تحلل متبقيات المبيدات في البيئة

يمكن لعملية تحلل متبقيات المبيدات في البيئة أن تتأثر بالعديد من العوامل. الا أن أحد اهم هذه العوامل هو الطبيعة الكيمياوية للمبيد وسنحاول في هذا الجزء تسليط الضوء على عملية تحلل متبقيات المبيدات التي تبقى لفترة طويلة في البيئة والتي يعتقد أنها وراء معظم مشاكل التلوث بالمبيدات، كذلك لابد من الاشارة هنا الى أن عملية تحلل المركب الأصلي للمبيد الى مركبات اخرى لا يعني بالضرورة زوال تأثيره من البيئة بل من المحتمل ان نواتج التحلل هذه قد تكون أكثر سمية وخطورة على البيئة من المركب الاصلي.

العوامل المؤثرة في متبقيات المبيدات

هناك العديد من العوامل التي يمكن أن تؤثر على متبقيات اي مبيد منها: -

1) أدمصاص المبيد من قبل مكونات التربة.

2) غسل المبيد بواسطة مياه الأمطار.

3) التقاط المبيد من قبل النبات والحيوان.

4) التبخر بصورة مباشرة أو غير مباشرة.

5) حمل المبيد ونقله بواسطة الرياح.

أن العوامل السابقة قد تعمل على خفض كمية المتبقيات في الموقع الذي كانت توجد به تلك المتبقيات ولكننا عندما ننظر الى البيئة كوحدة واحدة نجد أن هذه العمليات لم تخفض من كمية متبقيات المبيدات. الا أن العمليات التي تعمل حقيقة على خفض وازالة تلك المتبقيات هي تلك العمليات التي تتم من خلال الكائنات الدقيقة والتربة وضوء الشمس، ودرجة الـ PH، والحرارة والعوامل المساعدة في التربة وانزيماتها حيث تعمل هذه العوامل على تحللها وخفض كميتها في البيئة الا أن أهم عوامل تحلل متبقيات المبيدات في البيئة ما يأتي: -

التحلل بواسطة الكائنات الدقيقة في التربة

من أهم مجاميع الكائنات الدقيقة الموجودة في التربة هي الفطريات والبكتريا والتي تستطيع أن تحلل بقايا المبيدات بواسطة العديد من التفاعلات.

المبيدات الحشرية

أولا) مبيدات الكلور العضويةOrganochlorine Insecticides

۱) مبيد الـ DDT

تعمل الكائنات الدقيقة في التربة على هدم وتحليل مبيد ال DDT الى العديد من المركبات بواسطة العديد من التفاعلات منها: -

أ) تفاعل ال reductive dechlorination:- وفي هذا التفاعل يتم تحويل الـ DDT الى عدة مركبات نتيجة الاختزال وازالة ذرة كلور ومن هذه المركبات الـ

TDE (Tichloro diphenyl ethane) وال DDMS Dichloro diphenyl mono chlorinated saturated ethane)) وال DDNS (Dichloro diphenyl non chlorinated saturaed ethane)

وكما في المعادلات الاتية: -

ب) تفاعل الاكسدة

وفيه يتم تحويل ال DDT الى Dicofol

ج) تفاعل ال Dehydrochlorination: - وفي هذا التفاعل يتم إزالة ذرة هيدروجين وكلور لبعض المركبات الناتجة من التفاعل الأول حيث يتم تحويل الـTDE الى DDMU وال DDMS الى DDNU: -

۲) مبيد الـ Benzine texachloride) BHC)

من المعروف أن مبيد الـ BHC يختفي من التربة بسرعة مقارنة ببقية المبيدات التابعة لمجموعة الكلور العضوية حيث تلعب الكائنات الدقيقة وقلوية التربة دوراً مهماً في تحلله عن طريق الـ Dehydrochlorination ومن اهم نواتج هذا التفاعل هو - gamma (pentachlorocyclohexene (PCCH كما قد تتكون مركبات اخرى مثل tetrachlorobenzen كنتيجة لفعل الكائنات الدقيقة على مركب الـ PCCH. كذلك أظهرت بعض الدراسات أن عملية هدم وتحلل ال BHC تكون أسرع في الظروف اللاهوائية. لذلك فهي تختفي بسرعة في الأراضي والترب الغدقة أو المغمورة بالماء.

