Hoe Glyphosaat de Water- en Bodemecosystemen Beïnvloedt: Gevaren voor Organismen

Glyphosaat wordt wereldwijd gebruikt als herbicide, maar de effecten ervan op aquatische en terrestrische ecosystemen zijn zorgwekkend. Hoewel het vaak als matig toxisch wordt beschouwd voor waterorganismen, tonen recente studies aan, dat sommige algen en aquatische planten bijzonder gevoelig kunnen zijn voor dit chemische middel. De effecten variëren afhankelijk van de concentratie, de formulering van het product en de duur van de blootstelling.

In de meeste gevallen wordt glyphosaat (en zijn formuleringen, zoals Roundup) als licht toxisch geclassificeerd voor aquatische organismen, met een LC50 of EC50-waarde tussen 1 en 100 mg L−1. Desondanks zijn sommige algen- en plantensoorten extreem gevoelig voor glyphosaat, met EC50-waarden die tussen 0,1 en 1 mg L−1 liggen. De commercialisatie van glyphosaat wordt vaak versterkt door de toevoeging van surfactanten zoals polyoxyethyleenamine-15 (POE-15), die de toxiciteit verhogen. Bij concentraties van 1 tot 3 ppm kunnen deze formuleringen schadelijke effecten veroorzaken op de cellulaire ademhaling en de integriteit van celmembranen bij mensen. Dit betekent dat niet alleen de actieve stof, maar ook de andere chemische bestanddelen van het product schadelijk kunnen zijn.

Een van de meest verontrustende bevindingen is de verhoogde genotoxiciteit van Roundup, die zowel het actieve ingrediënt glyphosaat als de surfactanten zoals POEA omvat. Onderzoek heeft aangetoond dat zelfs de Europese paling (Anguilla anguilla) aanzienlijke schade aan haar DNA vertoont wanneer ze wordt blootgesteld aan Roundup of een van zijn bestanddelen. De aanwezigheid van POEA blijkt een grotere bedreiging te vormen voor aquatische organismen dan glyphosaat zelf, waarbij het leidt tot ernstige sterfte onder vissen en amfibieën. Het is opmerkelijk dat POEA een bijzonder sterke toxiciteit vertoont voor zoetwaterinvertebraten en vissoorten.

Andere onderzoeken hebben aangetoond dat de effecten van glyphosaat verder gaan dan alleen de directe toxiciteit voor vissoorten. Zo heeft de blootstelling aan subletale concentraties glyphosaat bij de zilvermeerval (Rhamdia quelen) het immuunsysteem verzwakt, wat resulteerde in een verhoogde gevoeligheid voor de bacteriële ziekteverwekker Aeromonas hydrophila. Bovendien kan een verminderde capaciteit van vissen om zich te beschermen tegen parasitaire infecties, zoals die van de platworm Telogaster opisthorchis, optreden bij concentraties die veel lager zijn dan de dodelijke dosis.

De effecten op microbiële gemeenschappen zijn eveneens aanzienlijk. Glyphosaat beïnvloedt de microbiële activiteit en samenstelling in de bodem en in de rhizosfeer van planten, wat kan leiden tot verminderde werking van nuttige micro-organismen zoals stikstofbindende bacteriën en mycorrhiza-schimmels. Het gebruik van glyphosaat kan zelfs de groei van deze symbiotische organismen beperken, wat gevolgen heeft voor de algemene gezondheid van de bodem en de planten. In aquatische omgevingen veroorzaakt glyphosaat verstoringen in de fotosynthese en de ademhaling van micro-algen en bacteriën, wat leidt tot een afname van de biologische productiviteit en de verstoring van het voedselweb.

Het is belangrijk te begrijpen dat de toxiciteit van glyphosaat niet alleen afhangt van de concentratie van het actieve ingrediënt, maar ook van de formulering van het product en de aanwezigheid van toevoegingen zoals POEA. Studies tonen aan dat het gebruik van Roundup® met POEA vele malen toxischer is voor zowel micro-organismen als grotere aquatische dieren dan wanneer alleen het actieve ingrediënt glyphosaat wordt gebruikt. De combinatie van glyphosaat en surfactanten kan leiden tot onvoorziene gevolgen voor ecosystemen, waarbij zelfs kleine hoeveelheden een significante impact kunnen hebben.

