پژوهش های محیط زیست

پژوهش های محیط زیست

بررسی میزان باقیمانده و سینتیک کاهش حشره‌‌کش دی‌‌متوات با ‌نانوفرمولاسیون‌های سنتزی زیست سازگار در مقایسه با فرمولاسیون تجاری روی سویا (Glycine max L.) در شرایط مزرعه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دکتری محیط‌زیست، گروه محیط‌زیست، دانشکده منابع‌طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.
2 دانشیار، گروه محیط‌زیست، دانشکده منابع‌طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.
3 استادیار، گروه تحقیقات آفت‌کش‌ها، مؤسسه تحقیقات گیاه‌پزشکی ایران، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران. ایران.
10.22034/eiap.2026.485591.2614
چکیده
مصرف نادرست و مکرر آفت‌کش‌ها برای محیط‌‌زیست‌ به‌خصوص از حیث کیفیت آب و خاک و موجودات غیرهدف، ‌مخاطره‌آمیز ‌می‌باشد و از طرفی باعث افزایش میزان باقیمانده آفت‌کش‌های‌ دفع آفات در محصولات از حداکثر سطوح مجاز می‌‌شود. ‌نانوفرمولاسیون‌ها‌ با خاصیت رهایش کنترل شده با افزایش عملکرد و کاهش مصرف آفت‌کش‌ها سبب ‌شده‌اند تأثیرات منفی این ترکیبات بر محیط‌‌زیست‌، صفر یا کاهش یابد. در راستای این هدف، در این مطالعه از مونومرهای گلیسرول (Gly)‌، اسید آدیپیک (Ad)‌، اسید مالئیک انیدرید (Ma) و پلی‌‌اتیلن گلیکول (PEG) 1000 و نانوذرات اکسید روی (ZnO) جهت سنتز‌ چهار نانوفرمولاسیون‌‌ دی‌‌متوات به روش polycondensation استفاده شد. سینتیک کاهش غلظت و باقیمانده ‌نانوفرمولاسیون‌ها ی دی‌‌متوات Gly-Ad-Ma/DiM (Nano-DiM I)،Gly-Ad-Ma-ZnO/DiM (Nano-DiM I/ZnO)‌، Gly-Ad-Ma-PEG/DiM (Nano-DiM II) و Gly-Ad-Ma-PEG-ZnO (Nano-DiM II/ZnO) بر روی برگ و غلاف سویا (Glycine max) با دو مدل سینتیک مرتبه اول ساده (SFOK) و تجزیه دونمایی مرتبه اول‌ (FODED)در شرایط مزرعه ارزیابی و با فرمولاسیون تجاری دی‌‌متوات مقایسه شد. برای انجام این پژوهش، کاشت مزرعه‌ای گیاه سویا رقم «کتول» در مزرعه اطراف گرگان (کردکوی) در قالب طرح بلوک‌های‌ کاملاً تصادفی با سه تکرار و در نیمه خرداد 1399 انجام شد. با آغاز گلدهی و افزایش جمعیت تریپس و عسلک، پاشش تیمارهای نانو فرمولاسیون‌‌های مختلف دی‌‌متوات در غلظت توصیه شده (7 درصد) و دی‌‌متوات تجاری )40 درصد EC=) روی گیاه سویا به‌صورت یکنواخت انجام شد. پس از استخراج باقیمانده‌های دی‌‌متوات با دستگاه HPLC و ‌کمّی‌سازی آنها، ‌داده‌ها با دو مدل (SFOK) و (FODED) برازش داده شدند. با توجه به حد تشخیص (03/0) درصد بازیابی (92 درصد و 89 درصد)، حساسیت بالای روش تجزیه‌و‌تحلیل و کارآمد بودن مراحل استخراج و خالص‌‌سازی مشخص شد. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که داده‌‌های ‌به‌دست‌ آمده با دو مدل SFOK و FODED مطابقت داشتند و از سطح معنی‌‌داری آماری (P<0.01) برخوردار بودند. شاخص‌‌های آماری DT50)،‌ DT90 و PHI) در ‌نانوفرمولاسیون‌های (Nano-DiM I) و (Nano-DiM I/ZnO) با برازش مدل FODED به ترتیب (43/0، 46/1 و 14 روز) و (33/0، 10/1 و 7 روز) و در ‌نانوفرمولاسیون‌های (Nano-DiM II) و (Nano-DiM II/ZnO) با برازش مدل SFOK به ترتیب (42/0، 42/1 و 7 روز) و (33/0، 11/1 و 7 روز) به‌دست آمد و در مورد دی‌‌متوات تجاری با برازش هر دو مدل (91/1، 38/6 و 14 روز) تخمین زده شد. این بدان معناست که باقیمانده دی‌‌متوات در ‌نانوفرمولاسیون‌های سنتزی در برگ و غلاف سویا سریع تجزیه می‌‌شود. بنابراین استفاده از این نانو آفت‌کش‌ها، با توجه به استفاده کمتر از آفت‌کش‌ و تجزیه سریع باقیمانده پیشنهاد می‌‌شود. علاوه بر این، زیست تخریب‌‌پذیر بودن این ‌نانوفرمولاسیون‌ها‌ و کارایی بهتر، آنها را به عنوان آفت‌کش‌های‌ دوستدار محیط‌‌زیست‌ جهت معرفی به بازار و محیط‌‌زیست‌ پیشنهاد می‌‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation the Residue Level and Dissipation Kinetics of Dimethoate Insecticide in Biocompatible Synthetic Nanoformulations Compared to Commercial Formulation on Soybean (Glycine max L.) under Field Conditions

