Progress in Plant Protection

Differences in uptake of Mn by Sinapis alba L. and Triticum aestivum L. after using glyphosate and MCPA-based pesticides and the selected herbicidal ionic liquids
Różnice w pobieraniu Mn przez Sinapis alba L. oraz Triticum aestivum L. po zastosowaniu środków ochrony roślin na bazie glifosatu i MCPA oraz odpowiednich herbicydowych cieczy jonowych

Marcin Grobela, e-mail: grobela@iorpib.poznan.pl

Instytut Ochrony Roślin – Państwowy Instytut Badawczy, Władysława Węgorka 20, 60-318 Poznań, Polska
Abstract

The main aim of the study was to examine the impact of the glyphosate and MCPA – type active substances present in commercially available pesticides on the uptake of Mn by plants as compared to selected herbicidal ionic liquids. The research material consisted of soil samples with Mn content at 100 mg/kg level and enriched up to 300 mg/kg, and commercially available pesticides such as Roundup 360 SL and Chwastox Extra 300 SL, and herbicidal ionic liquids [Etq O-12][Glif] and [Etq O-12][MCPA]. A pot experiment was conducted using white mustard (Maryna cultivar) and spring wheat (Żura cultivar). A single and double dose of herbicides were prepared. The water solutions of herbicides and ionic liquids were spread out over the soil surface, to minimize the contact with germinating plants, which are especially vulnerable. Above-ground parts of the plants were collected three weeks after germination. The total Mn quantity was determined using flame atomic absorption procedure (Varian AA240FS). The studies showed much higher manganese content in the analysed plant material after applying [Etq O-12][Glif] and [Etq O-12][MCPA]. The use of traditional glyphosate and MCPA-based plant protection products may reduce the uptake of Mn from 20 up to 50%.


Głównym założeniem prowadzonych badań było zbadanie wpływu substancji czynnych – MCPA i glifosatu zawartych w komercyj-nych środkach ochrony roślin na pobieranie przez rośliny manganu w porównaniu do odpowiednich cieczy jonowych. Materiał stanowiły próby gleby o zawartości Mn na poziomie 100 mg/kg oraz wzbogacone do poziomu 300 mg/kg, handlowe środki ochrony roślin Roundup: 360 SL i Chwastox Extra 300 SL oraz herbicydowe ciecze jonowe – [Etq O-12][Glif] i [Etq O-12][MCPA]. Doświadczenie wazonowe prowadzono na hodowli gorczycy białej odmiana Maryna oraz pszenicy jarej odmiana Żura. Do badań przygotowano pojedynczą oraz podwójną dawkę herbicydów. Wodne roztwory herbicydów i cieczy jonowych rozprowadzono na powierzchni gleby tak, aby zminimalizować kontakt herbicydów z nadziemnymi częściami kiełkujących roślin, gdyż są one szczególnie narażone na działanie herbicydów stosowanych nalistnie. Nadziemne części hodowanych roślin pobrano po 3 tygodniach od kiełkowania. Całkowita zawartość Mn została oznaczona metodą płomieniowej absorpcji atomowej FAAS (flame atomic absorption spektrometry) (Varian AA240FS). Badania wykazały znacznie większe zawartości manganu w analizowanym materiale roślinnym po zastosowaniu [Etq-O12][Glif] oraz [Etq-O12][MCPA]. Stosowanie tradycyjnych środków ochrony roślin na bazie glifosatu oraz MCPA może powodować obniżenie pobierania Mn od 20 do aż 50%.


Key words
herbicidal ionic liquid; herbicides; soil; manganese; uptake of Mn; FAAS; herbicydowe ciecze jonowe; herbicydy; gleba; mangan; pobieranie Mn
References

Bott S., Tesfamariam T., Candan H., Cakmak I., Romheld V., Neumann G. 2008. Glyphosate-induced impairment of plant growth and micronutrient status in glyphosate-resistant soyabean (Glycine max L.). Plant Soil 312: 185–194.

Caetano M.S., Ramalho T.C., Bortel D.F., Cunha E., Mello W.C. 2012. Understanding the inactivation process of organophosphorus herbicides: A DFT study of glyphosate metallic complexes with Zn2+, Ca2+, Mg2+, Cu2+, Co3+, Fe3+, Cr3+ and Al3+. International Journal of Quantum Chemistry 112: 2752–2762.

Cojocaru O.A., Shamshina J.L., Gurau G., Syguda A., Praczyk T., Pernak J., Rogers R.D. 2013. Ionic liquid forms of the herbicide dicamba with increased efficacy and reduced volatility. Green Chemistry 15 (8): 2110–2120.

Cornish P.S., Burgin S. 2005. Residual effects of glyphosate herbicide in ecological restoration. Restoration Ecology 13 (4): 695–702.

