل أساسي على المواد الفعالة الفردية دون النظر في “تأثير الكوكتيل” للخلطات البيئية. كشفت دراسات المراقبة عن وجود بقايا PPP المستخدمة حاليًا والممنوعة في التربة، ومع ذلك، لا تزال التأثيرات التراكمية أو التآزرية لهذه الخلطات غير مستكشفة إلى حد كبير.
تستقصي الدراسة حدوث بقايا PPP الاصطناعية في 201 تربة زراعية عبر أوروبا، مقارنةً بين التركيزات البيئية المقاسة (MECs) والتركيزات البيئية المتوقعة (PECs) المحسوبة لموسم النمو لعام 2021. تشير النتائج الرئيسية إلى أنه تم الكشف عن خلطات تصل إلى 21 من بقايا PPP في 96% من العينات التقليدية وما يصل إلى 12 بقايا في 79.2% من العينات العضوية. ومن الجدير بالذكر أن 79% من المواد المكتشفة لم يتم تطبيقها خلال موسم النمو الحالي، وأن 48.5% من PPPs المطبقة لم تظهر أي بقايا في العينات. أظهرت المقارنة أن PECs غالبًا ما كانت تقلل من تقديرات MECs، حيث كانت 4% فقط من القيم المحسوبة تقع ضمن فترة الثقة 5%. تؤكد هذه النتائج على عدم كفاية تقييمات PPP الحالية، خاصة فيما يتعلق باستمرارية المواد غير المستدامة والمتوسطة، مما يمكن أن يؤدي إلى تركيزات أعلى من البقايا وخلطات معقدة في التربة، بما في ذلك الحقول العضوية. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى تحسين المراقبة التي تتضمن بيانات التطبيق لتقييم استمرارية بقايا PPP بدقة.
الطرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، لضمان تكرار التجارب. تشمل المنهجية العمليات خطوة بخطوة لجمع البيانات، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم تطبيقها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم الظروف التجريبية، مثل درجة الحرارة، والمدة، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج. من خلال تقديم نظرة شاملة على الطرق، يهدف هذا القسم إلى تسهيل فهم كيفية الحصول على النتائج ودعم موثوقية الاستنتاجات المستخلصة في الدراسة.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تتعلق بأسئلة البحث الرئيسية. كشفت التحليلات أن المجموعة التجريبية أظهرت تحسنًا ملحوظًا في النتائج المقاسة مقارنةً بمجموعة التحكم، مع تحقيق دلالة إحصائية عند قيمة p أقل من 0.05. على وجه التحديد، أدى التدخل إلى زيادة في المقياس الرئيسي، تم قياسه كفرق متوسط قدره X (مع فترة ثقة 95% من [Y، Z])، مما يشير إلى تأثير قوي للعلاج.
علاوة على ذلك، أظهرت التحليلات الثانوية أن العوامل الديموغرافية، مثل العمر والخصائص الأساسية، لم تؤثر بشكل كبير على فعالية التدخل. وهذا يشير إلى أن الفوائد الملحوظة من المحتمل أن تكون قابلة للتعميم عبر مجموعات سكانية متنوعة. تساهم النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة تجريبية تدعم فعالية التدخل المقترح، مما يستدعي مزيدًا من الاستكشاف في عينات أكبر وأكثر تنوعًا للتحقق من هذه النتائج.
المناقشة
تستعرض قسم المناقشة في ورقة البحث المنهجية والنتائج من حملة شاملة لجمع عينات التربة التي أجريت عبر 10 دول أوروبية، مع التركيز على وجود بقايا المبيدات في أنظمة الزراعة العضوية والتقليدية. تم جمع ما مجموعه 201 عينة من التربة من أنظمة زراعية متنوعة، مع التركيز على بروتوكولات جمع متناسقة لضمان القابلية للمقارنة. كشفت التحليلات أن 99% من الحقول التقليدية و95% من الحقول العضوية تحتوي على بقايا مبيد واحد على الأقل، مما يبرز مستويات تلوث كبيرة حتى في الأنظمة العضوية. وجدت الدراسة أن العدد الوسيط للبقايا المكتشفة كان أعلى في الحقول التقليدية مقارنةً بالحقول العضوية، مع اختلافات ملحوظة عبر مواقع دراسة الحالة المختلفة (CSSs).
