Az agrotechnológiában gyakran alkalmazott peszticidek kémiai sajátságainak, biológiai hatásmechanizmusának, illetve perzisztenciája feltárásának számos kutatás kiemelt figyelmet szentelt, melynek köszönhetően átfogó tudományos eredmények állnak rendelkezésre. A peszticidek degradációs termékei tulajdonságainak, környezeti viselkedésének, biológiai rendszerekbe való bekerülése esélyének és lehetséges biológiai hatásának vizsgálata szintén kiemelkedő fontosságú kellene, hogy legyen, hiszen ezen sajátságok, folyamatok a környezeti és ökotoxikológiai vonatkozásaikban döntő szerepet játszanak.

A növényvédő szerek viselkedését befolyásoló különböző környezeti tényezők közül a fotolitikus degradációt tanulmányoztuk behatóan, feltártuk számos peszticid lehetséges bomlási útvonalát, modelleztük a degradációs termékek biológiai hatását, toxicitását illetve, vizsgáltuk az alapvető talajparaméterek (fémtartalom, szervesanyag-tartalom) degradációra gyakorolt hatásának mértékét. Ezen túlmenően összehasonlító elemzéseket végeztünk eltérő szerkezetű peszticidek biológiailag hozzáférhető, illetve felvehető mennyiségei vonatkozásában eltérő talajtípusokon, valamint vizsgáltuk bizonyos talajparaméterek (pH, szervesanyag-tartalom) e folyamatokra gyakorolt hatását. A növények peszticidfelvételének átfogó jellemzéséhez elengedhetetlen a minél sokrétűbb és összehasonlító jellegű vizsgálatok véghezvitele. A biofelvehetőségből származtatható peszticid akkumuláció mértéke indokolttá teszi a tudatos agrotechnológiai alkalmazások előtérbe helyezését, mellyel csökkenthetővé válhat a kijuttatott növényvédő szerek biofelvehetősége, illetve biohozzáférhetősége.

1. A vizsgálataink körébe 7 peszticidet vontunk be (simazin, karbendazim, acetoklór, EPTC, klórpirifosz, diuron, atrazin), melyek feltételezett fotolitikus degradációs útvonalait a keletkező degradációs termékek GC-MS, illetve HPLC-MS analízisét követően állítottuk fel. A főbb átalakulási lépéseket a 25. táblázat összesíti.

2. táblázat: A vizsgált peszticidek fotoátalakulásának főbb lépései. Vegyület neve Főbb átalakulási lépések Termékek száma

3. Karbendazim demetileződés, dehidroxileződés, dekarboxileződés, dezaminálódás, gyűrűnyílás 6

4. Acetoklór éterkötés-hasadás, deklórozás, dihidroxileződés, deacileződés, demetileződés 7

5. Simazin demetileződés, dezetileződés, dehidroxilezés, deklórozás 6

6. Klórpirifosz dezetileződés, deklórozás 5

7. EPTC demetileződés, tioetil-és propionil-csoport hasadása 6

8. Atrazin deklórozás, hidroxileződés, demetileződés, dezetileződés 3

9. Diuron deklórozás, hidroxileződés, -CO-vesztés, dimetilamin-vesztés 6

• Az eddig nem, vagy kevéssé leírt specifikus fotodegradációs termékek feltárása olyan szennyezők létezésének lehetőségére hívja fel a figyelmet, amelyek az elővigyázatosság elve alapján potenciális veszélytényezőként kezelendőek, illetve információt szolgáltathatnak a másodlagos környezetterhelésre vonatkozóan. A fotodegradáció alkalmával képződő termék analitikai vizsgálata, az egyedi bomlási útvonalak feltárása újdonságnak számít.