Aangezien veel van de effecten van glyphosaat in de natuur pas na langdurige of herhaalde blootstelling zichtbaar worden, is het van cruciaal belang dat de volledige ecotoxicologische impact van glyphosaat op zowel micro-organismen als grotere organismen zoals vissen, amfibieën en ongewervelden grondig wordt onderzocht. Dit zal niet alleen helpen om beter geïnformeerde beslissingen te nemen over het gebruik van dergelijke chemicaliën, maar ook om effectievere beschermingsmaatregelen voor aquatische en terrestrische ecosystemen te ontwikkelen.

Hoe Werkt de Afbraak van Polycyclische Aromatische Koolwaterstoffen (PAH's) in de Bodem?

De afbraak van polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAH's) in de bodem is een complex proces dat sterk afhankelijk is van de aard van het bodemmateriaal en de aanwezige organische stof (SOM). Het idee van een strikte scheiding tussen labiele en recalcitrante organische stoffen in de bodem is inmiddels verouderd. In plaats daarvan wordt nu het proces van biodegradatie van organische stoffen als een continuüm beschouwd, waarin zowel snel afbreekbare als moeilijk afbreekbare fracties een rol spelen (Lehmann en Kleber, 2015).

XOM (carbonrijke sorptiematerialen zoals roet, houtskool, teer en smeltproducten) zijn vaak de belangrijkste bron van PAH's in de bodem. Toch wordt in veel onderzoeken te weinig aandacht besteed aan deze materialen, ondanks hun prominente rol in de ophoping en desorptie van PAH's in bodems (Yu et al., 2018, 2023). XOM wordt beschouwd als een reservoir voor PAH's, wat betekent dat zij PAH's kunnen vasthouden in plaats van ze te verteren. Dit gedrag verandert de manier waarop we risico's inschatten, omdat de aanwezigheid van deze materialen de bio-beschikbaarheid van PAH's kan beïnvloeden. De aanwezigheid van zelfs lage concentraties van deze sorptiematerialen kan domineren in de mate waarin PAH's zich aan de bodem hechten, met name in verontreinigde hotspots, waar XOM een groot deel van de SOM kan uitmaken (Bayard et al., 2000). Dit betekent dat de typische benadering, waarin de bodem als een passieve opslagplaats van verontreinigingen wordt gezien, niet altijd van toepassing is.

Bijvoorbeeld, de partitioneringscoëfficiënten (Kd) voor PAH's in roet en houtskool zijn ongeveer duizend keer hoger dan in natuurlijke organische materialen (Jonker en Koelmans, 2002). Dit betekent dat PAH's minder snel vrijkomen uit deze materialen, wat hun biologische beschikbaarheid aanzienlijk vermindert (Rust et al., 2004; Thorsen et al., 2004). In gevallen van NAPL-verontreiniging (zoals teer of brandstofolie), kunnen de desorptiesnelheden van PAH's zelfs verder vertragen, maar toch zijn er gevallen waar bepaalde PAH's zoals benzo(a)pyreen makkelijker beschikbaar zijn in grond gemengd met brandstofolie, zelfs bij hogere Kd-waarden (Yu et al., 2023).

De desorptiesnelheden van PAH's kunnen bovendien variëren op basis van de aard van het gebruikte materiaal. In de grond waar koolteer en koolteerachtige stoffen aanwezig zijn, kan het proces van desorptie van PAH's langer duren, maar het kan uiteindelijk leiden tot hogere concentraties van bio-beschikbare PAH's door de voortdurende migratie van koolteer in de bodemstructuur. Dit kan worden gezien als een vorm van voortdurende verontreiniging, waarbij PAH's worden vrijgegeven van een reservoir dat zich door de bodem verspreidt, en hierdoor de risico's verhoogt voor menselijke gezondheid en het milieu (Yu et al., 2023).

Naast de rol van de bodem zelf, zijn ook co-contaminanten van belang voor het begrip van PAH-beschikbaarheid. Hoge concentraties van andere organische verontreinigingen kunnen de snelheid van sorptie en desorptie verhogen door de concentratiegradiënten in de bodem te versterken (Huang en Weber, 1998). In sommige gevallen kunnen andere schadelijke stoffen, zoals zware metalen, de bio-beschikbaarheid van PAH's verminderen door veranderingen in de samenstelling van de SOM of door verstoring van de organische bindingen in de bodem (Zhang et al., 2010). Dit leidt tot een complexe dynamiek, waarbij de interactie tussen verschillende verontreinigingen vaak de uiteindelijke bio-beschikbaarheid beïnvloedt.

