Title: Pesticides in Surface Waters - Distribution Trends and Governing Factors
Author(s): Steven J. Larson, Paul D. Capel, Michael Majewski
Series: Pesticides in the Hydrologic System, Vol 3 Periodical:
تلوث المياه السطحية في المناطق الزراعية ببقايا المبيدات الحشرية يمكن أن يكون له آثار ضارة على النظام البيئي. لقد أجرينا تحليلًا كيميائيًا وتحليليًا حيويًا متكاملًا لعينات المياه السطحية من المناطق الزراعية السويدية، بهدف تقييم النشاط السام بسبب وجود المبيدات الحشرية. تم جمع ما مجموعه 157 عينة مياه من ستة مواقع جغرافية ذات نشاط زراعي واسع النطاق. تم تحليل العينات كيميائيًا بحثًا عن 129 مبيدًا حشريًا شائع الاستخدام ومنتجات التحويل. علاوة على ذلك، تم التحقيق في السمية باستخدام اختبارات حيوية في المختبر في عينات المياه بعد الاستخلاص من سائل إلى سائل. تضمنت النقاط النهائية استجابة الإجهاد التأكسدي (نشاط Nrf2)، ونشاط مستقبلات هرمون الاستروجين (ER)، ونشاط مستقبلات الهيدروكربون الأريل (AhR). تم إجراء الاختبارات الحيوية بعامل إثراء نهائي قدره 5 لعينات المياه. أجريت جميع الاختبارات الحيوية في ظروف غير سامة للخلايا.
يمكن تلوث المياه السطحية في المناطق الزراعية ببقايا المبيدات الحشرية مع تأثيرات ضارة محتملة على النظام البيئي . يعتمد الرصد البيئي لبقايا المبيدات الحشرية في المياه بشكل عام على التحليل الكيميائي للمبيدات الحشرية ومستقلباتها المعروفة أو منتجات تحللها. في السويد، تمت مراقبة مستويات المبيدات الحشرية في المياه السطحية من أربع مناطق زراعية منذ عام 2002 ضمن برنامج الرصد السويدي للمبيدات الحشرية في المياه السطحية . يعد البرنامج فريدًا من نوعه بالنظر إلى مجموعة البيانات الشاملة وطويلة الأمد. ومع ذلك، فإن التحليل الكيميائي المستهدف وحده له حدود. ليس من الممكن اكتشاف مواد غير معروفة (على سبيل المثال، مستقلبات المبيدات الحشرية غير المعروفة أو منتجات التحلل)، ولا يقيم تأثيرات المواد الكيميائية الفردية أو تأثيرات الخليط، وغالبًا ما لا يوجد رابط واضح للنتيجة الضارة. لذلك، فقد اقترح مرارًا وتكرارًا أن النهج القائم على التأثير من خلال الجمع بين التوصيف الكيميائي والملف السام سيكون طريقة أكثر ملاءمة لإجراء الرصد البيئي لفهم أفضل لتأثيرات الملوثات البيئية على النظام البيئي . في الآونة الأخيرة، حدد كونيمان وآخرون طرق الفحص القائمة على التأثير كمكملات حساسة وقيمة للتحليل الكيميائي لمراقبة هرمون الاستروجين بموجب التوجيه الإطاري الأوروبي للمياه.