1. A fotoindukált bomlás során keletkezett termékek toxicitásának felmérése céljából mikrobiológiai tesztkísérleteket valósítottunk meg 6 gyakori talaj mikroorganizmus tesztfajként való alkalmazásával. • A potenciális biológiai hatást modellező mikrobiológiai tesztvizsgálatok során igazoltuk, hogy a klórpirifosszal szemben legérzékenyebb a Mycobacterium phlei, míg a Pseudomonas fluorescens, és a Bacillus subtilis a köztitermékkel szemben mutat jelentős érzékenységet. • A karbendazim mikrobagátló hatása a Trichoderma harzianum és a Fusarium oxysporum gombafajok esetén csökkenő intenzitással érvényesül a fotodegradáció előrehaladtával. • A vizsgált talajmikrobák mindegyike az acetoklór alapvegyülettel és a bomlástermékeivel szemben is érzékenységet mutat. • Egyes peszticideknél jelentős változást idéz elő a végbemenő fotobomlás az antimikrobás hatás spektrumában (néhány esetben meg is fordult a fungicid, ill. baktericid hatás), amit speciális esetekben (pl. baktériumos vagy mikorrhizagombás talaj- vagy magoltáskor) érdemes figyelembe venni az alkalmazás megtervezésekor.

• Megállapítottuk, hogy a vizsgált peszticidek fotodegradációja során keletkező termékek a vizsgált talaj-mikroorganizmusok érzékenysége miatt módosíthatják a talaj mikrobiota összetételét a Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumok arányának megváltoztatásával, valamint egyes gombafajok háttérbe szorításával, így ezen degradációs termékek károsan befolyásolhatják a talaj mikrobiológiai egyensúlyát.

1. Munkánk kiterjedt eltérő talajok (barna erdőtalaj, homoktalaj) azon paraméterinek (fémtartalom, szervesanyag-tartalom) vizsgálatára melyek a peszticidekkel kölcsönhatásba lépve hatással lehetnek azok degradációjára. A talajok fémtartalmának és szervesanyag-tartalmának a peszticidek perzisztenciájára és fotostabilitására gyakorolt hatásának a vizsgálatát a peszticidek alapvegyületének bomlási intenzitásának mérése, illetve a bomlástermékek GC-MS analízisével valósítottuk meg. • Megállapítottuk, hogy a talajok összetétele, fémtartalma jelentős hatást gyakorol a peszticidek stabilitására és átalakulási folyamataira. • Markáns különbséget tapasztaltunk a degradációs termékek számában és azok egymáshoz viszonyított arányában. • Az acetoklór esetében 11, az EPTC-nél pedig 6 olyan terméket azonosítottunk, melyek a különböző talajparaméterek változtatásának hatására keletkeztek.

• A peszticid-talaj kölcsönhatásoknak, illetve a környezeti paraméterek fotodegradációra gyakorolt hatásának elemzése hozzájárulhat a valóságban végbemenő folyamatok pontos megértéséhez, és a növényvédő szerek környezeti viselkedésének feltárásához.

1. A talajon kötött peszticidek biológiailag hozzáférhető – a kultúrnövényekbe, így ezáltal az élelmiszerekbe is bejutni képes – mennyisége igen nagy változatosságot mutat a növényvédő szer kémiai sajátságai, illetve a talajtípusok és talajparaméterei függvényében. Ezen sajátságnak a jellemzésére három eltérő talajtípus és négy különböző peszticid esetében végeztük el öt extrakciós módszer összehasonlító elemzését. • Az alkalmazott extrahálószerek eltérő hatékonyságot mutattak az egyes peszticidek mobilizálása során a peszticid illetve a talaj karakterétől függően. Ez a jelenség jól megfigyelhető a karbendazim esetében, ahol az extrahált peszticid mennyisége a talajtípusokkal mutatott szoros összefüggést: a legtöbb karbendazimot az öntéstalajról nyertük vissza (98,7 %), míg a legkevesebbet a barna erdőtalajról (a kijuttatott mennyiség 7,0 %-át). • A vizsgált növényvédő szerek a különböző talajtípusokon azok specifikus tulajdonságai, a peszticidek eltérő szerkezete és az alkalmazott extrahálószer függvényében eltérő módon válnak mobilizálhatóvá. • A vizes alapú extrahálószerek (nátrium-acetát-ecetsav-puffer, kalcium-klorid-oldat, huminsav-oldat) alkalmasabbak a természetben lejátszódó folyamatok, valamint a hozzáférhető peszticidmennyiségek modellezésére.

