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Desorption and time-dependent sorption of herbicides in soils

Authors


E. Barriuso. E-mail: barriuso@grignon.inra.fr

Abstract

Summary

Retention partly controls the behaviour of pesticides in the environment, and is usually characterized with sorption and desorption isotherms. However, this approach suffers several limitations: pesticide sorption in soils is time dependent, and desorption-related parameters are scant and difficult to use. The objective of this study was to maximize the exploitation of sorption and/or desorption data to characterize desorption along with the effect of aging on retention. The experiments involved three soils and five herbicides (a broad-spectrum herbicide, glyphosate, and four commonly used selective herbicides, trifluralin, metazachlor, metamitron and sulcotrione). Sorption isotherms were not linear and herbicide desorption was markedly hysteretic. Desorption was inversely related to adsorption, being small when sorption was great (glyphosate and trifluralin), and great when sorption was small (metazachlor, metamitron and sulcotrione). Single, different desorption isotherms are obtained that depend on initial sorbed herbicide concentration. A theoretical approach allowed calculation of adapted desorption parameters for different sorption concentrations from only one desorption isotherm. Soil retention of metazachlor, metamitron and sulcotrione increased with time, while that of trifluralin remained stable. The sorption parameter values increased with time, which is explained by a decrease in the herbicide concentration due to degradation, the non-linear nature of the sorption isotherms, hysteretic desorption, and the formation of bound residues. The relative contributions of these phenomena, which depend on the nature of herbicide and soil type, were estimated. Generalized equations were derived to describe sorption and desorption, and these equations could be implemented in pesticide-fate models to take into account sorption and desorption parameters as well as their time dependence.

Désorption des herbicides et dépendance temporelle de leur sorption dans les sols.

Résumé

Le comportement des pesticides dans l’environnement dépend en grande partie de leur rétention dans les sols. La rétention est généralement caractérisée par des isothermes d’adsorption et de désorption, mais cette approche souffre d’un certain nombre de limites: le temps de résidence dans le sol des résidus de pesticide modifie leurs propriétés de rétention et les paramètres de désorption sont limités et difficiles à interpréter. L’objectif de cette étude est d’optimiser l’exploitation des données d’adsorption/désorption pour caractériser la désorption des pesticides et l’effet du temps sur leur rétention. Les études ont été réalisées avec trois sols et cinq herbicides: un herbicide à large spectre d’action, le glyphosate, et quatre herbicides sélectifs fréquemment utilisés: la trifluraline, le métazachlore, la métamitrone et la sulcotrione. Les résultats ont montré que les isothermes de sorption ne sont pas linéaires et que la désorption des herbicides présente une forte hystérésis. La désorption est inversement proportionnelle à l’adsorption: faible lorsque l’adsorption est élevée (glyphosate et trifluraline) et importante lorsque l’adsorption est faible (métazachlore, métamitrone et sulcotrione). Les isothermes de désorption dépendent de la concentration initiale en herbicide, mais des paramètres de désorption adaptés peuvent être calculés à partir d’une seule isotherme. La rétention du métazachlore, de la métamitrone et de la sulcotrione augmente avec le temps alors que celle de la trifluraline reste stable. L’augmentation des valeurs des paramètres de sorption apparents avec le temps est due à la diminution des concentrations en herbicides résultant de leur dégradation, à la non-linéarité des isothermes de sorption, à l’hystérésis de la désorption et à la formation de résidus non-extractibles. La contribution relative de ces phénomènes selon la nature de l’herbicide et du type de sol a été estimée. Une équation générale décrivant la sorption et la désorption a étéétablie, elle pourrait être utilisée dans les modèles numériques décrivant le devenir des pesticides pour prendre en compte les paramètres de sorption et désorption ainsi que leur dépendance temporelle.

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