نویسندگان English

Shirin Jahanbakhshi 1
Mohammad Reza Rezaei 2
nargess memarizadeh 3
1 Ph.D in of Environmental, Department of Environment, Faculty of Natural Resources and Environment, University of Birjand, Birjand, Iran.
2 Assosiate Professor, Department of Environment, Faculty of Environment, University of Birjand, Birjand, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Pesticides Researches, Iranian Research Institute of Plant Protection, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran. Iran.
چکیده English

The improper and excessive use of pesticides is harmful to the environment, particularly to water and soil quality and non-target organisms. It also increases pesticide residues in products beyond the Maximum Residue Limits (MRL). Nanoformulations with the property of controlled release by increasing the performance and reducing the consumption of poisons have reduced the negative effects of these compounds on the environment to negligible or low levels. For this purpose, in this study, monomers of glycerol (Gly), adipic acid (Ad), maleic acid anhydride (Ma), polyethylene glycol (PEG) 1000 and zinc oxide nanoparticles (ZnO) were used for the synthesis of dimethoate nanoformulations by polycondensation method. The dissipation kinetics of concentration and residue of four nanoformulations of dimethoate Gly-Ad-Ma/DiM (Nano-DiM I), Gly-Ad-Ma-ZnO/DiM (Nano-DiM I/ZnO), Gly-Ad-Ma-PEG/DiM (Nano-DiM II) and Gly- Ad-Ma-PEG-ZnO (Nano-DiM II/ZnO) were evaluated in the leaves and pods of soybean (Glycine max) with SFOK (Simple First-Order Kinetic) and FODED (First-Order Double-Exponential Decay) models under field conditions and compared with the commercial formulation of dimethoate. To conduct this research, "Ketol" soybean plant was done in the field near Gorgan (Kordkoi) in the form of a completely randomized block design with three replications in the middle of June 2019. At the beginning of flowering, when the populations of Thrips tabaci L. and Bemisia tabaci Genn, the treatments of different nanoformulations of dimethoate in the recommended concentration (7%) and traditional formulation (EC=40%) were uniformly sprayed onto the soybean plants. After extracting dimethoate residues with HPLC and quantifying them, the data were fitted with two (SFOK) and (FODED) models. The high sensitivity of the analytical method and the efficiency of the extraction and purification steps were confirmed by considering the detection limit (0.03) and recovery percentage (89% and 92%) were determined. The results of analysis of variance showed that the data obtained were consistent with SFOK and FODED models and were significantly different (P<0.01). Statistical indices (DT50, DT90 and PHI) in nanoformulations (Nano-DiM I) and (Nano-DiM I/ZnO) by fitting the FODED model, respectively (0.43, 1.46 and 14 days) and (0.33, 1.10 and 7 days) respectively. Statistical indices in nanoformulations (Nano-DiM II) and (Nano-DiM II/ZnO) were obtained by fitting the SFOK model (0.42, 1.42 and 7 days) and (0.33, 1.11 and 7 days), and in the case of commercial dimethoate by fitting both models (1.91, 6.38, and 14 days) were estimated. The results showed that the residual dimethoate in synthetic nanoformulations dissipated rapidly in soybean leaves and pods. Therefore, the use of these nano-pesticides is suggested due to low use of pesticide and rapid decomposition of residues. In addition, the biodegradable nature of these nanoformulations and better efficiency suggest that they could be introduced as environmentally friendly pesticides into the environment.