۳) مجموعة مبيدات السايكلودايين  Cyclodiene Insecticides

تضم هذه المجموعة العديد من المبيدات الحشرية المهمة مثل الـdieldrin ، aldrin ، chlordane وغيرها. هذه المبيدات تمتاز بدرجة ثبات عالية اضافة الى أن الكائنات الدقيقة التي تقوم بهدمها قليلة نوعاً ما. فقد أظهرت نتائج احدى الدراسات وجود 10 عزلات فقط من أصل 600 عزلة لمايكرويات التربة استطاعت أن تعمل على مبيد الـ dieldrin، وقد وجد ان الحلقة الحاوية على الكلور هي الأكثر ثباتاً من بقية أجزاء المركب وأن فعل الكائنات الدقيقة لا يظهر في الغالب الا على الحلقات عديمة الكلور ومن أهم التفاعلات التي تحدث لهذه المجموعة هي: -

أ) تفاعل ال epoxidation:- حيث يعمل هذا التفاعل على تحويل الـ aldrin الى الـ dieldrin وال heptachlor الى ال heptachior epoxide. كذلك تستطيع الكائنات الدقيقة على تحويل ال dieldrin الى الـ aldrin عن طريق الاختزال.

ب) أعادة التركيب أو التنظيم   Rearrangement process

وهي عملية مرتبطة بهدم مبيدات السايكلودايين مثال ذلك تكوين جسر بين جزيئات المبيد. أن أهمية هذه العملية غير معروفة لحد الآن الا أنها من المحتمل تعمل على اعطاء الفرصة المناسبة للكائنات الدقيقة لهدم هذه المركبات وفي اغلب الحالات فأن مثل هذا التفاعل يؤدي الى تكوين مركبات قطبية أكثر من المركب الأصلي.

ثانياً) مبيدات الفسفور العضوية والكارباماتية

أن أغلب تفاعلات الهدم التي تحدث في الكائنات الدقيقة لهذه المجموعة من المبيدات الحشرية تتم من خلال عملية ال hydrolysis خلال مجاميع الاستر بينما تعد عمليات وجود الاكسدة مهمة جداً في الحيوانات الراقية لعملية هدم هذه المبيدات. أن وجود أنظمة الهدم الاخترالية في الكائنات الدقيقة تلعب دوراً مهماً في عملية الهدم مثال ذلك تحويل الباراثيون الى aminoparathion.

مبيدات الادغال Herbicides

تتوفر الكثير من المعلومات حول عمليات هدم وتحلل مبيدات الادغال في التربة مقارنة ببقية مجاميع المبيدات وسبب ذلك يرجع الى الأهمية الاقتصادية لمتبقيات مبيدات الأدغال في التربة، وبشكل عام تبقى مبيدات الادغال من مجموعة اليوريا وال atrazine مدة تتراوح بين 18-10 شهر بينما تبقى مجموعة ال toluidine لمدة 6 أشهر. أما مجموعة ال Phenoxy alkanoic acids ومنها ال2,4D  تتراوح فترة بقائها بين 1-5 اشهر وثلاثة اشهر لمبيدات الأدغال الاليفاتية والكارباماتية وهي فترات قصيرة نسبياً اذا ماقورنت بفترة بقاء المبيدات الحشرية مثل الألدرين والكلوردين.

1)  مجموعة الـ Halogenated aliphatic acids

أن الخط العام لهدم هذه المجموعة من مبيدات الأدغال من قبل الكائنات الدقيقة يتم بواسطة ال dehalogenation فيما تعمل أنزيمات الـ hydrolytic على الاسراع من هذه العملية لإطلاق ايون الهاليد وذلك بوجود مستلم الهاليد halide acceptor، كذلك قد تتم عملية الهدم دون تحرير لأيون الهاليد مثال ذلك حامض الـ chlorinated - & propionic حيث يكون جاهزاً لعملية ال dehalogenated.

في هذا التفاعل يتم ابدال ذرة الهالوجين بمجموعة هيدروكسي هذا التفاعل ينتج عنه في الغالب كحول وكيتونات.

۲) مجموعة الـ Phenyl ureas and Phenyl carbamates أن مبيدات الأدغال، من مجموعة الفينايل يوريا تكون جاهزة للهدم من قبل الكائنات الدقيقة في التربة وأن نسبة الهدم تزداد في الترب الفقيرة بالمواد العضوية والتي لا تدمص المبيدات لذلك تكون متوفرة بصورة اكبر لفعل الكائنات الدقيقة. ان الطريقة الرئيسة لتحلل الفينايل يوريا يتم بواسطة سلسلة من تفاعلات الـ Demethylations ينتج عنها تكوين مشابهات الأنيلين Aniline. أنظر المثال والذي يشكل طريقة تحلل مبيد دايرون Duiron من قبل احياء التربة المجهرية.

أما المبيدات التابعة للفينايل كارباميت فإنها لا تبقى لفترة طويلة في التربة حيث وجد مثلاً أن مبيد الـ Chlorpropam يمكن أن يتحلل الى Co2 بواسطة الكائنات الدقيقة حيث تم عزل بعض الأنزيمات من بكتريا Pseudomonas striata التي استطاعت خلال عمليات ال hydrolyses من تحطيم: عدد من مبيدات الـ phenyl carbamates .