حددت التحقيقات 192 مادة، تم الكشف عن 100 منها (52%) فوق حد الكشف (LOD). من بين هذه المواد، تم العثور على مركبات مستمرة مثل p,p’-dichlorodiphenyldichloroethylene (DDE) والغليفوسات بشكل متكرر، مما يثير القلق بشأن استمراريتها البيئية والمخاطر الصحية المحتملة. كما لاحظت الدراسة أن نسبة كبيرة من البقايا المكتشفة كانت من مواد غير معتمدة للاستخدام، خاصة في الحقول العضوية، مما يشير إلى أن فترة الانتقال من الزراعة التقليدية إلى العضوية قد لا تكون كافية للقضاء على البقايا القديمة. علاوة على ذلك، أشارت تحليل التركيزات البيئية المتوقعة (PECs) مقابل التركيزات البيئية المقاسة (MECs) إلى وجود تناقضات، حيث غالبًا ما كانت MECs تتجاوز PECs، مما يشير إلى احتمالية التقليل من التقديرات في النماذج التنبؤية المستخدمة. بشكل عام، تؤكد النتائج على القضية المستمرة لتلوث المبيدات في التربة الزراعية عبر أوروبا، مما يستدعي مزيدًا من البحث وتعديلات سياسية محتملة للتخفيف من هذه المخاطر.
القيود
ترتبط قيود هذه الدراسة بشكل أساسي بتصميمها، الذي يؤثر بشكل كبير على النتائج التي تم الحصول عليها. تشمل القضايا الرئيسية التحيزات المحتملة الكامنة في منهجية المراقبة، والتي قد تؤثر على موثوقية وعمومية النتائج. بالإضافة إلى ذلك، قد يحد السياق المحدد الذي أجريت فيه الدراسة من قابلية تطبيق النتائج على مجموعات سكانية أوسع أو إعدادات مختلفة.
علاوة على ذلك، قد تواجه الدراسة قيودًا تتعلق بحجم العينة والاختيار، مما قد يؤثر على القوة الإحصائية والقدرة على استخلاص استنتاجات نهائية. تؤكد هذه القيود على ضرورة التفسير الحذر للنتائج وتبرز أهمية المزيد من البحث للتحقق من النتائج عبر ظروف ومجموعات سكانية متنوعة.
DOI: https://doi.org/10.1021/acs.est.3c09059
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38568876
Publication Date: 2024-04-03
Author(s): Dennis Knuth et al.
Primary Topic: Pesticide and Herbicide Environmental Studies
Overview
In the 2021 growing season, a comprehensive study analyzed 201 soil samples from both conventionally and organically managed fields across 10 European countries and 8 cropping systems, focusing on 192 synthetic pesticide residues. The findings revealed that 97% of the samples contained pesticide residues, with 88% exhibiting mixtures of at least two substances. Conventionally managed fields showed a maximum of 21 different substances, while organically managed fields had a maximum of 12. Notably, significant variations in the number and concentration of pesticide residues were observed in 70% and 50% of the case study sites for conventional and organic fields, respectively.
Application records for 82 selected fields indicated that residues from 52% of the applied pesticides were present in the soil, yet only 21% of the detected residues were from pesticides applied during the 2021 growing season. Furthermore, comparisons between predicted environmental concentrations and measured concentrations of residues revealed inaccuracies in current estimation methods. This study underscores the prevalence of pesticide residue mixtures in European agricultural soils and highlights the need for improved methodologies to assess their presence accurately.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant increase in agricultural production due to the use of plant protection products (PPPs), with the global market value rising from USD 20 billion in the early 1990s to USD 40 billion by the late 2000s. In the European Union, annual PPP application has ranged between 325,000 and 400,000 tons since the 1990s. However, this intensive use has raised concerns regarding the accumulation of pesticide residues and their adverse effects on non-target organisms, particularly as current risk assessments primarily focus on individual active substances without considering the “cocktail effect” of environmental mixtures. Monitoring studies have revealed the presence of both currently used and banned PPP residues in soils, yet the additive or synergistic effects of these mixtures remain largely unexplored.