Er zijn echter ook gevallen waarbij de vorming van niet-extracteerbare residuen (NER's) een rol speelt bij het beheer van PAH-verontreinigde bodems. Deze residuen ontstaan na langdurige sequestratie van PAH's in de bodem, een proces dat zorgt voor de vorming van drie verschillende typen NER's: (1) de fractie die sterk geadsorbeerd is en opgesloten zit in de poreuze structuur van de bodem, (2) de covalent gebonden fractie, en (3) de fractie die afgebroken is tot niet-giftige producten en deel uitmaakt van het natuurlijke organische materiaal (NOM) in de bodem (Kästner et al., 2014). De risico's van deze NER's zijn niet altijd even groot, vooral als het gaat om de derde fractie, die geen schadelijke milieueffecten vertoont (Umeh et al., 2018a).

Vanuit een risicomanagementperspectief zijn vooral de eerste twee typen NER's relevant, omdat deze onder bepaalde omstandigheden opnieuw kunnen worden gemobiliseerd en mogelijk schadelijke effecten kunnen hebben. In feite blijkt uit studies dat na langdurige veroudering van PAH-spiked bodems, de remobilisatie van PAH's sterk afneemt, en dit proces wordt grotendeels gecontroleerd door de recalcitrante fractie van de organische stof in de bodem (Umeh et al., 2019b). Dit suggereert dat de risico's van NER's vaak minimaal zijn, vooral wanneer de NER's zich in stabiele, niet-giftige vormen bevinden.

Naast het in kaart brengen van de aard van de PAH-verontreiniging, wordt bij risicobeheer ook steeds meer nadruk gelegd op de langzame afbraak en de mogelijke gevolgen van niet-extracteerbare PAH's voor het milieu. Bij de beoordeling van risico's is het belangrijk om niet alleen naar de directe bio-beschikbaarheid van PAH's te kijken, maar ook naar het potentiële effect van langdurige opslag van deze stoffen in de bodem, waarbij ze een sluimerend risico kunnen vormen voor ecosystemen en menselijke gezondheid.

Het beheer van PAH-verontreinigde bodems vereist een holistische benadering, waarbij zowel de fysisch-chemische eigenschappen van de bodem als de aanwezigheid van co-contaminanten en NER's in overweging worden genomen. Traditionele schoonmaakmethoden zoals bodemwassen, uitgraving en incineratie zijn nog steeds van belang, maar steeds meer onderzoek richt zich op meer geavanceerde technieken die de desorptie van PAH's kunnen bevorderen zonder de bodemstructuur te verstoren (Medina et al., 2018). De ontwikkelingen op het gebied van remediatie moeten rekening houden met de dynamische en langdurige aard van PAH-verontreiniging om effectievere en duurzamere oplossingen te bieden voor bodemvervuiling.

Hoe Wijdverspreid Zijn Organochlorine Pestdoden in de Arctische Bodem?

De aanwezigheid van organochlorine pesticiden (OCP’s) in de arctische bodem is een onderwerp van groeiende bezorgdheid, gezien de verontrustende bevindingen van verschillende studies die de omvang van hun verspreiding aantonen. In het noordpoolgebied worden de meeste van de 23 OCP's aangetroffen in bodemmonsters uit het oppervlak (0-5 cm), met een detectiegraad van 100% voor bijna alle onderzochte verbindingen. Dit wijst op de alomtegenwoordige aanwezigheid van OCP's in dit fragiele milieu, ondanks dat veel van deze stoffen ooit als pesticiden zijn gebruikt, maar nu wereldwijd worden getransporteerd door atmosferische stromen en oceanische circulatie.

De concentratie van OCP's in de onderzochte bodemmonsters varieerde tussen 0,28 μg/kg d.s. en 3,6 μg/kg d.s. HCB (hexachloorbenzeen) werd het meest aangetroffen, goed voor 19% van het totale aantal OCP's, gevolgd door DDT's (met name p,p′-DDT en p,p′-DDD) en HCH's (11%). Onder de HCH's was de relatieve hoeveelheid α-HCH het hoogst, gevolgd door γ-HCH, β-HCH en δ-HCH. Deze samenstelling wijkt af van de samenstelling van technische HCH-mengsels, die doorgaans meer γ-HCH bevatten (>99%), evenals van de samenstelling van lindaan, die vrijwel uitsluitend γ-HCH bevat.

