Fate of Pesticides in Soils: Toward an Integrated Approach of Influential Factors

Chapitre 29absen

Categorizing chlordecone potential degradation products to explore their environmental fate

EA BIOmE SUPDAT INRAInternational audienceChlordecone (C10Cl10O; CAS number 143-50-0) has been used extensively as an organochlorine insecticide but is nowadays banned and listed on annex A in The Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants (POPs). Although experimental evidences of biodegradation of this compound are scarce, several dechlorination products have been proposed by Dolfing et al. (2012) using Gibbs free energy calculations to explore different potential transformation routes. We here present the results of an in silico classification (TyPol - Typology of Pollutants) of chlordecone transformation products (TPs) based on statistical analyses combining several environmental endpoints and structural molecular descriptors. Starting from the list of putative chlordecone TPs and considering available data on degradation routes of other organochlorine compounds, we used different clustering strategies to explore the potential environmental behaviour of putative chlordecone TPs from the knowledge on their molecular descriptors. The method offers the possibility to focus on TPs present in different classes and to infer their environmental fate. Thus, we have deduced some hypothetical trends for the environmental behaviour of TPs of chlordecone assuming that TPs, which were clustered away from chlordecone, would have different environmental fate and ecotoxicological impact compared to chlordecone. Our findings suggest that mono- and di-hydrochlordecone, which are TPs of chlordecone often found in contaminated soils, may have similar environmental behaviour in terms of persistence

Identification and characterization of tebuconazole transformation products in soil by combining suspect screening and molecular typology

International audienceOnce released into the environment, pesticides generate transformation products (TPs) which may be of (eco-)toxicological importance. Past studies have demonstrated the difficulty to predict pesticide TP occurrence and their environmental risk by monitoring-driven approaches mostly used in current regulatory frameworks targeting only known toxicologically relevant TPs. We present a novel combined approach which identifies and categorizes known and unknown pesticide TPs in soil by combining suspect screening time-of-flight mass spectrometry with in silico molecular typology. This approach applies an empirical and theoretical pesticide TP library for compound identification by both non-target and target time-of-flight (tandem) mass spectrometry and structural elucidation through a molecular structure correlation program. In silico molecular typology was then used to group the detected TPs according to common molecular descriptors and to indirectly elucidate their environmental properties by analogy to known pesticide compounds having similar molecular descriptors. This approach was evaluated via the identification of TPs of the triazole fungicide tebuconazole occurring in a field dissipation study. Overall, 22 empirical and 12 yet unknown TPs were detected and categorized into three groups with defined environmental properties. This approach combining suspect screening time-of-flight mass spectrometry with molecular typology could be extended to other organic pollutants and used to rationalize the choice of TPs to be intensively studied towards a more comprehensive environmental risk assessment scheme

Calibration de systemes d'analyse de gaz-traces (CO2, NOX)

* INRA Unité Environnement et Grandes Cultures Diffusion du document : INRA Unité Environnement et Grandes Cultures Diplôme : Maîtris

Comparaison des impacts environnementaux des herbicides à large spectre et des herbicides sélectifs: Caractérisation de leur devenir dans le sol et modélisation.