کلیدواژه‌ها English

Pesticide residue
Nano-dimethoate
Decay models
Pre-Harvest Intervals
Rahimi, R., Parvaresh, H., & Ghiyasi, S. (2016). Pesticides and Environmental Effects. Islamic Azad University, Bandar Abbas Branch. (In Persian).
Anastassiades, M. (2007). Determination of pesticide residues using GC-MS and/or LCMS /MS following acetonitrile extraction/partitioning and cleanup by dispersive SPE - QuEChERS method. Brussels, Belgium, European Commitee for Standardization.
Banerjee, K., Oulkar, D.P., Patil, S.H., Dasgupta, S., & Adsule P.G. (2008). Degradation kinetics and safety evaluation of tetraconazole and difenoconazole residues in grape. Pest Management Science, 64, 283-289.
Chaud, M., Souto, E.B., Zielinska, A., Severino, P., Batain, F., Oliveira-Junior, J., & Alves, T. (2021). Nanopesticides in Agriculture: Benefits and Challenge in Agricultural Productivity, Toxicological Risks to Human Health and Environment. Toxics, 9, 131-150.
Cieslik, E., Sadowska-Rociek, A., Ruiz, J.M.M., & Surma-Zadora, M. (2011). Evaluation of QuEChERS method for the determination of organochlorine pesticide residues in selected groups of fruits. Food Chemistry, 1252, 773-778.
Dauterman, W. C., Viado, G. B., Casida, J. E., & O'brien, R. D. (1960). Persistence of Dimethoate and Metabolites Following Foliar Application to Plants. Agriculture and Food Chemistry, 82, 115-119.
Dong Nguyen, T., Yu, J.E., Lee, Y., & Lee, G.H. (2008). A multiresidue method for the determination of 107 pesticides in cabbage and radish using Quechers sample preparation method and gas chromatography mass spectrometry. Food Chemistry, 110, 207-213.
Fatma, N., Kushwaha, V.B., & Srivastav Sunil, K. (2024). Toxic effects of dimethoate on animal. World Journal of Pharmaceutical Research, 131, 1802-1811.
Geiser, M. & Kreyling, W. G. (2010). Deposition and biokinetics of inhaled nanoparticles. Part Fibre Toxicol, 7, 2-12.
Gilbert-Lopez, B., Garcia-Reyes, J.F., & Molina-Diaz, A. (2009). Sample treatment and determination of pesticide residues in fatty vegetable matrices: a review. Talanta, 792, 109-128.
Given, M.L., Lu, C., Bartell, S.M., & Pearson, M.A. (2007). Estimation dietry consumption patterns among children: Acomparison between cross-sectional and longitudinal study designs. Environmental research, 1033, 325-330.
Guan, H., Chi, D., Yu, J., & Li, H. (2010). Dynamics of residues from a novel nano-imidacloprid formulation in soyabean fields. Crop Protection. 299, 942-946.
Hadian, Z., Azizi, M.H., & Ferdosi, R. (2006). Determination of chlorinated pesticide residues in vegetables by gas chromatography/ mass spectrometry. Food science and technology, 31, 67-74.
Hernandez-Torres, M.E., Egea-Gonzalez, F.J., & Castro- Cana, M.L. (2002). Residue of methamidofos malathion and methiocarb in greenhouse crops. Journal of Agricultural & Food Chemistry, 505, 1172-1177.
Iranian National Standard Organization. (2016). Pesticides- maximum residueimit of pesticides- tropical and subtropical fruits. 13118.
Jahanbakhshi, S., Rezaei, M. R., Memarizadeh, N., Hosseini, M. (2024). Design of biocompatible nanoformulation of dimethoate for pest control in the feld condition. International Journal of Environmental Science and Technology, https://doi.org/10.1007/s13762-024-05757-8.
