Pollution of agricultural soils by microplastics and their interaction with residual herbicides
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Data
2025-03-17
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Universidade Federal de Viçosa
Resumo
Agricultural soils contaminated by microplastics (MPs) pose a significant con-cern regarding the efficacy of residual herbicides in controlling weeds. An im-portant part of this study was investigating how MPs interact with three residual herbicides: diuron, hexazinone, and S-metolachlor. The main focus was on identifying the most effective analytical methods for detecting MPs in soil matri-ces and assessing the sorption and desorption behavior of the herbicides. Near-infrared spectroscopy (NIR) and multispectral analysis were used, demonstrating high sensitivity in detecting MPs at various concentrations. High-performance liquid chromatography (HPLC) was used to assess the interaction between MPs and herbicides, enabling the determination of sorption and de-sorption isotherms. MPs were only detected at high concentrations (20%) using X-ray analysis. NIR at 2,300 nm and multispectral analysis at 395 nm showed greater accuracy and sensitivity in distinguishing between all levels of MPs. Scanning Electron Microscopy (SEM) revealed that MPs possess an amor-phous structure, distinct from crystalline soil, which may influence their interactions with other soil constituents. Regarding the interaction of MPs with herbicides, the presence of MPs influenced the sorption of S-metolachlor in the soil, resulting in up to a 10% increase in the amount of the herbicide sorbed, with a sorption coefficient (Kd) of 4.85 L kg-¹ with the addition of 5% MPs. However, there was no return of S-metolachlor to the soil solution, as demonstrated by a hysteresis (H) of 0.99 for the treatment with 5% MPs, compared to a control treatment with an H of 0.88. Diuron and hexazinone showed little interaction with MPs; the sorbed percentage of diuron was around 40% in all treatments (amended and unamended soils), with a Kd ranging from 1.84 to 2.12 L kg-¹. In the case of hexazinone, the behavior was similar, but the sorbed percentage was around 20% for all treatments (amended and unamended soils), with a Kd ranging from 1.63 to 2.03 L kg-¹. Only small amounts of both herbicides were taken up by plants. In all treatments (amended and unamended soils), approx-imately 15% of hexazinone and diuron was taken up. These interactions signifi-cantly impact herbicide efficacy in weed control and increase the risk of envi-ronmental contamination. Identifying these polymers and understanding the interaction of residual herbicides with MPs in agricultural soils is crucial for developing management strategies that consider the presence of MPs, thereby promoting more sustainable agricultural practices. Keywords: Residues plastic. Contamination. Analytical techniques. Sorption. Desorption
A contaminação de solos agrícolas por microplásticos (MPs) representa uma grande preocupação em relação à eficácia dos herbicidas residuais no controle de plantas daninhas. Este estudo teve como objetivo investigar as interações entre MPs e três herbicidas residuais (diuron, hexazinone e S-metolachlor), com foco na avaliação das técnicas analíticas mais eficazes para detectar MPs em matrizes de solo, além da caracterização dos processos de sorção e des-sorção dos herbicidas no solo. As análises foram realizadas utilizando técnicas como espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) e análise multiespectral, que demonstraram alta sensibilidade na identificação de MPs em várias con-centrações. A interação entre MPs e herbicidas foi realizada por meio da cro-matografia líquida de alta eficiência (HPLC), permitindo a determinação das isotermas de sorção e dessorção. A análise por raios X detectou MPs apenas em altas concentrações (20%). O NIR a 2.300 nm e a análise multiespectral a 395 nm demonstraram maior precisão e sensibilidade na distinção entre todos os níveis de MPs. O Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) mostrou que os MPs possuem uma estrutura amorfa, distinta do solo cristalino, o que pode influenciar suas interações com outros constituintes do solo. Em relação a inte-ração dos MPs com os herbicidas, a presença de MPs influenciou a sorção do S- metolachlor no solo, resultando em um aumento de até 10% na quantidade sorvida do herbicida, com um coeficiente de sorção (Kd) de 4,85 L kg-1 com a adição de 5% de MPs. Contudo, não houve retorno para a solução do solo do S-metolachlor, como demonstrado pela histerese (H) de 0,99 para o tratamen-to de 5% MPs, comparado a 0.88 H do tratamento controle. O diuron e a he-xazinone apresentaram pouca interação com os MPs, a porcentagem sorvida do diuron foi em torno de 40% em todos os tratamentos (solo tratado e não tratado com MPs), um Kd variando de 1,84 a 2,12 L kg-1. No caso do hexazi-none, o comportamento foi semelhante, mas a porcentagem sorvida foi em torno de 20% para todos os tratamentos (solo tratado e não tratado com MPs), o Kd variou de 1,63 a 2,03 L kg-1. A dessorção de ambos os herbicidas foi baixa, com porcentagens dessorvida em torno de 15% para o hexazinone e diuron em todos os (solo tratado e não tratado com MPs). Essas interações apresentam grandes implicações para a eficácia dos herbicidas no controle de plantas daninhas, além de aumentar o risco de contaminação ambiental. Identificar es-ses polímeros e compreender a interação dos herbicidas residuais com os MPs em solos agrícolas é crucial para o desenvolvimento de estratégias de manejo que considerem a presença de MPs, promovendo, assim, práticas agrícolas mais sustentáveis. Palavras-chave: Resíduos plásticos. Contaminação. Técnicas analíticas. Sorção. Dessorção.
