Osud conazolových fungicidů v půdním prostředí - role organického uhlíku a dalších faktorů

Bc. Lucia Krkošková

Master's thesis

Environmental fate of conazole fungicides in soils - the role of organic carbon and other factors

Abstract:

Tato diplomová práce se věnuje osudu conazolových fungicidů v půdním prostředí, roli organického uhlíku a dalších faktorů. V teoretické části jsou zpracovány vlastnosti půdy a pesticidů, které ovlivňují osud těchto látek v prostředí, s podrobnějším zaměřením na epoxiconazol (EPZ) a tebuconazol (TBZ), dva conazolové fungicidy, které byly použity v experimentální části. Rovněž je představen biouhel, jakožto materiál s výraznými adsorpčními vlastnostmi, který byl experimentálně využit. Cílem experimentální části diplomové práce bylo zjistit, zda má různé procentuální zastoupení biouhlu v půdě vliv na biodostupnost obou zkoumaných fungicidů. Experimentální část byla realizována prostřednictvím mikrokosmů, které, kromě půdy kontaminovanézmíněnými látkami s různým obsahem biouhlu,obsahovaly také salát setý (Lactucasativa), žížaly (Eiseniaandrei) a vlákna se sorbentem (SPME – solid phasemicroextraction). Experiment běžel po dobu tří měsíců, přičemž po 1., 2., a 3. měsíci byly provedeny odběry a následně extrakce všech matric. Pomocí kapalinové chromatografie s tandemovou hmotnostní detekcí (LS-MS/MS) byla sledována koncentrace EPZa TBZv půdě, listu a kořenu salátu, žížalách a SPME vláknech. Byly vypočítány biokoncentrační faktory (BCF) pro list a kořen salátu a bioakumulační faktor (BAF) pro žížaly. Bylo zjištěno, že biodostupnost obou látek se vzrůstajícím obsahem biouhlu klesá jak u žížal, tak u salátu. Bylo také zjištěno, že obsah biouhlu zpomaluje degradaci EPZ a TBZ v půdě a zvyšuje tak jejich perzistenci. Bylo prokázáno, že biouhel nemá toxický efekt na žádný z použitých modelových organismů. SPME vlákna se ukázala jako nevhodný pasivní vzorkovač.Jejich nekonzistentní výsledky neukázaly žádné smysluplné trendy, které by vedly k vysvětlení pozorovaných bioakumulací a ani neumožnily výpočet přestupového koeficientu SPME/půda. Z provedení experimentu a jeho výsledků bylo odvozeno několik doporučení do budoucna. Zejména zvětšit počet mikrokosmů pro dostatečné množství biologických matric, aby bylo možné připravit více opakování při extrakcích, a validovat postup zakoncentrování vzorků.

Abstract:

This diploma thesis deals with the fate of conazole fungicides in soil environments, the role of organic carbon and other factors. In the theoretical part, the properties of soil and pesticides which affect the fate of these compounds in the environment are covered, with a closer look at epoxiconazole (EPZ) and tebuconazole (TBZ), two conazole fungicides which were used in the experimental part. Biochar is also introduced as a material with strong adsorption properties which was experimentally utilized. The goal of the experimental part of this diploma thesis was to evaluate, whether varying per-cent content of biochar in soil has effect on the bioavailability of both fungicides. The experimental part was carried out using microcosms, which contained (apart from soil contaminated with the abovementioned compounds and a varying amount of biochar) also lettuce (Lactuca sativa), earthworms (Eisenia andrei) and sorbent fibers (solid phase microextraction, SPME). The experiment ran for a period of three months, while after the 1st, 2nd and 3rd month, samples were collected and all matrices were extracted. Liquid chromatography with tandem mass spectrometry detenction (LC-MS/MS) was employed to evaluate the concentrations of EPZ and TBZ in soil, leaves and roots of the lettuce, earth worms and SPME fibers. Bioconcentration factors (BCF) for the leaves and roots of lettuce and the bioaccumulation factor (BAF) for earthworms was calculated. It was determined, that the bioavailability of both compounds decreases with increasing biochar concentration for both lettuce and earthworms. It was also found that the presence of biochar slows down the degradation of EPZ and TBZ in soil and thus increases their persistency. It was proven that biochar has no toxic effect on either of the used organisms. SPME fibers proved to be an inappropriate passive sampler. Their inconsistent results showed no meaningful trends which did not lead to the interpretation of the observed bioaccumulation,and also did not allow for calculating SPME/soil transfer coefficients. From the course and results of the experiment, several suggestions for future studies were given. Especially, the number of microcosms needs to be increased to provide a sufficient number of biological matrices which will allow for more extraction repetitions and to validate the sample concentration procedure.

Keywords

půda, conazolové fungicidy, epoxiconazol, tebuconazol, biouhel, mikrokosmos, environmentální osud, bioakumulace, biokoncentrace, biodostupnost, perzistence, žížaly, salát, soil, conazole fungicides, epoxiconazole, tebuconazole, biochar, microcosmos, environmental fate, bioaccumulation, bioconcentration, bioavaibility, persistence, earthworms, lettuce

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 5. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 8. 6. 2018
• Supervisor: doc. RNDr. Jakub Hofman, Ph.D.
• Reader: doc. Ing. Branislav Vrana, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Environmental Chemistry