Использование пестицидов может привести к накоплению токсичных и экологически вредных остатков в почве. До недавнего времени не было возможности подробно установить, к каким пестицидам это относится и в какой степени. Теперь исследователи из Центра исследований окружающей среды Гельмгольца (UFZ) в сотрудничестве с коллегами из Датского технического университета (DTU) разработали модель, которая позволяет более точно прогнозировать образование потенциально токсичных остатков. Модель может быть использована для будущей оценки опасности в процессе одобрения пестицидов Европейским химическим агентством (ECHA). Исследование опубликовано в текущем выпуске журнала Environmental Science and Technology..
По мере распада пестицидов в почве накапливаются вещества, известные как неэкстрагируемые остатки (NER). Связанные с частицами почвы, они могут состоять из безвредной бактериальной биомассы (биогенные остатки), самого пестицида или продуктов трансформации, оказывающих токсическое действие и представляющих опасность для окружающей среды (токсичные остатки). Доля токсикологически значимых остатков варьируется от одного пестицида к другому, и предыдущие методы не позволяли это определить. «Но это важно знать, чтобы сделать оценку опасности максимально реалистичной», - говорит профессор Маттиас Кестнер, эколог-биотехнолог из UFZ.
Работая с коллегами из Датского технического университета, исследователи UFZ разработали модель, с помощью которой они могут первоначально рассчитать количество биогенных остатков, которые могут образоваться в результате процессов бактериальной деградации. Когда смоделированные биогенные остатки затем вычитаются из общего количества неэкстрагируемых остатков (НКО), которое измеряется для всех пестицидов в процессе утверждения, результатом является доля токсикологически значимых остатков. «Это остатки, которые действительно имеют значение», - говорит Кестнер. «Часто они не могут быть далее разложены микроорганизмами, поэтому они могут быть токсичными и вредными для почвы».
Модель основана на анализе химической структуры соответствующего пестицида, который подробно изучается, чтобы определить, может ли он быть использован бактериями. «Поскольку микроорганизмы в принципе могут питаться всем, что дает им энергию, даже такие загрязняющие вещества, как пестициды, могут стать для них источником пищи», - объясняет Кестнер. «Химическая связь и энергетические свойства вещества определяют, насколько легко бактерии могут его расщепить и сколько энергии они могут извлечь из него». Исследователи использовали результаты анализа для расчета количества микробной биомассы, которая потенциально может быть получена в результате разложения пестицида и которая остается в почве в виде безвредных биогенных остатков.
Для исследования ученые смоделировали биогенные остатки 40 различных пестицидов и сравнили их с измеренными значениями тестов почвы, проведенных в рамках процесса одобрения химических веществ, в ходе которого были определены количества биогенных остатков этих пестицидов.. «Было очень приятно видеть, что наши модельные расчеты в значительной степени коррелируют с фактическими измеренными значениями», - говорит Кестнер. «Это означает, что, основываясь на молекулярных свойствах, мы теперь можем заранее оценить, какие пестициды потенциально биоразлагаемы и каково вероятное количество токсичных остатков. Больше не будет необходимости в длительных сериях испытаний». Исследователи ожидают, что новая модель улучшит оценку опасности пестицидов в будущем. Есть большая вероятность, что он будет использоваться в процессе утверждения Европейским химическим агентством (ECHA).