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Application of mid-infrared spectroscopy to the prediction and specification of pesticide sorption: A promising and cost-effective tool
2024
Dollinger, Jeanne | Thoisy, Jeanne-Chantal | Gomez, Cécile | Samouelian, Anatja | Laboratoire d'étude des Interactions Sol - Agrosystème - Hydrosystème (UMR LISAH) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-AgroParisTech-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Montpellier ; Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro) | Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (ECOSYS) ; AgroParisTech-Université Paris-Saclay-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
International audience | The cocktail of pesticides sprayed to protect crops generates a miscellaneous and generalized contamination of water bodies. Sorption, especially on soils, regulates the spreading and persistence of these contaminants. Fine resolution sorption data and knowledge of its drivers are needed to manage this contamination. The aim of this study is to investigate the potential of Mid-Infrared spectroscopy (MIR) to predict and specify the adsorption and desorption of a diversity of pesticides. We constituted a set of 37 soils from French mainland and West Indies covering large ranges of texture, organic carbon, minerals and pH. We measured the adsorption and desorption coefficients of glyphosate, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) and difenoconazole and acquired MIR Lab spectra for these soils. We developed Partial Least Square Regression (PLSR) models for the prediction of the sorption coefficients from the MIR spectra. We further identified the most influencing spectral bands and related these to putative organic and mineral functional groups. The prediction performance of the PLSR models was generally high for the adsorption coefficients Kdads (0.4 < R 2 < 0.9 & RPIQ > 1.8). It was contrasted for the desorption coefficients and related to the magnitude of the desorption hysteresis. The most significant spectral bands in the PLSR differ according to the pesticides indicating contrasted interactions with mineral and organic functional groups. Glyphosate interacts primarily with polar mineral groups (OH) and difenoconazole with hydrophobic organic groups (CH2, C=C, COO-, CO , CO -C). 2,4-D has both positive and negative interactions with these groups. Finally, this work suggests that MIR combined with PLSR is a promising and cost-effective tool. It allows both the prediction of adsorption and desorption parameters and the specification of these mechanisms for a diversity of pesticides including polar active ingredients.
Show more [+] Less [-]The use of copper as plant protection product contributes to environmental contamination and resulting impacts on terrestrial and aquatic biodiversity and ecosystem functions
2024
Pesce, Stéphane | Mamy, Laure | Sanchez, Wilfried | Artigas, Joan | Bérard, Annette | Betoulle, Stéphane | Chaumot, Arnaud | Coutellec, Marie-Agnès | Crouzet, Olivier | Faburé, Juliette | Hedde, Mickael | Leboulanger, Christophe | Margoum, Christelle | Martin-Laurent, Fabrice | Morin, Soizic | Mougin, Christian | Munaron, Dominique | Nélieu, Sylvie | Pelosi, Céline | Leenhardt, Sophie | RiverLy - Fonctionnement des hydrosystèmes (RiverLy) ; Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE) | Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (ECOSYS) ; AgroParisTech-Université Paris-Saclay-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE) | Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER) | Laboratoire Microorganismes : Génome et Environnement (LMGE) ; Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Clermont Auvergne (UCA) | Environnement Méditerranéen et Modélisation des Agro-Hydrosystèmes (EMMAH) ; Avignon Université (AU)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE) | Stress Environnementaux et BIOsurveillance des milieux aquatiques (SEBIO) ; Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques (INERIS)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université Le Havre Normandie (ULH) ; Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-SFR Condorcet ; Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) | Dynamique et durabilité des écosystèmes : de la source à l’océan (DECOD) ; Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut Agro Rennes Angers ; Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro) | Service santé de la faune et fonctionnement des écosystèmes agricoles (OFB Service Santé Agri) ; Direction de la recherche et de l’appui scientifique (OFB - DRAS) ; Office français de la biodiversité (OFB)-Office français de la biodiversité (OFB) | Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols) ; Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Montpellier ; Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro) | MARine Biodiversity Exploitation and Conservation - MARBEC (UMR MARBEC ) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM) | Agroécologie [Dijon] ; Université de Bourgogne (UB)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Dijon ; Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro) | Ecosystèmes aquatiques et changements globaux (UR EABX) ; Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE) | Direction de l'Expertise scientifique collective, de la Prospective et des Etudes (DEPE) ; Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE) | OFB (Plan Ecophyto)
International audience | Copper-based plant protection products (PPPs) are widely used in both conventional and organic farming, and to a lesser extent for non-agricultural maintenance of gardens, greenspaces, and infrastructures. The use of copper PPPs adds to environmental contamination by this trace element. This paper aims to review the contribution of these PPPs to the contamination of soils and waters by copper in the context of France (which can be extrapolated to most of the European countries), and the resulting impacts on terrestrial and aquatic biodiversity, as well as on ecosystem functions. It was produced in the framework of a collective scientific assessment on the impacts of PPPs on biodiversity and ecosystem services in France. Current science shows that copper, which persists in soils, can partially transfer to adjacent aquatic environments (surface water and sediment) and ultimately to the marine environment. This widespread contamination impacts biodiversity and ecosystem functions, chiefly through its effects on phototrophic and heterotrophic microbial communities, and terrestrial and aquatic invertebrates. Its effects on other biological groups and biotic interactions remain relatively under-documented.
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2024
Pesce, Stéphane | Mamy, Laure | Sanchez, Wilfried | Artigas, Joan | Bérard, Annette | Betoulle, Stéphane | Chaumot, Arnaud | Coutellec, Marie-agnès | Crouzet, Olivier | Faburé, Juliette | Hedde, Mickael | Leboulanger, Christophe | Margoum, Christelle | Martin-laurent, Fabrice | Morin, Soizic | Mougin, Christian | Munaron, Dominique | Nélieu, Sylvie | Pelosi, Céline | Leenhardt, Sophie
Copper-based plant protection products (PPPs) are widely used in both conventional and organic farming, and to a lesser extent for non-agricultural maintenance of gardens, greenspaces, and infrastructures. The use of copper PPPs adds to environmental contamination by this trace element. This paper aims to review the contribution of these PPPs to the contamination of soils and waters by copper in the context of France (which can be extrapolated to most of the European countries), and the resulting impacts on terrestrial and aquatic biodiversity, as well as on ecosystem functions. It was produced in the framework of a collective scientific assessment on the impacts of PPPs on biodiversity and ecosystem services in France. Current science shows that copper, which persists in soils, can partially transfer to adjacent aquatic environments (surface water and sediment) and ultimately to the marine environment. This widespread contamination impacts biodiversity and ecosystem functions, chiefly through its effects on phototrophic and heterotrophic microbial communities, and terrestrial and aquatic invertebrates. Its effects on other biological groups and biotic interactions remain relatively under-documented.
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