Lee, J., Kim, B. J., Kim, E., & Kim, J.H. (2019). Dissipation Kinetics and the Pre-Harvest Residue Limits of Acetamiprid and Chlorantraniliprole in Kimchi Cabbage Using Ultra-Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry. Molecules, 24: 2616-2629.
Maybury, R.B., (1989). Codex alimentarius approach to pesticide residue standards. Journal of Association of Official Analytical Chemists, 723, 538-541.‌
Memarizadeh, N., Adeli, M., & Ghadamyari. M. (2016). Photodegradable, biocompatible and efficient nano-encapsulated formulation 2016/0000071A1.
Memarizadeh, N., Ghadamyari, M., Adeli, M. & Talebi, K. (2014). Linear-dendritic copolymers/indoxacarb supramolecular systems: biodegradable and efficient nano-pesticides. Environmental Science: Processes & Impacts, 1610, 2380-2389.
Memarizadeh, N., Ghadamyari, M., Talebi, K., Torabi, E., Adeli, M., & Jalalipour, R. (2019). Residues and Dissipation Kinetics of Two ImidaclopridNanoformulations on Bean Phaseolus vulgaris L. under Field Conditions. Pollution, 54, 871-878.
Nazarian, A., & Mousawi, M.A. (2005). Study of bacterial resistance to organophosphorus pesticides in Iran. Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering, 23, 207-2011.
Ohkawa, H. (2008). Pesticide chemistry crop protection, public health, environmental safety, published by Wiley-VCH Verlag GMBH & CO. KGaA, 542.p
Preisler, A.C., Pereira, A.E.S., Campos, E.V.R., Dalazen, G., Fraceto, L.F., & Oliveira, H.C. (2020). Atrazine nanoencapsulation improves pre-emergence herbicidal activity against Bidens pilosa without enhancing long-term residual effect on Glycine max. Pest Management Science, 761, 141-149.
Simon, P. & Joner, E. (2008). Conceivable interactions of biopersistent nanoparticles with food matrix and living systems following from their physico-chemical properties. Journal of Food and Nutrition Research, 472, 51-59.
Sarmah, A.K., & Close, M.E. (2009). Modelling the dissipation kinetics of six commonly used pesticides in two contrasting soils of New Zealand. Journal of Environmental Science and Health, Part B, 446: 507-517.
 Sopena, F., Maqueda, C., & Morillo, E. (2009). Controlled release formulations of herbicides based on microencapsulation. Ciencia e Investigacion Agraria, 351, 27-42.
Tadeo L. (2008). Analysis of pesticides in food and environmental samples published by CRC Press. Taylor & Francis Group an informa business, 382 pages.
Tang, J., X., Huang, X., Huang, X., Xiang, L., & Wang, Q. (2012). Photocatalytic degradation of imidacloprid in aqueous suspension of TiO2 supported on H-ZSM-5. Environmental Earth Sciences, 662, 441-445.
Torabi, E., & Talebi. Kh. (2013). Diazinon residues and degradation kinetics for grapes under field conditions. Journal of Environmental Science and Health, 484, 260-265.
Zhang, R., Cui, Z., Jiang, J., He, J., GU, X., & Li, Sh. (2005). Diversity of organophosphorus pesticidedegrading bacteria in a polluted soil and conservation of their organophosphorus hydrolase genes. Canadian Journal of Microbiology, 514, 337-343.