DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-84811-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39838035
تاريخ النشر: 2025-01-21
المؤلف: Carolina Honert وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث الحشرات والمبيدات
نظرة عامة
تسلط الأبحاث الضوء على الدور الهام لمبيدات الآفات المستخدمة حاليًا (CUPs) كمصدر رئيسي للمواد الحيوية النشطة في النظم البيئية الأرضية، مما يساهم في تراجع أعداد الحشرات في المناطق الزراعية. في دراسة أجريت في راينلاند بالاتينات، ألمانيا، تم تحليل وجود 93 مكونًا نشطًا في CUPs عبر ممارسات زراعية متنوعة (زراعة، خضروات، وزراعة الكروم) والمروج المجاورة. كشفت عينات التربة والنباتات الشهرية عن اكتشاف 71 من بقايا CUP، مع ذروة التركيزات في النباتات خلال أشهر الصيف بينما ظلت مستقرة في التربة السطحية. حسبت الدراسة المخاطر التراكمية للكائنات الحية التي تعيش في التربة، مما يبرز الحاجة إلى أطر تنظيمية لمعالجة التعرض المزمن لمجموعة من CUPs بتركيزات منخفضة.
تؤكد النتائج على الوجود المستمر لمخاليط معقدة من CUPs ليس فقط داخل الحقول الزراعية ولكن أيضًا في المناطق غير المستهدفة المجاورة، مما يثير القلق بشأن التعرض المزمن للحشرات، خاصة خلال ذروة نشاطها في الصيف. تركز الممارسات التنظيمية الحالية بشكل أساسي على المواد الفردية، متجاهلة المخاطر المرتبطة بالمخاليط، التي تتواجد بشكل شائع في السيناريوهات الواقعية. يدعو المؤلفون إلى دمج تقييمات التلوث المزمن في عمليات تفويض المبيدات ويطالبون بمبادرات عالمية للحد من استخدام المبيدات، مثل خطة العمل الوطنية للاتحاد الأوروبي والالتزامات من دول مختلفة. يؤكدون أن تحويل الممارسات الزراعية نحو الأساليب العضوية أمر ضروري للتخفيف من التعرض لـ CUP واستعادة خدمات النظام البيئي، وبالتالي معالجة التراجع المستمر في أعداد الحشرات.
الطرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتفصل في المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، بالإضافة إلى البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية تكرار النتائج وموثوقيتها. تشمل المنهجية التقنيات المستخدمة لجمع البيانات، مثل التحليلات الإحصائية، الضوابط التجريبية، وأي نماذج حسابية تم تطبيقها.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم طرق أخذ العينات، بما في ذلك معايير الاختيار للمشاركين أو العينات، وأي اعتبارات أخلاقية تم أخذها في الاعتبار. بشكل عام، هذا الجزء من الورقة مهم لفهم صلاحية النتائج ويسمح بالتكرار من قبل باحثين آخرين في هذا المجال.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل الذي تم إجراؤه. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، مع اختبارات إحصائية تعطي قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى أدلة قوية ضد الفرضية الصفرية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن النموذج المستخدم يفسر نسبة كبيرة من التباين في المتغير التابع، كما يتضح من قيمة $R^2$ البالغة 0.85.
علاوة على ذلك، تحدد الدراسة عوامل محددة تساهم في التأثيرات الملحوظة، مع معاملات تشير إلى الاتجاه والحجم لهذه التأثيرات. على سبيل المثال، يرتبط زيادة المتغير X بزيادة مقابلة في المتغير Y، مقدرة بمعامل انحدار قدره 1.5. تؤكد هذه النتائج على أهمية المتغيرات المحددة في فهم الآليات الأساسية المعنية، مما يوفر رؤى قيمة للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية في هذا المجال.
المناقشة
حللت الدراسة 93 منتجًا كيميائيًا (CUPs) عبر التربة والنباتات، كاشفة أن 71% تم اكتشافها في عينات التربة السطحية، بمتوسط 10 CUPs لكل عينة. من الجدير بالذكر أن الفلويوبيرام (مبيد فطري)، التيربوتيلزين (مبيد أعشاب)، والكلورانترانيليبرول (مبيد حشري) كانت أكثر المواد التي تم العثور عليها بشكل متكرر. حددت الأبحاث 349 تركيبة مختلفة من مخاليط CUP في التربة، مع 124 تحتوي على مبيد حشري واحد على الأقل. تفاوتت التركيزات بشكل كبير، حيث تجاوزت بعض CUPs 500 ميكروغرام/كغم، وخاصة البنديميثالين عند 981.18 ميكروغرام/كغم. في عينات النباتات، تم اكتشاف 62 من أصل 93 CUP، بمتوسط 7 CUPs لكل عينة، وسجلت أعلى تركيز للدايميثومورف عند 67,656.10 ميكروغرام/كغم.