3) مجموعة الـ Triazine

هذه المجموعة تضم عدداً من مبيدات الأدغال المهمة مثل الـ simazine ، propazine ، atrazine وغيرها كثير. وهي مبيدات متوسطة البقاء في التربة والنبات حيث يتم تحطيم ال simazine الى hydroxysimazine بدون أنزيمات وكذلك الحال بالنسبة لل atrazine الذي يتحول في التربة الى ال hydroxyatrazine. كما يعمل الفطر Aspergillus fumigarus على هدم مبيد ال Simazine الى 24 ammelide dihydroxy - 6 - amino - s - triazine

تحلل المبيدات بواسطة الضوء Photodecomposition

على الرغم من وجود العديد من العوامل الفيزياوية المؤثرة على متبقيات المبيدات في الطبيعة كالهواء، الرطوبة وال PH.. الخ الا ان تأثير الضوء وخاصة الاشعة فوق البنفسجية التي تلعب دوراً مهماً في تحلل وهدم متبقيات المبيدات. نفس التأثير أمكن ملاحظته عند استخدام الاشعة فوق البنفسجية الصناعية. أن من أهم العوامل المؤثرة في نسبة عملية هدم المبيدات بأشعة الشمس هو وجود الـ photosensitizers, مواد وهي كيمياوية تسهل نقل الطاقة من الضوء الى المستلمات الكيمياوية ومن هذه المواد مثلاً الـ Riboflavin التي سلكت سلوك ال sensitized في هدم مبيد ال D2,4 بالضوء. وفي الوقت الحاضر توجد العديد من الـ sensitizers التي تساعد في هدم وتحلل المبيدات بأشعة الشمس.

1) المبيدات الحشرية الكلورينية العضوية Organochlorine Insecticides

من الواضح اليوم ان هناك نوعين من التفاعلات التي تنشط بوجود الأشعة فوق البنفسجية والتي تؤثر على مركبات الكلور العضوية هما: -

أ) Intramolecular Rearrangment Process: - حيث أن هذه العملية تساعد على تكوين مشابهات للمركب الاصلي عن طريق اعادة ترتيب مواقع الذرات الداخلة في تركيب المبيد وتتم هذه العملية بواسطة التفاعل الضوئي الكيمياوي Photochemical.

ان نواتج هذا التفاعل توجد في الطبيعة وقد استطاع عدد من الباحثين استخلاص الـ Photodieldrin من على أوراق النباتات المعاملة بالـ dieldrin فيما وجد باحثون اخرون ال photodieldrin في عينات من التربة التي سبق معاملتها بمبيد الـ aldrin.

ب) تفاعل الـ Photodechlorination

حيث وجد ان تعريض مبيد ال dieldrin لأشعة فوق بنفسجية ذات موجات قصيرة ادى الى ازالة ذرة كلور وتحويل ال dieldrin الى Dechloro dieldrin.

٢) المبيدات الأرومانية Aromatic Pesticides

هناك أربعة تفاعلات كيمياوية ضوئية Photochemical يمكن أن تأخذ طريقها عند تعرض المبيدات الاروماتية للأشعة فوق البنفسجية وهي: -

أ) الـ ring - substitution: - ومن أكثر الأمثلة شيوعاً على هذا التفاعل هو ابدال حلقة الكلورين Chlorine بمجموعة الهيدروكسيل مثال ذلك مبيد ال 2,4 D.

ب) الـ Hydrolytic photodecomposition

هذا التفاعل شائع الحدوث في المحاليل المائية مثال ذلك تحول مبيد الـ N - methyl phenyl – carbamate الى فينول. كذلك لوحظ تحلل ال Carbaryl ضوئيا الى naphthol, methylisocyamate.

جـ) الـ Oxidative photo chemical reaction

وهو من التفاعلات المهمة في هدم المبيدات مثال ذلك مبيد الـ Chlorobenzoic acid يعطي الـ Benzaldehyde بوجود الاشعة فوق البنفسجية. كذلك عند تعرض الـ Parathion للأشعة فوق البنفسجية الى باراكسون paraxon وعدد من المشابهات الأخرى.

د) تفاعل البلمرة Polymerization 

يحدث هذا التفاعل أيضاً بوجود الأشعة فوق البنفسجية مثال فقدات الـ DDT لذرتي كلور بغياب الأوكسجين: -

من خلال ما سبق عرضه يتضح أن متبقيات المبيدات تتعرض للعديد من العوامل والتفاعلات التي تعمل على خفض كمية تلك المتبقيات. الا انه يجب عدم الركون الى ذلك بصورة كبيرة حيث أن بعض نواتج الهدم والتحلل للمبيدات قد تكون مركبات أكثر سمية من المركب الاصلي.