• Az alkalmazott extrahálószerek eltérő hatékonyságot mutattak az egyes peszticidek mobilizálása során. Az általánosan alkalmazott, főleg fémek hozzáférhető mennyiségének megállapítására használt kalcium-klorid-oldatos extrakció mellett a puffer-oldatos és a huminsav-oldatos extrakció bizonyult a legalkalmasabbnak.

1. Az egyes peszticidek biofelvehetőségének vizsgálata során összehasonlítottuk a búza, kukorica és csiperkegomba által felvett növényvédő szer mennyiségét, valamint megállapítottuk a felhalmozódás mértékét és helyét. • Megállapítható, hogy az adott növény a peszticidet a talaj típusától függően eltérő mértékben vette fel: a barna erdőtalajon nevelt búza vette fel legnagyobb mennyiségben a simazint. • A növényen belüli peszticideloszlása, azaz, a gyökérben és a föld feletti részben mért peszticid arány jelentős eltérést mutatott: a búza gyökerében minden esetben kevesebb simazint találtunk, mint a föld feletti részében. Legkevesebbet a homoktalajon, legtöbbet a barna erdőtalajon nevelt búzában mutattunk ki. Az acetoklór esetében a simazinnál megfigyeltekkel ellentétben a homoktalajon nevelt búza gyökerében volt a legnagyobb mennyiségű peszticid. • A vizsgált növények által felvett peszticidmennyiségek is nagyban eltérnek egymástól: a kukoricában jelentősen több peszticidet mutattunk ki valamennyi kísérleti mintánál, mint a búza esetében.

• A vizsgált növényvédő szerek biológiailag felvehető mennyisége a vizsgált növényi résztől, a peszticid és a talajtípus fizikai és kémiai sajátságaitól függően változott.
• A peszticidek biofelvehetőségére, illetve biohozzáférhetőségére vonatkozó hagyományos és újszerű módszerekkel nyert eredmények összevetésével érdemes az ilyen irányú ismereteket bővíteni.

1. Vizsgálataink során az egyes peszticidek biológiailag hozzáférhető mennyiségét potenciálisan befolyásoló olyan fontosabb tényezők hatását is vizsgáltuk, mint a talaj szervesanyag-tartalma, pH-értéke, mikrobiológiai aktivitása. • Három, korábban már bemutatott talaj mikrobiológiai aktivitásának megállapítását, illetve a humusztartalom és a pH-értékek lépcsőzetes módosítását követően határoztuk meg 3 különböző peszticid hozzáférhető és felvehető mennyiségét összehasonlító extrakciós vizsgálatokkal. • A vizsgálatba bevont három talaj egy-egy kiválasztott paraméterének jól meghatározott változtatása (humusztartalom növelése, pH-érték változtatása) révén felmértük az egyes talajparaméterek hatását a peszticidek adszorpciójának a mértékére. • Egy-két kivételtől eltekintve megállapítható, hogy a talajok szervesanyag-tartalma hatással van a hozzáférhető peszticid mennyiségére. • A talajok szervesanyag-tartalmának növelésének a hatására kevesebb peszticidet oldott le a kloroform és a vizes alapú extrahálószerek, míg ezzel ellentétes tendencia volt megfigyelhető a metanolos extrakció során: a szervesanyag-tartalom növelésével nőtt a metanollal extrahálható peszticid mennyisége. • A talajok pH-értéke hatással van az extrahálható peszticid mennyiségére, vizsgálati eredményeink eltérést mutattak a különböző pH-értékű talajminták hozzáférhető peszticid mennyisége esetén. A tendencia azonban nem egységes.

• Modellvizsgálataink hozzájárulnak a peszticidek hozzáférhető mennyiségét befolyásoló tényezők szerepének feltárásához.