De α/γ-HCH-ratio's in de meeste monsters wijzen op een combinatie van twee bronnen: lindaan en HCH-mengsels. In monsters met een α/γ-HCH-ratio lager dan 0,2 is de primaire bron lindaan, terwijl een ratio van 7 wijst op een sterkere indicatie van technische HCH-mengsels. β-HCH is de meest resistente isomeer tegen biologische afbraak onder de HCH-isomeren, terwijl α-HCH en γ-HCH in het milieu kunnen worden omgezet in β-HCH. Het feit dat de verhouding van β-HCH/(α-HCH + γ-HCH) in deze studie meestal lager was dan 0,5, duidt op recente invoer van HCH's, terwijl een ratio hoger dan 0,5 zou wijzen op historische toepassingen.

Wat betreft DDT's vertoonden de meeste bodemmonsters, ondanks het anaerobe karakter van de bodem, een ongebruikelijke dominantie van DDD boven DDE. Dit werd toegeschreven aan het feit dat de DDD die werd aangetroffen, niet alleen afkomstig kon zijn van historisch DDT-gebruik. De aanwezigheid van o,p′-DDD suggereert dat er mogelijk sprake is van nieuwe toepassingen of een regionale bron van vervuiling. Het is goed bekend dat chlordaan bestaat uit cis-chlordaan en trans-chlordaan, waarbij trans-chlordaan gevoeliger is voor fotolyse en transformatie. Heptachlor kan worden afgebroken tot heptachlorepoxide, een meer stabiele verbinding in het milieu. De diagnostische verhoudingen van trans-chlordaan/cis-chlordaan en heptachlor/heptachlorepoxide gaven aan dat veel van de monsters een trans/cis-ratio onder 1 vertoonden, terwijl de ratio van heptachlor/heptachlorepoxide vaak boven 1 lag. Dit toont aan dat chlordaan waarschijnlijk van historische oorsprong is, terwijl heptachlor recent is gebruikt.

In de regio Ny-Ålesund in de Arctische gebieden van Noorwegen, waar 24 bodemmonsters werden verzameld uit acht stations, werden ook OCP's gedetecteerd. α-HCH en γ-HCH werden in alle monsters aangetroffen, met de concentraties variërend van 0,28 μg/kg d.s. tot 1,36 μg/kg d.s. Dit suggereerde duidelijke transformaties van HCH’s in het milieu. De concentratie van DDT’s in het oppervlak van de bodem varieerde van 0,31 μg/kg d.s. tot 2,76 μg/kg d.s., waarbij DDD de belangrijkste verontreinigende stof was. Dit bevestigde de hypothese dat DDT's al lange tijd afgebroken waren, maar ook duidde op recente verontreiniging. De aanwezigheid van OCP's in de arctische regio wordt grotendeels toegeschreven aan atmosferisch transport, aangezien semi-vluchtige OCP's vanuit lagere breedtegraden en hogere temperaturen naar de arctische regio worden getransporteerd, waar de koudere temperaturen de stoffen doen neerslaan.

Naast de geografische verspreiding van OCP's wordt ook het risico voor de gezondheid en het milieu steeds zorgwekkender. In Australië, bijvoorbeeld, wordt de aanwezigheid van OCP's zoals DDT en endosulfan in irrigatiegronden aangetroffen, waarbij DDE, een afbraakproduct van DDT, het meest persistent is. In Nieuw-Zeeland werd vastgesteld dat OCP-niveaus in bodemmonsters, vooral uit stedelijke gebieden, laag waren, hoewel wereldwijd transport van OCP's uit andere landen ook een bron van verontreiniging bleek te zijn.

Wat belangrijk is om te begrijpen, is dat de verontreiniging van de arctische regio door OCP's niet alleen het gevolg is van lokaal gebruik, maar ook van wereldwijde emissies en transport via atmosferische stromen. Zelfs regio's die ver verwijderd zijn van de oorspronkelijke bron van deze stoffen, zoals de arctische en antarctische gebieden, worden steeds meer beïnvloed door de langdurige persistentie van deze stoffen in het milieu. Het blijft een uitdaging om de bronnen van verontreiniging te traceren, aangezien de stoffen zich verspreiden via atmosferische, biologische en oceanische netwerken.