Ding G., Liu Y., Wang B., Punyapitak D., Guo M., Duan Y., Li J., Cao Y. 2014. Preparation and characterization of fomesafen ionic liquids for reducing the risk to the aquatic environment. New Journal of Chemistry 38 (11): 5590–5596.

Eker S., Ozturk L., Yazici A., Erenoglu B., Romheld V., Cakmak I. 2006. Foliar-applied glyphosate substantially reduced uptake and transport of iron and manganese in sunflower (Helianthus annuus L.) plants. Journal of Agricultural and Food Chemistry 54 (26): 10019–10025.

Feng J., Thompson D. 1990. Fate of glyphosate in a Canadian forest watershed. 2. Persistence in foliage and soils. Journal of Agricultural and Food Chemistry 38 (4): 1118–1125.

Grzesiak P., Motała R., Grobela M., Schroeder G. 2007. Synergizm metali ciężkich ze środkami ochrony roślin. [The synergizm of plant protection products and heavy metals]. Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 47 (4): 54–57.

Kabata-Pendias A., Pendias H. 1993. Biogeochemia pierwiastków śladowych. PWN, Warszawa, 364 ss.

Kobyłecka J., Ptaszynski B., Rogaczewski R., Turek A. 2003. Phenoxyalkanoic acid complexes. Part I. Complexes of lead(II), cadmium(II) and copper(II) with 4-chloro-2-methylphenoxyacetic acid (MCPA). Thermochimica Acta 407 (1–2): 25–31.

Kobyłecka J., Skiba E. 2008. The effect of phenoxyacetic herbicides on the uptake of copper, zinc and managnese by Triticum aestivum L. Polish Journal of Environmental Studies 17 (6): 895–901.

Kobyłecka J., Turek A., Sieroń L. 2009. Phenoxyalkanoic acid complexes. Part II. Complexes of selected bivalent metals with 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4D) and 2-(2,4-dichlorophenoxy)propionic acid (2,4DP). Thermochimica Acta 482 (1–2): 49–56.

Kordala-Markiewicz R., Rodak H., Markiewicz B., Walkiewicz F., Sznajdrowska A., Materna K., Marcinkowska K., Praczyk T., Pernak J. 2014. Phenoxy herbicidal ammonium ionic liquids. Tetrahedron 70 (32): 4784–4789.

Kremer R.J., Means N.E., Kim K.S. 2005. Glyphosate affects soybean root exudation and rhizosphere microorganisms. International Journal of Environmental Analytical Chemistry 85 (15): 1165–1174.

Lane M., Lorenz N., Saxena J., Ramsier C., Dick R.P. 2012. The effect of glyphosate on soil microbial activity, microbial community structure, and soil potassium. Pedobiologia 55 (6): 335–342.

Pernak J., Syguda A., Janiszewska D., Materna K., Praczyk T. 2011. Ionic liquids with herbicidal anions. Tetrahedron 67 (26): 4838–4844.

Pernak J., Syguda A., Materna K., Janus E., Kardasz P., Praczyk T. 2012. 2,4-D based herbicidal ionic liquids. Tetrahedron 68 (22): 4267–4273.

Pernak J., Niemczyk M., Zakrocka K., Praczyk T. 2013. Herbicidal ionic liquid with dual-function. Tetrahedron 69 (38): 8132–8136.

Pernak J., Niemczak M., Giszter R., Shamshina J.L., Gurau G., Cojocaru A.O., Praczyk T., Marcinkowska K., Rogers R.D. 2014. Glyphosate-based herbicidal ionic liquids with increased efficacy. ACS Sustainable Chemistry and Engineering 2 (12): 2845–2851.

Pernak J., Czerniak K., Niemczak M., Chrzanowski Ł., Ławniczak Ł., Fochtman P., Marcinkowska K., Praczyk T. 2015. Herbicidal ionic liquids based on esterquats. New Journal of Chemistry 39: 5715–5724.

Praczyk T., Skrzypczak G. 2004. Herbicydy. PWRiL, Poznań, 274 ss.

Pramanik A., Abbina S., Das G. 2007. Molecular, supramolecular structure and catalytic activity of transition metal complexes of phenoxy acetic acid derivatives. Polyhedron 26 (18): 5225–5234.

Roy D.N., Konar S.K., Banerjee S., Charles D.A., Thompson D.G., Prasad R. 1989. Persistence, movement and degradation of glyphosate in selected Canadian boreal forest soils. Journal of Agricultural and Food Chemistry 37: 437–440.

Turek A., Kobyłecka J., Ptaszyński B. 2004. Complexes of dicamba with cadmium(II), copper(II), mercury(II), lead(II) and zinc(II). Synthesis and properties. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 78 (2): 513–524.

Progress in Plant Protection (2016) 56: 312-317
First published on-line: 2016-07-29 15:11:26
http://dx.doi.org/10.14199/ppp-2016-050
Full text (.PDF) BibTeX Mendeley Back to list