Ekologi Pencemaran Tanah.docx

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Konsumsi tahunan pestisida di seluruh dunia telah mencapai 2,7 × 106 ton dalam beberapa tahun terakhir (FAO, 2017) dan dapat semakin meningkat karena meningkatnya populasi manusia, perubahan iklim, dan meningkatnya tekanan hama (Network, 2016). Telah dilaporkan bahwa sisa pestisida dapat muncul di daerah murni seperti air tanah, hutan pegunungan air laut dan area kutub (Morris et al., 2016). Selain itu, banyak pestisida yang digunakan saat ini telah dilaporkan sebagai senyawa persisten, bioakumulasi, dan beracun dan terdaftar sebagai kandidat potensial untuk substitusi dan / atau sebagai polutan prioritas (Komisi Eropa, 2015). Ini menunjukkan bahwa pestisida harus dipantau secara sistematis di lingkungan dan risiko mereka terhadap organisme non-target harus dipertimbangkan dengan cermat. Pada 2015, tujuh puluh lima tanah subur Ceko dianalisis untuk kehadiran 53 pestisida yang baru-baru ini digunakan dan 15 produk transformasi (Hvězdová et al., 2018). Pestisida yang paling sering ditemukan adalah herbisida triazine yang diwakili terutama oleh produk transformasi atrazin (dilarang selama satu dekade terakhir), yaitu, 2-hydroxyatrazine (39% dari tanah, kadarnya hingga 0,123 mg/kg), dan fungisida conazole, yaitu epoxiconazole (48% dari tanah, hingga 0,031 mg/kg), tebuconazole (36% dari tanah, hingga 0,028 mg/kg), flilazazole (23% dari tanah, hingga 0,019 mg/kg), dan prochloraz (21% dari tanah, hingga 0,028 mg/kg). Dari pestisida yang diteliti, pendimethalin disajikan pada konsentrasi tertinggi (0,139 mg / kg) (Hvězdová et al., 2018). Meskipun temuan ini mungkin mengkhawatirkan sendiri (Hvězdová et al., 2018), mereka tidak memberikan gambaran lengkap tentang risiko nyata yang terkait dengan keberadaan residu pestisida di tanah.

1.2 Rumusan Masalah 1. Apakah sisa pestisida kimia akan semakin menghilang dari tanah untuk menurunkan isinya, 2. Apa tingkat paparan aktual sisa pestisida lapangan ini ke non-target, 3. Apakah sisa pestisida menimbulkan potensi yang signifikan untuk bioakumulasi dalam biota tanah dan jaring makanan. Untuk menjawab rumusan masalah diatas, tanah yang paling terkontaminasi dari Hvězdová et al. (2018) menjadi sasaran studi mikrokosmos laboratorium untuk mengukur penyebaran sisa pestisisa jangka panjang, penyerapannya ke tanaman selada dan cacing tanah serta tingkat eksposurnya dalam air melalui Solid –Phase Microextraction (SPME) atau fasa padatan mikro ekstraksi. Secara paralel, skenario terburuk yang terdiri dari pemaparan titik akhir biologis dan serat SPME ke pasir yang terkontaminasi laboratorium (untuk cacing tanah) dan tanah (untuk tanaman) dilakukan. Hal ini memungkinkan perbandingan antara nasib, partisi dan ketersediaan hayati bahan kimia yang baru ditambahkan dan yang sudah tua (bidang), yang dari sudut pandang penilaian risiko merupakan contoh dari skenario terburuk dan skenario nyata, masing-masing. .

1.3 Tujuan Secara umum tujuan adalah untuk penelitian ini meningkatkan pemahaman kita tentang ancaman yang terkait dengan penggunaan pestisida sebelumnya (misalnya, melalui penilaian sistematis tentang perilaku 2-hydroxyatrazine) dan penggunaan pestisida saat ini yang diperiksa oleh UE untuk bahaya (misalnya, fungisida conazole). Ini juga berkontribusi pada kuantifikasi tingkat residu pestisida yang dapat diterima di tanah yang tidak mungkin menimbulkan risiko bagi spesies non-target dan kontaminasi jaringan makanan pada musim tanam berikutnya.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Sampel dan Bahan Kimia Pasir (partikel N50% berukuran 0,05-0,2 mm) dibeli dari Filtrační Písky, sro (Hornbach, Chlum). Standar kimia pestisida (epoxiconazole, tebuconazole, flililazole, prochloraz, pendimethalin, dan 2-hydroxyatrazine) dibeli dari Pestanal® (Sigma Aldrich, Jerman). Sifat-sifat bahan kimia yang diuji dirangkum dalam Tabel S1. Asetonitril dan metanol (kemurnian ≥99,9%) dibeli dari Chromasolv® (Sigma Aldrich, Jerman).

