Effect of phosphorus and nitrogen supply on degradation routes of glyphosate and biogenic non-extractable residues formation in agricultural soils

Düngemittel und Pestizide sind die größte Gruppe von Agrochemikalien, die in der modernen Landwirtschaft intensiv eingesetzt werden und bei sorgfältiger Verwendung eine optimale Lebensmittelproduktion ermöglichen. Glyphosat, eines der meist-verkauften Pestizide weltweit, stellt Probleme für die Umwelt dar, da seine Rückstände in nahezu allen Bereichen der Umwelt verteilt sind. Dieses Herbizid wird von Mikroorganismen zu Metaboliten, Mineralisierungsprodukten und nicht extrahierbaren Rückständen (NER) abgebaut.Die NER-Zusammensetzung aus Glyphosat in Böden ist weitgehend unbekannt.Daher werden Glyphosat-NER als potenziell gefährlich angesehen, da sie möglicherweise wieder freigesetzt werden und somit ein verzögertes Risiko verursachen können. Kürzlich durchgeführte Wassersedimentstudien mit Glyphosat zeigten jedoch, dass die NER von der nichttoxischen biogenen NER (bioNER) dominiert wurden und aus der Assimilation von Glyphosat-Kohlenstoff und Stickstoff in ihre Biomasse resultierten. Bisher gibt es über den Glyphosatumsatz und die Bildung von Rückstand (insbesondere bioNER) kaum Informationen.Darüber hinaus können die Stickstoff- (N) und Phosphor- (P) Quellen, die durch die Mineraldünger den Böden zugesetzt werden, auch den Abbauweg von Glyphosat und letztendlich den Gehalt an bioNER aus diesem Herbizid beeinflussen. Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es daher, die Auswirkungen von N und P auf das Glyphosat-Abbau-Muster und das Ausmaß der bioNER-Bildung zu untersuchen, um die potenziellen Umweltrisiken im Zusammenhang mit dem Glyphosat-Umsatz in Böden unter verschiedenen Mineraldüngerregimen aufzudecken. Mit stabilem Isotop co-markiertes Glyphosat (13C315N-Glyphosat) wird verwendet, um die Entwicklung von Glyphosat-Kohlenstoff und Stickstoff in Böden nachzuverfolgen, die über 40 Tage mit verschiedenen Mineraldüngern (N-, P- und NP-Quelle) behandelt wurden. Die Umsatzmassenbilanz von 13C und 15N aus 13C315N-Glyphosat einSchließlich werden Biomarker-Analysen durchgeführt, um den Beitrag von Mikroorganismen zum Glyphosatabbau zu bestätigen. Schließlich werden Biomarker-Analysen durchgeführt, um den Beitrag von Mikroorganismen zum Glyphosatabbau zu bestätigen.

Fertilizers and pesticides are the largest group of agrochemicals used intensively in modern agriculture enabling the optimum food production when used carefully. Glyphosate, a best-selling pesticide worldwide is of major environmental concern because its residues are distributed within nearly all compartments of the environment. This herbicide is degraded by microorganisms to metabolites, mineralization products and non-extractable residues (NER). The NER composition from glyphosate in soils is mainly unknown. Therefore, glyphosate-NER are considered as potentially dangerous because they may be released back causing a delayed hazard. However, recent water-sediment study with glyphosate indicated that the NER were dominated by the non-toxic biogenic NER (bioNER) and resulted from the assimilation of glyphosate-carbon and nitrogen into their biomass. To this date, the glyphosate turnover and residue formation (particularly bioNER) in soil is poorly understood. Furthermore, the nitrogen (N) and phosphorus (P) sources added through the mineral fertilizers to soils may also affect the degradation route of glyphosate and ultimately the content of bioNER from this herbicide. The goal of the proposed project is thus to investigate the effect of N and P on glyphosate degradation pattern and on the extent of bioNER formation in order to reveal the potential environmental risks related to glyphosate turnover in soils under different mineral fertilizer regimes. Stable isotope co-labeled glyphosate (13C315N-glyphosate) will be used to trace the fate of glyphosate-carbon and nitrogen in soil treated with different mineral fertilizers (N, P and NP source) over 40 days. The turnover mass balance of 13C and 15N derived from 13C315N-glyphosate including mineralization, parent compound, metabolites and NER (bioNER) will be determined. Finally, biomarker analyses will be performed in order to confirm the contribution of microorganisms to glyphosate degradation.