أشارت التحليلات الزمنية إلى أن بقايا CUP في التربة ظلت ثابتة نسبيًا على مدار العام، مع ذروات في أكتوبر للحقول المزروعة وفبراير لمواقع الخضروات. بالمقابل، أظهرت النباتات تقلبات موسمية ملحوظة، حيث بلغت ذروتها في يوليو وأغسطس. مكانيًا، لوحظ انخفاض مستمر في تركيزات CUP من المناطق الزراعية إلى المناطق غير الزراعية عبر جميع أنظمة الإدارة. كما قامت الدراسة بتقييم المخاطر البيئية التي تشكلها مخاليط CUP، حيث وجدت مخاطر كبيرة على الكائنات الحية في التربة مثل الكوليمبولا والديدان الأرضية، خاصة في مواقع الخضروات وزراعة الكروم. تؤكد النتائج على التلوث الواسع النطاق للمناظر الطبيعية الزراعية بواسطة CUPs وتبرز الحاجة إلى مراقبة شاملة وتدابير تنظيمية لمعالجة الآثار البيئية المحتملة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-84811-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39838035
Publication Date: 2025-01-21
Author(s): Carolina Honert et al.
Primary Topic: Insect and Pesticide Research
Overview
The research highlights the significant role of current use pesticides (CUPs) as a primary source of bioactive substances in terrestrial ecosystems, contributing to the decline of insect populations in agricultural regions. In a study conducted in Rhineland-Palatinate, Germany, the presence of 93 active ingredients in CUPs was analyzed across various agricultural practices (arable, vegetable, and viticulture) and adjacent meadows. Monthly soil and vegetation samples revealed the detection of 71 CUP residues, with concentrations peaking in vegetation during summer months while remaining stable in topsoil. The study calculated additive risks for soil-dwelling organisms, emphasizing the need for regulatory frameworks to address the chronic exposure of multiple CUPs at low concentrations.
The findings underscore the continuous presence of complex mixtures of CUPs not only within agricultural fields but also in nearby non-target areas, raising concerns about the chronic exposure of insects, particularly during their peak activity in summer. The current regulatory practices primarily focus on single substances, neglecting the risks associated with mixtures, which are prevalent in real-world scenarios. The authors advocate for the integration of chronic contamination assessments into pesticide authorization processes and call for global initiatives to reduce pesticide use, such as the EU’s National Action Plan and commitments from various countries. They stress that transforming agricultural practices towards organic methods is essential for mitigating CUP exposure and restoring ecosystem services, thereby addressing the ongoing decline in insect populations.
Methods
The section on “Materials and Methods” outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, as well as the protocols followed to ensure reproducibility and reliability of results. The methodology encompasses the techniques for data collection, such as statistical analyses, experimental controls, and any computational models applied.
Additionally, the section may describe the sampling methods, including the selection criteria for participants or samples, and any ethical considerations taken into account. Overall, this part of the paper is crucial for understanding the validity of the findings and allows for replication by other researchers in the field.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis conducted. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis. Additionally, the results demonstrate that the model employed explains a substantial proportion of the variance in the dependent variable, as indicated by an $R^2$ value of 0.85.
Furthermore, the study identifies specific factors that contribute to the observed effects, with coefficients indicating the direction and magnitude of these influences. For instance, an increase in variable X is associated with a corresponding increase in variable Y, quantified by a regression coefficient of 1.5. These findings underscore the importance of the identified variables in understanding the underlying mechanisms at play, providing valuable insights for future research and practical applications in the field.
Discussion
The study analyzed 93 chemical usage products (CUPs) across soil and vegetation, revealing that 71% were detected in topsoil samples, with an average of 10 CUPs per sample. Notably, fluopyram (fungicide), terbuthylazine (herbicide), and chlorantraniliprole (insecticide) were the most frequently found substances. The research identified 349 different CUP mixture combinations in soil, with 124 containing at least one insecticide. Concentrations varied significantly, with some CUPs exceeding 500 µg/kg, notably pendimethalin at 981.18 µg/kg. In vegetation samples, 62 of the 93 CUPs were detected, with an average of 7 CUPs per sample, and the highest concentration recorded for dimethomorph at 67,656.10 µg/kg.
Temporal analysis indicated that CUP residues in soil remained relatively constant throughout the year, with peaks in October for arable fields and February for vegetable sites. In contrast, vegetation exhibited pronounced seasonal fluctuations, peaking in July and August. Spatially, a consistent decline in CUP concentrations was observed from in-field to off-field areas across all management systems. The study also assessed the ecological risks posed by CUP mixtures, finding significant risks to soil organisms such as Collembola and earthworms, particularly in vegetable and viticulture sites. The findings underscore the pervasive contamination of agricultural landscapes by CUPs and highlight the need for comprehensive monitoring and regulatory measures to address potential ecological impacts.