3.2. Tanah dan pasir penelitian Pengambilan sampel tanah dilakukan dalam survei besar terhadap 75 tanah subur (Hvězdová et al., 2018) yang semuanya disaring untuk residu pestisida. Metodologi pengambilan sampel dan pemrosesan sampel dijelaskan secara rinci dalam Hv inzdová et al. (2018). Karena periode pengambilan sampel pada bulan Februari dan aplikasi pestisida terakhir yang diharapkan pada bulan November, residu pestisida di tanah sampel setidaknya berumur 5 bulan. Dari tanah sampel, empat model tanah digunakan dalam penelitian saat ini yang berisi tingkat tertinggi fungisida conazole (FC01), pendimethalin (FC02), dan 2-hydroxyatrazine (FC03 dan FC04). Selain senyawa yang disebutkan di atas, FC02 juga mengandung epoxiconazole, FC03 prochloraz dan FC04 tebuconazole. Sifat-sifat tanah termasuk konsentrasi awal bahan kimia dirangkum dalam Tabel S2. Sebelum percobaan, tanah dicampur dengan pupuk NPK (1 g per kg berat kering, dw) dan dibasahi hingga 50% dari kapasitas penampung air (WHC).

Bersama dengan empat bidang tanah, pasir dibubuhi konsentrasi 0,1 mg / kgdw (mirip dengan tingkat lapangan tertinggi) digunakan (CS - pasir terkontaminasi) sebagai kontrol positif (skenario kasus terburuk) dalam cacing tanah uji bioakumulasi. Untuk uji bioakumulasi tanaman, pasir diganti dengan tanah berpasir karena selada tidak dapat tumbuh di pasir. Tanah kontrol ini terkontaminasi pada tingkat 0,1 mg / kgdw dan disebut sebagai tanah yang terkontaminasi laboratorium (LC). Sifat-sifat pasir dan tanah bersama dengan konsentrasi awal bahan kimia yang diuji disediakan pada Tabel S2. Pembentukan pasir dan tanah kontrol dilakukan sebagai berikut: 1700 g pasir kering / tanah dibasahi hingga 50% WHC dan dibagi menjadi setengah. Kemudian, 50 mL larutan stok aseton yang mengandung 0,17 mg epoxiconazole, tebuconazole, flililazole, prochloraz, pendimethalin, dan 2-hydroxyatrazine masing-masing ditambahkan masing-masing ke satu bagian pasir dan tanah. Pasir / tanah ini serta setara bebas pelarut dicampur secara menyeluruh. Tingkat penguapan pelarut dari matriks berduri pelarut diukur sebagai perbedaan antara penurunan berat pelarut berduri pelarut dan varian bebas pelarut. Berat yang sebanding antara varian diperoleh setelah 2 jam pencampuran dan menunjukkan penguapan lengkap dari pelarut pembawa. Kemudian, varian pasir dan tanah berduri dan tidak berduri dicampur bersama, dibiarkan selama tiga hari dalam lemari asam untuk membiarkan senyawa bergabung dengan padatan, dan kemudian digunakan dalam percobaan lebih lanjut.

3.3. Pembuangan Total kandungan bahan kimia dalam tanah dan pasir diukur pada awal uji akumulasi tanaman (hari 0 percobaan) dan pada hari ke 12, 40, dan 90. Percobaan dilakukan di rumah kaca di bawah kondisi suhu yang terkendali (15-22 °C) dan kelembaban udara (85%). Kurva pembuangan menunjukkan perubahan temporal dalam total isi pestisida yang diterapkan untuk mengendalikan tanah / pasir

serta residu pestisida berumur lapangan selama uji akumulasi tanaman dibangun dan digunakan untuk memperoleh waktu paruh pestisida (lihat Bagian 3.8 (Evaluasi Data dan Analisis Statistik)).