Eredményeink hozzájárulhatnak a vizsgált peszticidek alkalmazásának optimalizálásához és környezeti sajátosságokhoz illeszkedő használatához, illetve az esetleges biológiai és környezeti veszélytényezők feltárása által biztonságosabb élelmiszer alapanyagok előállításához.

The chemical characteristics, the biological mode of action and the estimation of the persistence of the frequently applied pesticides were in the focus of several studies, thus comprehensive results are available. Examination of the feature and environmental behaviour of the degradation products, as well as the estimation of their biologically available amounts should have drawn much attention because of their important role in the environmental processes.

Out of the several environmental factors affecting the behaviour of pesticides photolytic degradation was thoroughly examined. The plausible degradation pathways of pesticides, the toxicity of the degradation products and the influence of the basic soil parameters (metal content, organic matter content) on the degradation process have been studied. Comparative studies have been performed in order to estimate the biologically available and uptakable amounts of pesticides from diverse types of soils. Furthermore the effects of major soil parameters (pH-value, organic matter content) on the abovementioned processes have also been surveyed.

In order to gain insight into the actual pesticide uptake of plants, comprehensive examinations have to been carried out. The bioaccumulation of pesticide serves as the base of conscious agrotechnological solutions, which may contribute to the decrease of bioavailability and uptakability of pesticides.

1. 7 pesticides (simazine, carbendazime, acetochlor, EPTC, chlorpyriphos, diuron, atrazine) have been involved to our studies focusing on their photodegradation. Their degradation pathways were established after the analytical examination of the generated degradation products performed by GC-MS and HPLC-MS. Major transformation steps are shown in table 25.

Table 25. Summary table of degradation steps and generated products. Pesticide Main transformation steps Number of degradation products 1 Carbendazim - demethylation, dehydroxylation, decarboxylation, deamination, ringopening 6 2 Acetochlor - ether-bound scission, dechlorination, dehydroxylation, deacylation, demethylation 7 3 Simazine - demethylation, deethylation, dehydroxylation, dechlorination 6 4 Chlorpyrifos - deethylation, dechlorination 5 5 EPTC - demethylation, cleavage of thioethyl and propionyl group 6 6 Atrazine - dechlorination, hydroxylation, demethylation, deethylation 3 7 Diuron - dechlorination, dehydroxylation, -CO-loss, dimetilamine-loss 6

• Justification of presence of photodegradation products which formerly have not been detected draw the attention to the plausible formation of pollutants. These compounds might be regarded as potential risk factors in compliance with the precautionary principle. Moreover these degradates contribute to the overall burden of the environment as secondary pollutants. The analytical examination of degradates generated during the photolysis of pesticides and the establishment of degradation pathways are novel scientific results.

1. In order to estimate the toxicity of degradates microbiological test experiments were performed by the application of 6 frequent soil microbes. • By means of microbiological test experiments biological effects of the studied reaction mixture (pesticide and its degradation products) was modelled and it was observed that the Mycobacterium phlei exhibits the most pronounced sensitivity against chlorpyriphos, while Pseudomonas fluorescens and Bacillus subtilis were sensitive against the degradation products of chlorpyriphos. • The microbe-hindering effect of carbendazim was observed in case of Trichoderma harzianum and Fusarium oxysporum with decreasing intensity with the progress of irradiation time. • All of the tested microbes were sensitive against the acetochlor and its degradation products as well.

• Due to the variable toxicity of both the pesticides and their degradation products as well as the sensitivity of the tested soil microbes led us to the assumption that the degradation products of the pesticides generated with UV-irradiation can modify the composition of the soil microbial community.

