بررسی سینتیک تخریب زیستی دیازینون و ایمیداکلوپرید در خاک و انتقال آنها به گیاه به کمک طیف سنج تحرک یونی

STUDENT

DEGREE

YEAR

The severe use of pesticide including diazinon and imidacloprid leads to an increased risk of contamination of the environment and detrimental effects on biodiversity, food security, and water resources. Diazinon is the common name for a synthetic organophosphate pesticide first listed in the United States in 1956. As of 1999, Imidacloprid is one of the most widely used insecticide in the world. Gas chromatography-mass spectrometry and gas chromatography-flame photometric detection are the most common chemical analysis of pesticide in soil and water samples. The objectives of the study are to: 1- optimize an extraction and IMS-based determination of diazinon in the soil samples. 2- evaluate the effects of Zn, Cd, V and Mn on the rate of diazinon degradation in soils 3- evaluate the rhizosphere effects of onion and tomato on the rate of diazinon degradation as well as investigating the pesticide effects on rhizosphere biological indices 4- assay of imidacloprid in soil using a novel technique and its implication for evaluation of its degradation in soil and its detection in tomato and chili pepper. The results of the first study showed that methanol was the most efficient solvent for extracting diazinon from soil and sand. Two hours of shaking and 5 minutes centrifugation at 4000 rpm resulted in the best recovery. A linear response was observed between 100 to 10000 µg L -1 with determination coefficient of 0.997. The DT50 for diazinon was ranged from 0.4 to 5.3 days in three different agricultural soils and first-order models, in general, were conformed well to the data. Diazinon degradation was shown to be significantly encouraged by the metal ions. Diazinon degradation was increased by plant and metal ions. Biological activity such as microbial biomass carbon and basal microbial respiration rate decreased with diazinon application. A combined molecularly imprinted polymer with IMS was successfully developed for imidacloprid detection in order to investigate the pesticide degradation in soils and its uptake by plants. The results showed that the degradation of imidacloprid conformed well to the first-order models. The half-life of imidacloprid in control soil, tomato and chili rhizospheres were 45, 39, and 41 days, respectively. It was observed that the uptake of imidacloprid following soil treatment can be considered about 30% of the applied dose. Overall, IMS-based technique was used successfully to detect both pesticides in the soil and plant and it can be concluded that the technique can be used for detection of the pesticides in the environment. Keywords: diazinon, imidacloprid, metal ions, degradation kinetic, uptake and translocation, Ion mobility spectrometry