3.4. Penyerapan tanaman Sebagian setara dengan 1500 gdw dari setiap tanah dimasukkan ke dalam kotak (20 × 30 cm) yang ditambahkan enam biji selada Lactuca sativa (prabudidaya pada kapas yang dilembabkan selama 24 jam). Kotak ditempatkan ke dalam rumah kaca di mana eksperimen berjalan di bawah suhu terkendali (15-22 ° C), kelembaban udara (85%), dan penyinaran 10 jam cahaya / 14 jam gelap. Pertumbuhan selada diperiksa dan kadar air (kehilangan dikendalikan oleh bobot kotak) diisi ulang setiap hari. Pada hari ke 90, selada diambil sampelnya, dicuci dalam air ledeng, dikeringkan dengan lembut, diliofilisasi, dan dianalisis untuk kandungan bahan kimia target dalam daun dan akar secara terpisah sebagaimana dijelaskan dalam Bagian 3.7 (Contoh Ekstraksi dan Analisis).

3.5. Solid –Phase Microextraction (SPME) Serat SPME dilapisi dengan polydimethylsiloxane (PDMS, ketebalan 30 μm, 13,55 ± 0,02 μL PDMS serat per meter) dibeli dari Polymicro Technologies Inc. (AS) dan dipotong-potong sepanjang 4 cm. Sebelum pemaparan, serat dibersihkan dengan metanol (2 × 24 jam) dan air deionisasi (2 × 24 jam). Dua belas serat terkubur di setiap tanah yang digunakan dalam uji akumulasi tanaman. Setelah 12, 40 dan 90 hari, 4 serat dikeluarkan dengan hati-hati dari tanah, dibersihkan dengan lembut dengan tisu basah untuk menghilangkan partikel tanah yang melekat, direndam dalam 20 mL metanol yang diubah dengan standar pengganti (metolachlor, 500 ng per sampel), dan diekstraksi dengan mengocok selama 48 jam. Kemudian, volume ekstrak disesuaikan menjadi 0,5 mL di bawah nitrogen dan

dianalisis seperti yang ditunjukkan dalam Informasi Tambahan (SI, Analisis sampel dan Tabel S3).

3.6. Serapan cacing Uji bioakumulasi dilakukan dengan cacing tanah Eisenia andrei dalam botol kaca 0,5 L. Sepuluh orang dewasa (dengan clitellum yang berkembang baik) cacing tanah (dalam rangkap tiga) ditimbang dan ditempatkan di tanah atau pasir yang lembab (50% WHC) setara dengan 150 gdw. Stoples ditutup dengan tutup berlubang (untuk memungkinkan aerasi) dan disimpan dalam gelap pada 20 ± 2 ° C. Setiap hari, kehilangan air diperiksa dengan menimbang guci dan, jika perlu, kadar air disesuaikan dengan tingkat aslinya. Pengalaman dilakukan selama 14 hari dan selama 21 hari. Periode paparan 14 hari dipilih berdasarkan hasil percobaan kinetik pendahuluan kami (Svobodová et al., 2018) di mana keadaan mantap dari dua pestisida yang digunakan saat ini di cacing tanah tercapai dalam 14 hari. Periode paparan ini juga direkomendasikan oleh OECD Guideline 207 tentang uji toksisitas akut dengan cacing tanah (OECD, 1984). Periode paparan 21 hari mengikuti rekomendasi OECD Guideline 317 pada tes bioakumulasi dengan cacing tanah (OECD, 2010). Pada akhir paparan, cacing tanah diambil dari tanah dan ditempatkan di atas kertas serat yang dibasahi dalam cawan Petri selama 24 jam untuk mengosongkan isi perut mereka. Setelah itu, cacing tanah dibilas dengan air, dikeringkan, ditimbang, diliofilisasi, ditimbang lagi dan dianalisis untuk kandungan bahan kimia target seperti yang dijelaskan dalam Bagian 3.7 (Contoh Ekstraksi dan Analisis).