1. Major parameters (metal-content, organic matter-content) of different types of soils (brown forest soil, sandy soil) which have effects on the degradation of pesticides have been involved in our studies. The estimation of the effects of the metal-content and the organic matter-content of the soils on the persistence and the photostability of pesticide was performed by the measurement of the concentration of the basic compound and by the GC-MS analysis of the degradates. • It was established that the composition of the soils and their metal-content had significant effects on the stability and transformation of pesticides. • Definite differences have been experienced in terms of the number and the ratio of the degradation products. • It was observed that the presence of soil and the alteration of its two major parameters may contribute to the generation of 11 new degradation products in case of acetochlor, and 6 new products in case of EPTC.

• The estimation of the effects on the environmental factors on the photodegradation and the analysis of soil-pesticide interaction contribute to the proper and comprehensive understanding of environmental behaviour of pesticides occurring under real circumstances.

1. The biologically uptakable amounts of pesticides from soils varied on a large scale in terms of the chemical type of the pesticide or the soils. To characterize these features and to estimate the bioavailable amounts of pesticides comparative studies were performed including extraction procedures with 5 distinctive solvents and three types of soils. • The applied extraction solvents showed diverse efficiency in the extraction of pesticides from soils according to the chemical characteristic of the pesticide or the soils. Strong correlation was observed between the extracted amounts of carbendazim and the type of the soils: the highest amount of carbendazim was extracted from the alluvial soil (98.7%) while the lowest was extracted from brown forest soil (7.2%). • The aqueous extracting solvents (sodium-acetate-acetic-acid-buffer, calcium-chloride solution, humic acid solution) are suitable for modeling the process under real environmental circumstances and to estimate the available amounts of pesticides.

• The applied extracting solvents showed diverse efficiency in extracting pesticides. Beside the generally applied (mainly in case of mobilizing metals from soils) calcium-chloride solution sodium-acetate-acetic-acid-buffer and humic acid solution proved to be most efficient.

1. The uptaken amounts of pesticides were established by the application of model plants (wheat, corn). The location (leaf, root) of the accumulation of the pesticides and their ratio in different plant parts were also determined. • It can be stated that the tested plants accumulated the pesticides depending on the type of the soils: more simazin was accumulated by wheat from brown forest soil than from sandy or alluvial soils. • The bioaccumulation of pesticides in the segments of plants was varied: the uptaken amount of simazine was mainly accumulated in the aerial part of the wheat. On the contrary, in case of acetochlor more pesticide was detected in the root than in the aerial part of the wheat. • There are also large differences in the bioaccumulated amounts of pesticides: corn accumulated more pesticide than wheat in all cases.

• The biologically uptakable amounts of pesticides varied according to the part of the tested plant, the type of the pesticide and the physical and chemical characteristic of the applied soils.
• Bioavailability and biouptakability of pesticides were compared by applying different traditional and novel model systems leading to a more authentic interpretation of the complex issue.

1. The effects of major soil parameters (pH, microbial activity, organic matter content) on the bioavailability were also studied by the abovementioned model experiments. • During our work three pesticides (diuron, simazin, acetochlor) with different chemical structure were involved to study the effects of major soil parameters (pH, microbial enzyme activity, organic matter content) on the bioavailability of pesticides by comparative extraction systems in case of three distinctive soil types (sandy soil, brown forest soil, alluvial soil). • By the modification of a certain soil parameter (pH, microbial enzyme activity, organic matter content) its role in the adsorbtion of pesticides was surveyed. • Apart from some cases it can be stated that the organic matter content of the soils has effect on the biologically available amounts of pesticides. • In case of all the three types of soils the bioavailable amounts of the studied pesticides were inversely proportional to the organic matter content of the soils when aqueous extracting solvents or chloroform were applied as extracting solvents. Clear correlation was not observed between the bioavailability of pesticides and the organic matter content of soils samples when methanol was applied as extracting solvent. • It can be stated that bioavailability of pesticides depends on the pH values of soils samples but different pH-dependency was observed in case of the studied pesticides. • The results of these experiments contribute to proper understanding of the role of parameters having effects on the bioavailability of pesticides.

Our results may contribute to the optimal usage of the studied pesticides and to the production of safer basic food materials by the assessment of these secondary pollutants and revealing their plausible biological and environmental risk factors.