Abbau von Metalaxyl unter tropischen Klimabedingungen in einem Freilandversuch

Zielsetzung

Das systemische Fungizid Metalaxyl [N-(2, 6-dimethylphenyl)-N-(2'-methoxyacetyl)-DL-alanine-methyl ester] wird weltweit in der Landwirtschaft eingesetzt. Metalaxyl besitzt ein chirales C-Atom und ist ein Gemisch aus S(+)und R(-) Enantiomeren. Auf Grund der guten Wirksamkeit ist in der Zukunft mit einem steigenden Bedarf dieses Fungizides zu rechnen. Unsere Untersuchungen betrafen verschiedene Formulierungen des racemischen Metalaxyls und des R-Enantiomer angereicherten Metalaxyls. Untersuchungsstandort war der tropische Regenwald. Dort wurde in Freilandversuchen das Abbauverhalten enantiomerenspezifisch betrachtet, um eventuelle Veränderung im Enantiomerenverhältnis (ER) festzustellen. Zusätzlich wurde der Einfluss von Metalaxyl und Mefenoxam mit verschiedenen Formulierungen auf ausgewählte Bodenparameter untersucht.

Strukturformeln der Metalaxyl-Enantiomere

Vorgehensweise

In Kamerun (tropischer Regenwald) wurden Feldversuche mit einmaliger Applikation durchgeführt. Hierbei wurden EC- (emulgierbares Konzentrat) und WPC- (Pulver, enthält Kupferionen) Formulierungen des racemischen und des nahezu enantiomerenreinen Präparates angewandt. Die Kinetik des Abbaus/Verschwindens von Metalaxyl und seines Metabolites (Metalaxylsäure) wurde mittels RP-HPLC-MS/MS und chiraler Normalphasen-LC-MS/MS untersucht. Die Verbindungen wurden über spezifische Massenübergänge (SRM) und ihre Retentionszeit identifiziert und an Hand eines internen Standards (Metazachlor) quantifiziert. Die Ionisierungsbedingungen wurden für APCI Messungen jeder Verbindung und zweier ausgewählter Produkt-Ionen optimiert. Die MS/MS Parameter jedes SRM Chromatogramms finden sich in der folgenden Abbildung.

SRM-Chromatogramme von Metalaxyl, des Säuremetaboliten und des internen Standards (IS) Metazachlor aus einem Bodenextrakt 15 Tage nach Inkubation

Das ER der Proben wurde über ihr Peakflächenverhältnis der R- und S-Enantiomere nach chiraler Trennung bestimmt. Die mikrobiologische Aktivität (z.B. saure/basische Phosphatase, β-Glucosidase) wurde mit etablierten Methoden bestimmt.

Bodenprobenahme in Yaounde (Kamerun) Adolphe Monkiedje (rechts)

Ergebnisse

Der Abbau von Metalaxyl und Metalaxyl-M ist im Boden aus dem Kamerun enantioselektiv, wobei das R-Enantiomere langsamer abbaute als das S-Enantiomere. Der Abbau folgt nach einer Quadratwurzelfunktion erster Ordnung (R > 0,98) ohne Verzögerung. Es wurden Halbwertszeiten zwischen 0,8 und 1,5 Tagen gemessen. Auf Grund des schnelleren Abbaus von S-Metalxyl ist das ER für das racemische Gemisch schon nach kurzer Zeit größer als 1 und steigt mit der Versuchsdauer an. Die EC-Formulierung zeichnet sich generell durch schnelleren Abbau aus als die WPC Formulierung. Nach Applikation des Fungizids wurde keine signifikante Änderung des pH-Wertes des Bodens ermittelt. Eine geringfügige Änderung der Bodencharakteristik konnte festgestellt werden, welche jedoch keinen Einfluß auf die ökophysiologischen Eigenschaften hat (verfügbarer NH₄⁺ Stickstoff and P). Die Korrelation dieser Parameter zeigte keinen generellen Trend.

Förderung

Alexander von Humboldt Stiftung und Gambrinus Stiftung der Technischen Universität Dortmund

Ansprechpartner

Univ.-Prof. Dr. Dr. h.c. Michael Spiteller
M.Spiteller@infu.uni-dortmund.de
Fon: (0231) 755-4080

Dr. rer. nat. Sebastian Zühlke
S.Zuehlke@infu.uni-dortmund.de
Fon: (0231) 755-4088

Veröffentlichungen

1. Sukul, P.; Mazumder, A.; Spiteller, M. (2008):
   "Microbial population and their activities in soil as influenced by metalaxyl residues" Fresenius Environmental Bulletin, 17(1), 103-110.

2. Monkiedje, A.; Spiteller, M.; Maniepi, S.J.N.; Sukul, P. (2007):
   "Influence of metalaxyl- and mefenoxam-based fungicides on chemical and biochemical attributes of soil quality under field conditions in a southern humid forest zone of Cameron" Soil Biology and Biochemistry, 39, 836-842.

3. Monkiedje, A.; Zuehlke, S.; Maniepi, J. N.; Spiteller, M. (2007):
   "Elimination of racemic and enantioenriched metalaxyl based fungicides under tropical conditions in the field" Chemosphere, 69(4), 655-663.

4. Monkiedje, A.; Spiteller, M. (2006):
   "Soil ecotoxilogy and metabolism of metalaxyl and mefenoxan in tropical and temperate soils", In : Davis EB (Ed.) New developments in environmental research. Nova Science Publishers, Inc. NY ISBN 1-59454-629-0 295-346.

5. Monkiedje, A.; Spiteller, M.; Maniepi, S.J.N.; Sukul, P. (2006):
   "The effect of land use on soil health indicators in peri-urban agriculture in the humid forest zone of southern Cameroon" Journal of Environmental Quality, 35, 2402-2409.