3.7. Ekstraksi dan analisis sampel Sampel tanah, pasir, tanaman, dan cacing tanah dianalisis untuk total kandungan bahan kimia menggunakan metode ekstraksi QuEChERS dan kit ekstraksi komersial (Agilent Technologies, USA). Metode ini telah berhasil digunakan sebelumnya untuk ekstraksi senyawa yang diteliti (Anastassiades et al., 2003;

Bruzzoniti et al., 2014; Lesueur et al., 2008; Sivaperumal et al., 2015; Yu et al., 2006) . Prosedur ekstraksi dilakukan sebagai berikut: 5,0 ± 0,1 gdw tanah / pasir, 0,55 ± 0,01 gdw selada atau 0,45-0,75 gdw cacing tanah diguncang dengan 5 mL, 9,45 mL atau 9,25-9,55 mL, masing-masing, dari deionisasi air dan 10 mL asetonitril diubah dengan metolachlor sebagai standar pengganti (500 ng per sampel). Sampel selanjutnya diubah dengan 6,5 g KECEPATAN Ekstrak Kantong (MgSO4, NaCl, HOC (COONa) (CH2COONa) 2 • 2H2O, HOC (COOH) (CH2COONa) 2 • 1.5H2O). Campuran dikocok dengan tangan selama 1 menit dan kemudian disonikasi selama 15 menit. Setelah pengocokan,tanaman dan sampel cacing tanah dibersihkan dengan ekstraksi mikro fase padat dispersif (PSA - bahan pertukaran amina primer dan sekunder, MgSO4). Kemudian, sampel disentrifugasi (5 menit, 3000 rpm) dan alikuot 1 mL asetonitril diambil untuk analisis menggunakan kromatografi cair kinerja tinggi tandem spektrometri massa (HPLCMS / MS). Rincian tentang analisis disediakan dalam Informasi Tambahan (SI, analisis Sampel dan Tabel S3). Efisiensi ekstraksi rata-rata 97% ± 14% untuk sampel tanah, 79% ± 6,9% untuk serat SPME, 88% ± 15% untuk sampel selada, dan 98% ± 6,0% untuk sampel cacing tanah. Semua hasil diperbaiki untuk itu.

3.8. Evaluasi data dan analisis statistik bahan kimia dimodelkan menggunakan regresi non-linear di mana data dilengkapi dengan persamaan peluruhan eksponensial satu fase: C = C0 • e (Kt) (GraphPad Prism 5, GraphPad Software, Inc., USA), di mana C adalah konsentrasi dalam tanah (ng / gdw) pada hari pengambilan sampel masing-masing (hari), C0 adalah konsentrasi tanah awal (ng / gdw), dan K adalah konstanta laju degradasi (hari − 1). Dari kurva disipasi, waktu paruh (DT50) dari senyawa yang diuji berasal. Mereka memberikan ukuran kuantitatif dari persistensi senyawa. Signifikansi perbedaan antara varian tes dinilai menggunakan perangkat lunak STATISTICA (uji-t, p = 0,05). Biokonsentrasi (BCF) dan faktor bioakumulasi (BAF) dihitung sebagai konsentrasi dalam jaringan (ng / gww) dibagi dengan konsentrasi dalam tanah (ng / gdw) pada titik waktu pengambilan sampel tertentu. Nilai ambang (akar

selada 3.0 ng / gww, tunas selada 1.3 ng / gww, 1.5 pMg / mL PDMS) yang disediakan dalam Tabel 2 dan 3 mewakili konsentrasi terendah pada akar selada, tunas selada, dan serat SPME, masing-masing, yang dapat diukur dengan andal dengan metode HPLC-MS / MS berdasarkan batas kuantifikasi (1 ng / mL ekstrak) dan bobot matriks yang diekstraksi per sampel. Dengan demikian, nilai ambang untuk faktor biokonsentrasi dan bioakumulasi (1,5, 0,65 dan masing-masing1,6) masing-masing dalam Tabel 2 dan 4, dihitung sebagai nilai ambang untuk konsentrasi dalam jaringan dibagi dengan nilai ambang untuk konsentrasi dalam tanah. Oleh karena itu, jika nilai ambang disajikan dalam sel tabel, itu berarti bahwa senyawa tersebut hadir di tanah di atas ambang batas tetapi tidak terakumulasi dalam jaringan ke tingkat yang terkuantifikasi. Sel-sel kosong menunjukkan bahwa senyawa tersebut tidak dipertimbangkan dalam percobaan karena berdasarkan penyaringan sebelumnya (Hvězdová et al., 2018), konsentrasi dalam tanah di bawah ambang batas yang diberikan oleh batas kuantifikasi.