کاربرد وسیع و نامناسب آفت‌کش‌های شیمیایی در کشاورزی از طریق ورود به زنجیره غذایی و آلودگی خاک، هوا و آب‌های زیرزمینی بر اکوسیستم‌ها تأثیرات نامطلوبی ایجاد می‌کند. حشره‌کش‌های ارگانوفسفره از آفت‌کش‌های رایج در تمام دنیا می‌باشند، این آفت‌کش‌ها و متابولیت های آن‌ها در نمونه‌های زیست‌محیطی یافت شده‌اند. بنابراین اندازه‌گیری و تعیین آفت‌کش‌ها در نمونه‌های زیست‌محیطی مانند آب، خاک، سبزی‌ها و مواد غذایی بسیار ضروری به نظر می رسد. درمطالعه اول این رساله، اندازه گیری کمی باقی مانده دیازینون بوسیله دستگاه طیف سنج تحرک یونی با منبع تخلیه کرونا صورت گرفت. همچنین پارامترهای مؤثر بر روش استخراج جامد - مایع مورد مطالعه قرار گرفته و بهینه شدند. در مطالعه دوم رساله، سینتیک تجزیه دیازینون در غلظت های مختلف در حضور و عدم حضور فلزات منگنز، کادمیوم، روی و وانادیوم در سه نوع خاک مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. در مطالعه سوم رساله تاثیر آفت کش بر فعالیت آنزیم های اوره آز، فسفاتاز، تنفس میکروبی و توده زنده میکروبی در حضور فلزات روی و وانادیوم در خاک مورد بررسی قرار گرفت. همچنین سینتیک تجزیه دیازینون در ریزوسفر گیاه گوجه فرنگی و پیاز ارزیابی شده و با شرایط بدون گیاه مقایسه شد. در نهایت، به منظور بررسی جذب و انتقال دیازینون در گیاه، اندازه گیری مقدار باقی مانده آفت کش در اندام های گیاه گوجه فرنگی انجام شد. علاوه برآن، در مطالعه چهارم سینتیک تجزیه آفت کش ایمیداکلوپرید در خاک و جذب و انتقال آن در گیاه با روش پلیمر قالب ملکولی و دستگاه طیف سنج تحرک یونی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد استخراج باقی مانده آفت کش دیازینون در خاک با روش استخراج جامد – مایع و اندازه گیری آن بوسیله دستگاه طیف سنج تحرک یونی موفقیت آمیز بود. بهینه سازی عملیات استخراج دیازینون از نمونه های خاک با 10 میلی لیتر حلال متانول،بعد از 120 دقیقه تکان خوردن و 5 دقیقه سانتریفوژ با سرعت 4000 دور بر دقیقه، انجام گرفت. محدوده خطی روش 1/0-10 میلی گرم بر لیتر و تحت شرایط بهینه، درصد بازیابی روش 104-96 درصد به دست آمد. بررسی روند تجزیه دیازینون در خاک نشان داد، روند کاهشی غلظت دیازینون با مدل های مختلف سینتیک مرتبه اول مطابقت دارد. نیمه عمر دیازینون در سه نوع خاک بین 4/0 و 3/5 روز محاسبه شد. کمترین نیمه عمر دیازینون در استفاده آفت کش به همراه فلز وانادیوم و بیشترین آن در مصرف آفت کش به تنهایی گزارش شد. همچنین در کاربرد غلظت های 50 میلی گرم بر کیلوگرم دیازینون کاهش سرعت تجزیه آن نسبت به غلظت های 10 میلی گرم بر کیلوگرم مشاهده شد. با حضور فلزات روی و وانادیوم، تاثیر منفی دیازینون بر شاخص های زیستی کاهش یافت. همچنین کاشت گیاه گوجه فرنگی و پیاز باعث کاهش اثر منفی دیازینون بر توده زنده میکروبی، تنفس میکروبی و فعالیت آنزیم اوره آز در خاک شدند. بررسی جذب و انتقال آفت‌کش در اندام‌های گیاهی نشان داد حدود9?- 76 میکروگرم بر کیلوگرم دیازینون وارد ریشه و غلظت 5?-51 میکروگرم بر کیلوگرم به میوه گوجه‌فرنگی منتقل شد. در بخش دیگر این رساله، توانایی طیف سنج تحرک یونی همراه با پلیمر قالب ملکولی جهت استخراج و اندازه گیری آفت کش ایمیداکلوپرید در نمونه های خاک و گیاه مورد ارزیابی قرار گرفت. تحت شرایط بهینه مقادیر حد تشخیص و کمیت به ترتیب 03/0 - 10/0 میکروگرم بر گرم به دست آمد. مقادیر بازیابی برای این نمونه‌ها در محدوده بین 114-102 درصد به دست آمد. همچنین نتایج نشان داد، روند کاهشی ایمیداکلوپرید در خاک از مدل سینتیکی درجه اول پیروی می کند. نیمه عمر ایمیداکلوپرید برای تیمارهای بدون گیاه، با گیاه گوجه فرنگی و گیاه فلفل به ترتیب 45، 40، 39 روز بدست آمد. بیشترین غلظت ایمیداکلوپرید در 20 روز اولیه در ریشه گیاه گوجه‌فرنگی و فلفل چیلی مشاهده شد، درحالی‌که پس از 30 روز از کاربرد، بیشترین غلظت ایمیداکلوپرید در برگ‌های هر دو گیاه قابل‌اندازه‌گیری بود. بر اساس نتایج این رساله، نیمه عمر دیازینون در هر سه خاک تحت تاثیر فلزات و غلظت آفت کش بود. کاربرد آفت کش دیازینون باعث کاهش شاخص های زیستی خاک شد. همچنین حضور گیاه و فلزباعث کاهش بیشتر غلظت دیازینون و در نتیجه کاهش اثرات منفی آن بر جامعه میکروبی خاک شدند. مقدار جذب دیازینون از طریق گیاه گوجه فرنگی حدود 1 درصد بود. در حالی که انتقال و جذب ایمیداکلوپرید در گیاه حدود 30 درصد مقدار مصرفی اندازه گیری شد. این موضوع نشان دهنده پتانسیل بیشتر گیاه در جذب و انتقال ایمیداکلوپرید نسبت به دیازینون از خاک می باشد. کلمات کلیدی : طیف سنج تحرک یونی، استخراج جامد- مایع، دیازینون، سینتیک تجزیه، ایمیداکلوپرید، پلیمر قالب ملکولی، جذب و انتقال آفت کش در گیاه.