Avaliando a distribuição ambiental de tiametoxam em milho cultivado em sucessão: insights de estudos com lisímetro de drenagem e de laboratório

Gonçalves Junior, Affonso Celso; Conradi Junior, Elio; Schwantes, Daniel; Piccioli, Angélica de Fatima Bortolato; Secco, Deonir

doi:10.1590/2318-0331.292420240049

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Scientific/Technical Article • RBRH 29 • 2024 • https://doi.org/10.1590/2318-0331.292420240049 linkcopiar

Avaliando a distribuição ambiental de tiametoxam em milho cultivado em sucessão: insights de estudos com lisímetro de drenagem e de laboratório

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

O inseticida tiametoxam (TIA) é comumente utilizado em sistemas de rotação de soja e milho, levantando preocupações sobre seu impacto ambiental em meio às mudanças climáticas. Este estudo avaliou a mobilidade do TIA em Latossolo Vermelho utilizando um lisímetro de percolação, com foco no transporte por escoamento e percolação, bem como na retenção e dissipação no solo. Precipitação simulada (150 mm h⁻¹) foi aplicada 24 e 48 horas após a aplicação, na dose recomendada de 0,25 L ha⁻¹ durante a safra de 2020/2021. Análises laboratoriais avaliaram a sorção e dissipação do TIA, utilizando UPLC-DAD para quantificação e categorizando as amostras de solo em tratamentos calcinados e não calcinados. Isotermas de Freundlich indicaram sorção irreversível nas amostras calcinadas e adsorção cooperativa nas não calcinadas. A análise termodinâmica mostrou adsorção endotérmica nas amostras não calcinadas e processos exotérmicos nas calcinadas, com comportamento de adsorção espontânea. Notavelmente, nenhum TIA foi detectado em resíduos de água ou solo, provavelmente devido à baixa matéria orgânica e diluição pela chuva. No entanto, níveis substanciais de TIA foram encontrados em tecidos foliares, indicando uma absorção eficiente pelas plantas. Esses achados destacam a rápida absorção de TIA pelas plantas e os potenciais riscos de chuvas intensas que podem levar à erosão do solo e contaminação da água. Mais pesquisas são necessárias para avaliar os impactos ambientais do TIA, particularmente no que diz respeito aos seus metabólitos.

Palavras-chave:
Neonicotinóides; Contaminação ambiental; Transporte de pesticida

Name	Thiamethoxam^[a]
Chemical Group	Neonicotinoids^[a]
IUPAC Name	3-(2-chloro-1,3-thiazol-5-ylmethyl)-5-methyl-1,3,5-oxadiazinan-4-ylidene(nitro)amine
Chemical formula	C₈H₁₀ClN₅O₃S
Molecular mass	291.71
Commercial brands	Actara, Adage, Engeo Pleno
Structure
Physical and chemical properties
Vapor pressure		6.6 x 10 ^-6 mPa (25 °C) ^[a^]
Melting point		139.1 °C ^[a]
Solubility in water		4.1 x 10³ mg/L at 25 °C ^[a]
Octanol-water partition coefficient at pH 7.20 °C (log K_ow)		- 0.13 (25 °C) ^[b]
Henry's law constant at 25°		4.63 x 10^-15 (atm m³/mol)^{1 [}b^]
Environmental indexes
Soil partition coefficient (K_oc)		104 to 2877 L/Kg ^[c^]
Half-life time (t_1/2) in soil		6.3-301.0 days ^[d^]
GUS ^[1^]		3.58 (high leachability) ^[e^]
GOSS – TIA dissolved in water ^[2^]		Low
GOSS – TIA associated with sediments ^[3^]		Low

Pesticide	Corn stage	Pulverization	Rain simulation
Thiamethoxam spray	17 DAE	Application	24 hours after TIA spray	48 hours after TIA spray
Thiamethoxam spray	Last week (93 DAE)	No application	24 hours before harvest	-

