view in publisher's site

Modeling pesticides in global surface soils: Evaluating spatiotemporal patterns for USEtox-based steady-state concentrations

Highlights•Spatiotemporal models were developed for pesticide fate in surface soil.•Steady-state concentrations were estimated based on dissipation rates.•Air temperature has the largest impact on the dissipation rate.•Colder regions can have higher steady-state pesticide concentrations in the surface soil.•Simulated fate factors have a good linear fit with the USEtox data.AbstractTo better manage pesticide pollution in surface soils, we introduced a first-order-kinetics-based screening model to evaluate the steady-state concentrations of pesticides in surface soils while considering degradation, volatilization, plant uptake, and precipitation processes. For each process, we developed a spatiotemporal-pattern-based model using spatiotemporal variables, including air temperature (TA), relative humidity (RHA), and rainfall intensity (IRA), to characterize the overall dissipation rates (kT) of pesticides in the soil. These dissipation rates were converted to fate factors (FFs), which are commonly used in life cycle analyses. The results indicate that, in general, the kT values increase with increasing TA and IRA and decrease with increasing RHA. This is because increased TA boosts the degradation, volatilization, and plant uptake processes, whereas increased RHA lowers the plant transpiration rate. Also, the simulation for over 700 pesticides indicated that the degradation process dominates the overall dissipation of most pesticides in the soil, and the volatilization process contributes the least. In addition, we simulated chlorpyrifos FFs for Brazil, China, the US, and the European Union (EU) using the annual average TA, RHA, and IRA values. The results indicate that, in general, Brazilian federal units have the smallest FFs and the narrowest simulated FF range because of their humid tropical climates. Meanwhile, the EU member states have the largest FFs and the widest FF range because of their range in locations. In addition, our simulated results show that the surface soils in the high-latitude regions could accumulate more chlorpyrifos than those in low-latitude regions because of the larger simulated FFs. Furthermore, we parameterized our model using 737 pesticides with the USEtox, thereby providing an alternative approach to simulate the steady-state concentration of pesticides in surface soils from the USEtox available data. The model developed herein is a useful screening tool for predicting pesticide concentrations in surface soil worldwide to improve soil and ecological health risk management.Graphical abstractDownload : Download high-res image (124KB)Download : Download full-size image

مدل‌سازی آفت‌کش‌ها در خاک‌های سطحی جهانی: ارزیابی الگوهای فضایی و زمانی برای غلظت حالت پایدار مبتنی بر USEtox

نکات برجسته * مدل‌های فضایی - زمانی برای سرنوشت آفت‌کش‌ها در خاک سطحی توسعه داده شدند. * غلظت حالت پایدار براساس نرخ اتلاف تخمین زده شد. * دمای هوا بیش‌ترین تاثیر را بر نرخ اتلاف دارد. مناطق کلدر می‌توانند غلظت آفت کشه‌ای حالت پایدار بالاتری در خاک سطحی داشته باشند. عوامل سرنوشت شبیه‌سازی شده تناسب خطی خوبی با داده USEtox دارند. برای مدیریت بهتر آلودگی آفت‌کش‌ها در خاک‌های سطحی، ما یک مدل غربالگری مبتنی بر سینتیک مرتبه اول را برای ارزیابی غلظت حالت پایدار آفت‌کش‌ها در خاک‌های سطحی در حالی که تجزیه، تصعید، جذب گیاه و فرآیندهای رسوب را در نظر می‌گیریم، معرفی کردیم. برای هر فرآیند، ما یک مدل مبتنی بر الگوی مکانی - زمانی را با استفاده از متغیرهای فضایی - زمانی، از جمله دمای هوا (TA)، رطوبت نسبی (RHA)، و شدت بارندگی (IRA)توسعه دادیم تا نرخ اتلاف کلی (kT)آفت‌کش‌ها در خاک را مشخص کنیم. این نرخ‌های اتلاف به عوامل سرنوشت (FF ها)تبدیل شدند که معمولا در آنالیزهای چرخه حیات استفاده می‌شوند. نتایج نشان می‌دهد که به طور کلی مقادیر KT با افزایش TA و IRA افزایش می‌یابد و با افزایش RHA کاهش می‌یابد. این امر به این دلیل است که افزایش TA، تجزیه، تصعید و فرآیندهای جذب گیاه را افزایش می‌دهد، در حالی که افزایش RHA، سرعت تعرق گیاه را کاهش می‌دهد. همچنین، شبیه‌سازی برای بیش از ۷۰۰ آفت‌کش نشان داد که فرآیند تجزیه بر پراکندگی کلی بیشتر آفت‌کش‌ها در خاک غالب است و فرآیند تبخیر کم‌ترین سهم را دارد. علاوه بر این، ما فلیپ فلاپ های کلرپیریفوس را برای برزیل، چین، ایالات‌متحده و اتحادیه اروپا (EU)با استفاده از مقادیر متوسط سالانه TA، RHA و IRA شبیه‌سازی کردیم. نتایج نشان می‌دهد که به طور کلی، واحدهای فدرال برزیلی دارای کوچک‌ترین فلیپ فلاپ و تنگ‌ترین دامنه فلیپ فلاپ شبیه‌سازی شده به دلیل آب و هوای گرمسیری مرطوب خود هستند. در همین حال، کشورهای عضو اتحادیه اروپا بزرگ‌ترین فلیپ فلاپ ها و وسیع‌ترین دامنه فلیپ فلاپ ها را به دلیل محدوده آن‌ها در مکان‌ها دارند. علاوه بر این، نتایج شبیه‌سازی شده ما نشان می‌دهد که خاک‌های سطحی در مناطق با عرض جغرافیایی بالا می‌توانند کلرپیریفوس بیشتری را نسبت به خاک‌های مناطق با عرض جغرافیایی پایین به دلیل فلیپ فلاپ های شبیه‌سازی شده بزرگ‌تر تجمع دهند. علاوه بر این، ما مدل خود را با استفاده از ۷۳۷ آفت‌کش با USEtox پارامتری کردیم، در نتیجه یک روش جایگزین برای شبیه‌سازی غلظت پایدار آفت‌کش‌ها در خاک‌های سطحی از داده‌های موجود USEtox فراهم کردیم. مدل توسعه‌یافته در این جا یک ابزار غربالگری مفید برای پیش‌بینی غلظت آفت‌کش‌ها در خاک سطحی در سراسر جهان برای بهبود مدیریت خطر سلامت خاک و محیط‌زیست است.
ترجمه شده با

Download PDF سفارش ترجمه این مقاله این مقاله را خودتان با کمک ترجمه کنید
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.