L'objectif de ce travail est d'évaluer et de comparer le comportement environnemental du glyphosate, utilisé dans un contexte d'introduction de plantes génétiquement modifiées (GM), par rapport aux comportements d'autres herbicides classiquement utilisés pour le désherbage des mêmes cultures non résistantes au glyphosate: trifluraline et métazachlore pour le colza, métamitrone pour la betterave, sulcotrione pour le maïs. En effet, les conséquences sur l'environnement de ces modifications des pratiques de désherbage ont été jusqu'à présent peu étudiées. Trois sites représentatifs des principales situations où sont cultivées ces plantes, aux points de vue climatique et pédologique, ont été choisis pour cette étude (localisés près de Châlons-en-Champagne, Dijon et Toulouse). Dans la première partie de ce travail, les comportements des herbicides dans les trois sols ont été comparés au laboratoire dans les mêmes conditions (sol, température, humidité, dose). Leur rétention, dégradation dans les sols après application directe ou après absorption dans les tissus végétaux dans les cas particuliers du glyphosate et de la sulcotrione (herbicides foliaires) ont été déterminées. Dans la seconde partie, les résultats obtenus au laboratoire ont été utilisés pour estimer les impacts environnementaux des herbicides à partir de trois méthodes de précision croissante: indice de lixiviation GUS (risque de contamination des eaux souterraines), indicateur I-Phy (risque de contamination de l'air, de l'eau de surface et de l'eau souterraine), et modèle numérique de devenir des pesticides, PRZM. Les stocks et flux des herbicides et de leurs métabolites obtenus par modélisation ont ensuite été agrégés avec le modèle USES (analyse de cycle de vie et d'impacts) pour estimer les impacts finaux des différents systèmes de culture existants sur les trois sites (rotations avec colza et betterave GM ou non-GM, monoculture de maïs GM ou non-GM) sur plusieurs cibles de l'environnement (eau, sédiments, écosystèmes, population humaine). Le glyphosate est généralement l'herbicide pour lequel les risques de dispersion dans l'environnement sont les plus faibles (rétention élevée, dégradation rapide), mais ils dépendent cependant du type de sol. Les vitesses et taux de minéralisation des herbicides diminuent fortement avec la température, de même que la formation de résidus non extractibles, avec une préservation des molécules sous forme extractible donc potentiellement disponible. La formation d'un métabolite majeur plus persistant a été observée dans les cas du glyphosate (acide aminométhylphosphonique, AMPA), du métazachlore (non identifié) et de la sulcotrione (acide 2-chloro-4-méthylsulfonylbenzoïque, CMBA). En conséquence, ces métabolites présentent des risques pour l'environnement plus importants que les molécules herbicides. Enfin, l'absorption du glyphosate dans les tissus végétaux diminue sa dégradation. L'accumulation de glyphosate non dégradé dans les tissus végétaux pourrait augmenter les quantités de glyphosate dans le sol après restitution des résidus de récolte ou lors de la chute des feuilles traitées. Ce résultat a été pris en compte dans la modélisation. Le calcul de l'indice GUS a montré que les herbicides présentent peu de risque de contamination des eaux souterraines, le calcul de l'indicateur I-Phy a conduit à des résultats similaires pour les eaux souterraines, ainsi que pour les eaux de surface et l'air. Le modèle PRZM a été préalablement testé à partir d'une expérimentation en conditions de plein champ: il permet des simulations correctes du devenir des herbicides à partir des données obtenues au laboratoire, mais a néanmoins été calé dans les cas du glyphosate et de la trifluraline. Les résultats des simulations des différentes pratiques de désherbage ont montré que plus la fréquence de retour des cultures GM est élevée et plus l'impact sur l'environnement du glyphosate pourrait être important comparé aux herbicides sélectifs. En particulier, les stocks d'AMPA dans le sol après douze ans d'application annuelle de glyphosate dans une monoculture de maïs pourraient être particulièrement élevés. Du point de vue de la contamination de l'environnement par les herbicides, les bénéfices des cultures GM dépendent donc des types de sol, des cultures et des herbicides remplacés. La persistance de l'AMPA dans les sols soulève néanmoins un problème général de durabilité de cette innovation, et impose d'étudier plus en détail le comportement de cette molécule à long terme

Comparaison des impacts environnementaux des herbicides à large spectre et des herbicides sélectifs (caractérisation de leur devenir dans le sol et modélisation)

PARIS-AgroParisTech Centre Paris (751052302) / SudocSudocFranceF

Comparative environmental impacts of glyphosate and conventional herbicides when used with glyphosate-tolerant and non-tolerant crops.