Parameter	Unit	Layer		Parameter	Unit	Layer
Parameter	Unit	0-20 cm	20-40 cm	Parameter	Unit	0-20 cm	20-40 cm
P (Melich-1)	mg dm^-3	38.20	19.08	Cu²⁺	----- mg dm^-3 -----	9.80	12.10
Organic matter (OM)	g dm^-3	39.64	13.33	Zn²⁺		8.60	10.00
pH (CaCl₂ 0,01 mol L^-1)	-	4.25	5.41	Mn²⁺		104.00	102.22
H + Al	---- cmol_c dm^-3 ---	5.35	3.82	Fe²⁺		31.50	41.10
Al³⁺		0.35	0.00	Cd_(total)		<LOQ	<LOQ
K⁺		0.45	1.85	Pb_(total)		24.00	20.00
Ca²⁺		4.04	5.49	Cr_(total)		<LOQ	<LOQ
Mg²⁺		1.07	1.07	----- Physical attributes -----
Sum of Bases (SB)		5.56	8.41	Clay	g kg^-1	477.00	535.00
CEC		10.91	12.33	Silt		314.08	417.00
V	%	50.56	68.77	Sand		208.92	209.00
Al	%	5.92	0.00	Density	g cm^-3	1.48	1.46

Sorption parameters	288 K		293 K			298 K		303 K
Sorption parameters	Uncalcined	Calcined	Uncalcined		Calcined	Uncalcined	Calcined	Uncalcined	Calcined
Langmuir $q_{e} = q_{L a n g m u i r} K_{L a n g m u i r} \frac{C_{e}}{(1 + K_{L a n g m u i r} C_{e})}$
q_Langmuir (mg g^-1)	13691.446 ± 2.021 10⁸	2274.948 ± 2.064 10⁶	14323.326 ± 3.637 10⁸		1.829 ± 1.514	1055.223 ± 1.080 10⁶	0.540 ± 0.059	0.539 ± 0.281	1859.457 ± 3.628 10⁶
K_Langmuir (L mg^-1)	5.443 10^-7 ± 0.008	5.522 10^-6 ± 0.005	7.897 10^-7 ± 0.020		0.006 ± 0.006	5.577 10^-6 ± 0.006	0.067 ± 0.017	0.014 ± 0.010	4.562 10^-6 ± 0.009
R_Langmuir (dimensionless)
Chi² Reduced	6.50 10^-4	5.19 10^-4	0.01		3.15 10^-4	2.34 10^-4	4.10 10^-4	2.28 10^-4	9.39 10^-4
R²	0.936	0.973	0.800		0.968	0.958	0.951	0.931	0.921
R² Adjusted	0.920	0.967	0.750		0.961	0.948	0.939	0.914	0.894
Freundlich $q_{e} = K_{F r e u n d l i c h} C_{e}^{(\frac{1}{n})}$
K_Freundlich [mg g⁻¹ (mg L⁻¹)^−1/n]	0.003 ± 0.001	0.009 ± 0.003	7.076 10^-4 ± 6.365 10^-4		0.012 ± 0.004	0.004 ± 0.002	0.073 ± 0.018	0.010 ± 0.005	0.006 ± 0.004
n_Freundlich (dimensionless)	0.783 ± 0.088	0.923 ± 0.086	0.537 ± 0.080		1.095 ± 0.128	0.921 ± 0.113	2.119 ± 0.373	1.262 ± 0.231	0.917 ± 0.171
1/n_Freundlich (dimensionless)	1.276	1.082	1.860		0.912	1.085	0.471	0.792	1.089
Chi² Reduced	3.01 10^-4	4.37 10^-4	0.001		3.68 10^-4	2.10 10^-4	7.80 10^-4	2.87 10^-4	8.73 10^-4
R²	0.970	0.977	0.958		0.963	0.963	0.907	0.914	0.926
R² Adjusted	0.963	0.972	0.948		0.954	0.953	0.884	0.892	0.902
Sips $q_{e} = \frac{q_{S i p s} {(K_{s i p s} C_{e})}^{n_{S i p s}}}{[1 + {(K_{S i p s} C_{e})}^{n_{S i p s}}}$
q_Sips (mg g^-1)	0.436 ± 0.180	0.740 ± 0.378	0.649 ± 0.321		0.370 ± 0.021	0.293 ± 0.082	0.378 ± 0.018	0.190 ± 0.011	0.338 ± 0.068
K_Sips (L mg^-1)	7.837 10^-4 ± 0.001	0.003 ± 0.002	2.750 10^-5 ± 9.216 10^-5		0.002 ± 8.890 10^-4	0.001 ± 0.002	0.010 ± 0.007	8.232 10^-4 ± 8.199 10^-4	2.902 10^-4 ± 7.321 10^-4
n_Sips (dimensionless)	2.154 ± 0.663	1.697 ± 0.514	3.222 ± 1.331		2.191 ± 0.199	2.094 ± 0.601	2.133 ± 0.381	2.632 ± 0.411	2.799 ± 1.010
Chi-Sqr Reduced	2.32 10^-4	3.83 10^-4	0.001		2.94 10^-5	1.28 10^-4	1.33 10^-4	3.84 10^-4	4.97 10^-4
R-Squared	0.982	0.985	0.97		0.997	0.983	0.988	0.991	0.972
R-Squared Adjusted	0.971	0.975	0.953		0.996	0.971	0.980	0.985	0.944
Average q_{e (exp.)} (mg g^-1)	0.15 ± 0.09	0.24 ± 0.13	0.21 ± 0.16		0.20 ± 0.09	0.12 ± 0.07	0.28 ± 0.08	0.12 ± 0.05	0.24 ± 0.23
Average K_d (L Kg^-1)	6.70 ± 1.33	12.07 ± 1.19	9.02 ± 3.89		9.78 ± 1.06	5.55 ± 1.02	17.25 ± 4.68	5.65 ± 0.87	11.75 ± 9.66
Average K_oc (L Kg^-1)	3128 ± 619		4216 ± 1818			2590 ± 478		2639 ± 404
Thermodynamic parameters		Uncalcined		Calcined
ΔS° (KJ K^-1 mol^-1)		-252.47		-17.03
ΔH° (KJ mol^-1)		56.73		-24.36
Average ΔG° (KJ mol^-1)		-27.25		-12.89

