Улучшение прогнозирования остатков пестицидов

Использование пестицидов может приводить к накоплению в почве токсичных и экологически вредных остатков. До недавнего времени не было возможности детально установить, для каких именно пестицидов это характерно и в какой степени. Теперь исследователи из Центра экологических исследований имени Гельмгольца (UFZ) совместно с коллегами из Технического университета Дании (DTU) разработали модель, которая позволяет точнее прогнозировать образование потенциально токсичных остатков. Модель может быть использована для будущей оценки опасности в процессе утверждения пестицидов Европейским агентством по химическим веществам (ECHA). Исследование опубликовано в текущем выпуске журнала Environmental Science and Technology.

По мере разложения 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 пестицида к пестициду, и предыдущие методы не позволяли её определить. «Но это важно знать, чтобы сделать оценку опасности максимально реалистичной», — говорит профессор Маттиас Кестнер, специалист по экологической биотехнологии из UFZ.

Исследователи UFZ совместно с коллегами из Технического университета Дании разработали модель, которая позволяет сначала рассчитать количество биогенных остатков, которые могут образоваться в результате бактериальных процессов разложения. Когда смоделированные биогенные остатки вычитаются из общего количества неэкстрагируемых остатков (NER) — которое измеряется для всех пестицидов в процессе утверждения — результатом становится доля токсикологически значимых остатков. «Это именно те остатки, которые действительно имеют значение, — отмечает Кестнер. — Они часто не могут быть дальше разложены микроорганизмами, поэтому могут быть токсичны и вредны для почвы».

Модель основана на анализе химической структуры конкретного пестицида, который детально исследуется, чтобы определить, могут ли его использовать бактерии. «Поскольку микроорганизмы в принципе могут питаться всем, что даёт им энергию, даже такие загрязнители, как пестициды, могут служить им источником пищи, — объясняет Кестнер. — Химические связи и энергетические свойства вещества определяют, насколько легко бактерии могут его разложить и сколько энергии они могут из него извлечь». Используя результаты анализа, исследователи рассчитали количество микробной биомассы, которая потенциально может быть произведена при разложении пестицида и остаётся в почве в виде безвредных биогенных остатков.

Для исследования учёные смоделировали биогенные остатки 40 различных пестицидов и сравнили их с измеренными значениями из почвенных тестов, проведённых в рамках процедуры утверждения химикатов, где были определены количества биогенных остатков от этих пестицидов. «Было очень приятно видеть, что наши модельные расчёты в значительной степени коррелируют с фактическими измеренными значениями, — говорит Кестнер. — Это означает, что на основе молекулярных свойств мы теперь можем заранее оценить, какие пестициды потенциально биоразлагаемы и каково вероятное количество токсичных остатков. Не будет больше необходимости в трудоёмких сериях испытаний». Исследователи ожидают, что новая модель улучшит будущую оценку опасности пестицидов. Существует высокая вероятность, что она будет использована в процессе утверждения Европейским агентством по химическим веществам (ECHA).