A contaminação de solos agrícolas por microplásticos (MPs) representa uma grande preocupação em relação à eficácia dos herbicidas residuais no controle de plantas daninhas. Este estudo teve como objetivo investigar as interações entre MPs e três herbicidas residuais (diuron, hexazinone e S-metolachlor), com foco na avaliação das técnicas analíticas mais eficazes para detectar MPs em matrizes de solo, além da caracterização dos processos de sorção e des-sorção dos herbicidas no solo. As análises foram realizadas utilizando técnicas como espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) e análise multiespectral, que demonstraram alta sensibilidade na identificação de MPs em várias con-centrações. A interação entre MPs e herbicidas foi realizada por meio da cro-matografia líquida de alta eficiência (HPLC), permitindo a determinação das isotermas de sorção e dessorção. A análise por raios X detectou MPs apenas em altas concentrações (20%). O NIR a 2.300 nm e a análise multiespectral a 395 nm demonstraram maior precisão e sensibilidade na distinção entre todos os níveis de MPs. O Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) mostrou que os MPs possuem uma estrutura amorfa, distinta do solo cristalino, o que pode influenciar suas interações com outros constituintes do solo. Em relação a inte-ração dos MPs com os herbicidas, a presença de MPs influenciou a sorção do S- metolachlor no solo, resultando em um aumento de até 10% na quantidade sorvida do herbicida, com um coeficiente de sorção (Kd) de 4,85 L kg-1 com a adição de 5% de MPs. Contudo, não houve retorno para a solução do solo do S-metolachlor, como demonstrado pela histerese (H) de 0,99 para o tratamen-to de 5% MPs, comparado a 0.88 H do tratamento controle. O diuron e a he-xazinone apresentaram pouca interação com os MPs, a porcentagem sorvida do diuron foi em torno de 40% em todos os tratamentos (solo tratado e não tratado com MPs), um Kd variando de 1,84 a 2,12 L kg-1. No caso do hexazi-none, o comportamento foi semelhante, mas a porcentagem sorvida foi em torno de 20% para todos os tratamentos (solo tratado e não tratado com MPs), o Kd variou de 1,63 a 2,03 L kg-1. A dessorção de ambos os herbicidas foi baixa, com porcentagens dessorvida em torno de 15% para o hexazinone e diuron em todos os (solo tratado e não tratado com MPs). Essas interações apresentam grandes implicações para a eficácia dos herbicidas no controle de plantas daninhas, além de aumentar o risco de contaminação ambiental. Identificar es-ses polímeros e compreender a interação dos herbicidas residuais com os MPs em solos agrícolas é crucial para o desenvolvimento de estratégias de manejo que considerem a presença de MPs, promovendo, assim, práticas agrícolas mais sustentáveis. Palavras-chave: Resíduos plásticos. Contaminação. Técnicas analíticas. Sorção. Dessorção.
Descrição
Palavras-chave
Solos - Poluição, Solos - Absorção e adsorção, Solos - Movimento de herbicidas, Microplásticos, Dessorção
Citação
BROCHADO, Maura Gabriela da Silva. Pollution of agricultural soils by microplastics and their interaction with residual herbicides. 2025. 163 f. Tese (Doutorado em Fitotecnia) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2025.