The introduction of glyphosate-tolerant (GT) crops is expected to mitigate the environmental contamination by herbicides because glyphosate is less persistent and toxic than the herbicides used on non-GT crops. Here, we compared the environmental balances of herbicide applications for both crop types in three French field trials. The dynamic of herbicides and their metabolites in soil, groundwater and air was simulated with PRZM model and compared to field measurements. The associated impacts were aggregated with toxicity potentials calculated with the fate and exposure model USES for several environmental endpoints. The impacts of GT systems were lower than those of non-GT systems, but the accumulation in soils of one glyphosate metabolite (aminomethylphosphonic acid) questions the sustainability of GT systems. The magnitude of the impacts depends on the rates and frequency of glyphosate application being highest for GT maize monoculture and lowest for combination of GT oilseed rape and non-GT sugarbeet crops. The impacts of herbicide applications on glyphosate-tolerant crops could be higher than expected due to the accumulation of a metabolite of glyphosate in soils

Evaluer les risques environnementaux des pesticides : Exemple du désherbage des cultures résistantes ou non au glyphosate

Colloque du 2 décembre 2008 à DijonRisk assessment of pesticides is a key step to prevent environmental contamination. Indeed, the use of pesticides involves risks of chemical contaminations of air, water and soil leading to pollutions having toxicological (for human) and ecotoxicological (for organisms other than humans) consequences. The aim of this work was to present different methods of risk assessment of pesticides: simple methods (comparison of the number of pesticides used or of applied doses, mobility and persistence of pesticides), qualitative methods (GUS index, I-Phy indicator) and quantitative methods (numerical models: PRZM, USES). These methods have been compared during the assessment of weeding programmes of glyphosate tolerant (GT) and non-tolerant crops. Simple methods are only based on techniques and do not take into account physical characteristics of environment though the most complex methods based on fluxes (models, measures) fully take into account agro-pedo-climatic conditions. Indicators represent an intermediate solution as they consider some of the characteristics of the environment. Experimental measures are very acute but costly and they are difficult to replicate. Regarding the GT crops case study, if comparison of doses or number of pesticides applied is in favour of these crops, the use of more acute assessment methods showed that GT crops did not offer many advantages compared to non-GT crops.L’évaluation des risques des pesticides est une étape clé dans la prévention de la contamination del’environnement. En effet, l’utilisation des pesticides engendre des risques de contaminations chimiquesde l’air, de l’eau et du sol qui peuvent avoir des conséquences toxicologiques (pour l’homme) etécotoxicologiques (pour les organismes vivants autres que l’homme). L’objectif de ce travail est deprésenter différentes démarches d’évaluation des risques environnementaux liés à l’utilisation despesticides, en les illustrant avec des exemples de méthodes couramment utilisées : méthodes simples(comparaison du nombre de pesticides ou des doses appliquées, mobilité et persistance despesticides), méthodes qualitatives (indice GUS, indicateur I-Phy) et méthodes quantitatives (modèlesnumériques : PRZM, USES). A titre d’application, ces méthodes ont été comparées dans le cadre del’évaluation des stratégies de désherbage des cultures génétiquement modifiées résistantes (GT) ounon à un herbicide à large spectre d’action, le glyphosate. Les méthodes simples reposent uniquementsur les techniques et ne tiennent pas compte de l’environnement physique alors qu’à l’autre extrême,les méthodes basées sur les flux (modèles, mesures) intègrent de facto les conditions agro-pédoclimatiques.Au milieu, certains indicateurs constituent une solution intermédiaire puisqu’ils intègrentdans leur calcul quelques variables de l’environnement. Les mesures in situ sont les plus précises, maiselles sont coûteuses et il est difficile de les multiplier. L’application au cas des cultures GT a montré quela comparaison des doses ou des quantités d’herbicides utilisés est très favorable à ces cultures, maisque plus les méthodes d’évaluation utilisées sont précises, moins les cultures GT semblent présenterd’avantages déterminants par rapport aux cultures conventionnelles