يعتبر استخدام الاختبارات البيولوجية في المختبر لمراقبة البيئة مجالًا بحثيًا سريع التوسع . وبينما لا تستطيع الاختبارات البيولوجية التمييز بين التأثيرات السامة لمركبين أو أكثر موجودين في نفس العينة، فإن القوة العظيمة في الاختبارات البيولوجية هي أنها تظهر السمية الكلية التي تمارسها العينة - بغض النظر عما إذا كانت السمية ناجمة عن مركب بشري معروف، أو مركب بشري غير معروف، أو مركب طبيعي، أو مزيج من هذه . تم تقييم مساهمة الملوثات الدقيقة في النشاط الحيوي في المياه السطحية المتأثرة بمياه الصرف الصحي في دراسات حديثة، مما يدل على أن الجزء الأكبر من الأنشطة الحيوية لا يمكن تفسيره بالمركبات المستهدفة . الدراسات التحليلية الحيوية التي تركز على المبيدات الحشرية في المياه من المناطق الزراعية نادرة. ومع ذلك، وجد أن التأثيرات السامة الحادة في الجداول المتأثرة بمياه الصرف الصحي في سويسرا مدفوعة بالمبيدات الحشرية مع الديازينون والكلوثيانيدين كمحركين رئيسيين . علاوة على ذلك، تم إثبات الاستجابات الإيجابية في الاختبارات الحيوية الخلوية لبعض المبيدات الحشرية
إن تحضير العينة واستخراجها من الخطوات الحاسمة في الدراسات التي تتضمن التحليل الحيوي المتكامل والتحليل الكيميائي. ويجب أن يؤخذ في الاعتبار استعادة كل من الأنشطة السامة والمواد الكيميائية، فضلاً عن كفاءة التكلفة والوقت خاصة بالنسبة لأحجام العينات الكبيرة. وعند استخدام الاختبارات البيولوجية للسمية لأغراض مراقبة البيئة، غالبًا ما يكون من الضروري تركيز عينات المياه قبل تطبيق العينة على الاختبار المختبري - لأن مستويات الملوثات البيئية منخفضة (في نطاق النانوجرام أو الميكروجرام لكل لتر) ويجب تخفيف العينة حوالي 100 مرة في وسائط زراعة الخلايا في الاختبار.
وعادة ما تكون هناك حاجة إلى عامل إثراء نهائي في وسائط زراعة الخلايا يتراوح بين 10 و50 مقارنة بعينة المياه الأصلية تتمتع عملية الاستخلاص في الطور الصلب بالقدرة على إزالة تأثيرات المصفوفة وتركيز المواد الكيميائية العضوية المذابة وهي تقنية تستخدم غالبًا لتخصيب عينات المياه. ومع ذلك، تم تحسين طرق الاستخلاص في الطور الصلب لإعطاء أقصى قدر من الاسترداد للتحليل الكيميائي، في حين أن التأثيرات على الاختبارات البيولوجية أقل بحثًا . في الدراسة الحالية، تم إجراء التحليلات الكيميائية للمبيدات الحشرية بواسطة GC-MS بعد الاستخلاص من سائل إلى سائل (مستخلص إضافي متاح) وLC-MS/MS بعد الاستخلاص من خلال SPE عبر الإنترنت (لا يوجد مستخلص إضافي متاح). تم استخدام المستخلصات المتبقية من الاستخلاص من السائل/السائل للتحليل الحيوي وكان أحد أهداف الدراسة هو التحقيق في إمكانية استخدام هذه المستخلصات للتحليل الحيوي.
في هذه الدراسة، أجرينا ملفًا كيميائيًا وسميًا متكاملًا لعينات المياه السطحية للتحقيق في العلاقة بين النشاط الحيوي وحدوث المبيدات الحشرية في مياه الحقل. تم جمع عينات المياه ضمن برنامج المراقبة البيئية السويدي طويل الأمد من الجداول والأنهار الواقعة في مناطق ذات نشاط زراعي واسع النطاق وتم تحليلها لمجموعة واسعة من المبيدات الحشرية المستخدمة بشكل شائع . كما تم استخدام المستخلصات السائلة/السائلة المستخدمة في تحليل GC-MS للتحليل السمي، بما في ذلك قياسات استجابة الإجهاد التأكسدي ونشاط مستقبلات هرمون الاستروجين (ER) ونشاط مستقبلات الهيدروكربون الأريل (AhR). تم تقييم الارتباطات بين معايير السمية وبين النشاط السام وتركيزات المبيدات الحشرية من خلال حساب معاملات ارتباط سبيرمان. في هذا البحث، نعرض منهجية لدمج الملف الكيميائي والسمية لعينات المياه، للتحقيق في الارتباط بين النشاط السام وحدوث المبيدات الحشرية في المياه السطحية.