----- Soil samples -----		---------- Plant structures ----------		-------------------- Residual in water samples --------------------
Samples	TIA (mg kg^-1)	Samples	TIA (mg Kg^-1)	Samples obtained during the 60 minutes of rain simulation	TIA load in runoff (mg L^-1)	TIA load in percolate (mg L^-1)
BA of TIA	<LOQ	BA of TIA – leaves	<LOQ	5 min	<LOQ	<LOQ
AA of TIA	<LOQ	AA of TIA – leaves	19.76	10 min	<LOQ	<LOQ
24 h BRS	<LOQ	24 h BRS – leaves	13.41	15 min	<LOQ	<LOQ
24 h ARS	<LOQ	24 h ARS – leaves	<LOQ	20 min	<LOQ	<LOQ
48 h BRS	<LOQ	48 h BRS – leaves	<LOQ	25 min	<LOQ	<LOQ
48 h ARS	<LOQ	48 h ARS – leaves	<LOQ	30 min	<LOQ	<LOQ
Soil Residual	<LOQ	Residue in corn leaves 93 DAS	<LOQ	35 min	<LOQ	<LOQ
		Residue in corn stem 93 DAS	<LOQ	40 min	<LOQ	<LOQ
		Residue in corn grains 93 DAS	<LOQ	45 min	<LOQ	<LOQ
				50 min	<LOQ	<LOQ

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[1] Notes: Classification according to the GUS Index (groundwater contamination risk)^[1]; Goss method (surface water contamination risk) due to dissolution of pesticides in water^[2]; Goss method associated with sediment^[3]. Sources:

[TFN1] ^[a]
MacBean (2010);

[TFN2] ^[b]
US EPA (2024);

[TFN3] ^[c]
Carbo et al. (2007);

[TFN4] ^[d]
El-Aswad et al. (2024);

[TFN5] ^[e]
PPDB: Pesticide Properties DataBase (University of Hertfordshire, 2023).

Universal Soil Loss Equation	A (ton ha^-1 year^-1) represents the long-term average annual soil loss potential in tons per hectare per year.
A = R . K . LS . C . P	R (MJ mm^-1)/(h ha^-1): is the precipitation and runoff factor by geographic location.
	K (ton MJ^-1)/(mm h^-1): is the soil erodibility factor.
	LS: is the soil length/slope gradient factor.
	C: is the cultivation/vegetation and management factor.
	P: is the conversation practices factor.
	R = 10,623 MJ mm year^-1 ha^-1 h^-1 [for Toledo conditions (nearest location), estimated by Waltrick et al. (2018)].
	K calculated with the equation proposed by Hudson (1982), Bertoni & Lombardi Neto (1990), {K = [(% sand + % silt) / (% clay)]/100}.
	Note: LS, C, and P were estimated by Stone & Hilborn (2015).