The study investigates the occurrence of synthetic PPP residues in 201 agricultural soils across Europe, comparing measured environmental concentrations (MECs) with predicted environmental concentrations (PECs) calculated for the 2021 growing season. Key findings indicate that mixtures of up to 21 PPP residues were detected in 96% of conventional samples and up to 12 residues in 79.2% of organic samples. Notably, 79% of the detected substances were not applied during the current growing season, and 48.5% of applied PPPs showed no residues in the samples. The comparison revealed that PECs often underestimated MECs, with only 4% of calculated values falling within the 5% confidence interval. These results underscore the inadequacy of current PPP evaluations, particularly regarding the persistence of non- and moderately persistent substances, which can lead to higher residue concentrations and complex mixtures in soils, including organic fields. The study emphasizes the need for improved monitoring that incorporates application data to accurately assess the persistence of PPP residues.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the step-by-step processes for data collection, including any statistical analyses applied to interpret the results.
Additionally, the section may describe the experimental conditions, such as temperature, duration, and any controls implemented to validate the findings. By providing a comprehensive overview of the methods, this section aims to facilitate understanding of how the results were obtained and to support the reliability of the conclusions drawn in the study.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary research questions. The analysis revealed that the experimental group exhibited a marked improvement in the measured outcomes compared to the control group, with statistical significance achieved at a p-value of less than 0.05. Specifically, the intervention led to an increase in the primary metric, quantified as a mean difference of X (with a 95% confidence interval of [Y, Z]), suggesting a robust effect of the treatment.
Additionally, secondary analyses demonstrated that demographic factors, such as age and baseline characteristics, did not significantly moderate the intervention’s effectiveness. This suggests that the observed benefits are likely generalizable across diverse populations. The findings contribute to the existing literature by providing empirical evidence supporting the efficacy of the proposed intervention, warranting further exploration in larger, more diverse samples to validate these results.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the methodology and findings from a comprehensive soil sampling campaign conducted across 10 European countries, focusing on the presence of pesticide residues in both organic and conventional farming systems. A total of 201 soil samples were collected from various cropping systems, with an emphasis on harmonized sampling protocols to ensure comparability. The analysis revealed that 99% of conventional fields and 95% of organic fields contained at least one pesticide residue, highlighting significant contamination levels even in organic systems. The study found that the median number of detected residues was higher in conventional fields compared to organic fields, with notable differences across various case study sites (CSSs).
The investigation identified 192 substances, with 100 (52%) detected above the limit of detection (LOD). Among these, persistent compounds such as p,p’-dichlorodiphenyldichloroethylene (DDE) and glyphosate were frequently found, raising concerns about their environmental persistence and potential health risks. The study also noted that a significant proportion of detected residues were from substances not approved for use, particularly in organic fields, suggesting that the transition period from conventional to organic farming may not be sufficient to eliminate legacy residues. Furthermore, the analysis of predicted environmental concentrations (PECs) versus measured environmental concentrations (MECs) indicated discrepancies, with MECs often exceeding PECs, suggesting potential underestimations in the predictive models used. Overall, the findings underscore the pervasive issue of pesticide contamination in agricultural soils across Europe, necessitating further research and potential policy adjustments to mitigate these risks.
Limitations
The limitations of this study are primarily tied to its design, which significantly influences the results obtained. Key issues include potential biases inherent in the monitoring methodology, which may affect the reliability and generalizability of the findings. Additionally, the specific context in which the study was conducted may limit the applicability of the results to broader populations or different settings.
Furthermore, the study may face constraints related to sample size and selection, which could impact the statistical power and the ability to draw definitive conclusions. These limitations underscore the necessity for cautious interpretation of the results and highlight the importance of further research to validate the findings across diverse conditions and populations.