1,2,4-triazol: (Ne)známý relevantní metabolit ve vodách?

Látka 1,2,4-triazol představuje méně známý, přitom ale důležitý relevantní metabolit hned několika výchozích účinných látek ze skupiny triazolových pesticidů. I když se strukturně jedná o malou molekulu, neznamená to, že se automaticky jedná i o malý či zanedbatelný problém pro environmentální prostředí. Jako u všech pesticidů má použití i těch triazolových svá pro a proti. Čím více se dnes tyto pesticidy používají v zemědělské praxi pro ošetření plodin, tím více naše prostředí (nevědomky) tímto metabolitem zatěžujeme. Doposud se o 1,2,4-triazolu moc nemluví, a i když se jedná o látku ze seznamu nebezpečných látek, rutinní kontroly a analýzy stále nejsou systematicky požadovány. Důvodem může být jeho problematické stanovení a s tím související prozatímní nedostatek relevantních a vypovídajících dat z monitorizačních studií. Projektové centrum ALS Czech Republic se v oblasti pesticidů angažuje dlouhodobě, a tak díky aktuálně řešeným projektům TAČR [TH03030118, TH03030178], i přesné a citlivé metodice, systematicky získává informace o tomto „malém-velkém“ metabolitu.

Klíčová slova: 1,2,4-triazol – relevantní metabolit – zdroje pitných vod – pesticidy – xenobiotika – LC-MS

Úvod

S lehkou nadsázkou se dá konstatovat, že osud pesticidů v moderním zemědělství je prakticky nikdy nekončící koloběh: vývoj preparátů, testování nových účinných látek, tlak na jejich rychlou biodegradabilitu, studium degradačních produktů a jejich akumulace v životním prostředí, atd. Toto vše představuje nikdy nekončící a stále se opakující otázky v oblasti vývoje, aplikace a kontroly pesticidů v životním prostředí, potravinářských surovinách a produktech.

Na jednu stranu jsou postřiky plodin pro udržení celosvětového zásobování bezpodmínečné, na druhou stranu je jejich aplikace často nadbytečná. Škodlivý vliv pesticidů na celý biosystém je již dobře znám a popsán. Naštěstí díky kontinuálnímu monitoringu, vědeckým datům, kontrolním analýzám a postupnému vývoji nových účinných látek se negativní vliv pesticidů na biodiverzitu postupně snižuje. Je známo, že v posledních letech se rychle zvyšuje tendence k vývoji a používání nových účinných pesticidních látek, které jsou v rámci životního prostředí snáze biodegradabilní. Problém ovšem zůstává s identifikací metabolitů těchto látek, odhadem jejich schopnosti bioakumulace a toxicity, a následnému vývoji analytických metod pro rutinní kontrolu jejich výskytu.

Triazolové pesticidy představují jednu z největších a nejdůležitějších skupin dnes používaných pesticidů. Jedná se o systémové fungicidy, které se využívají ke kontrole a ošetření různých plísňových chorob. K hlavním zástupcům této skupiny pesticidů patří tebukonazol, epoxikonazol, cyprokonazol, difenoconazol, paclobutrazol a propiconazol. Fungicidní přípravky na jejich bázi se aplikují na široké spektrum plodin, jako je ovoce, zelenina, semena, oříšky a cereálie [1]. Roční spotřeba pesticidů na triazolové bázi v České republice je meziročně vysoká.

Strukturně se v případě triazolových pesticidů jedná o látky, které obsahují heterocykl 1,2,4-triazol (viz obr. 1). Všechny pesticidy této skupiny jsou biodegradabilní, poločas rozpadu ovšem závisí na místě – matrici, ve kterém probíhá. Faktor poločasu rozpadu (DT50) se v případě triazolů významně liší a může dosahovat hodnot 150 až 400 dní [2]. Triazoly obecně podléhají různé metabolické cestě, pokud se vyskytují v rostlinách, a zase jiné metabolické dráze v půdě, kde jsou degradovány mikroorganismy. V závislosti na typu této metabolické cesty mohou vzniknout a doposud byly definovány čtyři hlavní metabolity triazolových látek. Jedná se o diskutovaný 1,2,4-triazol (hlavní metabolit v půdě), dále pak 1,2,4-triazol alanin, kyselinu 1,2,4-triazol octovou a kyselinu 1,2,4-triazol mléčnou. Všechny tyto uvedené metabolity triazolových pesticidů se v cizojazyčné odborné literatuře souhrnně označují jako „Triazole Derivative Metabolites“ (TDMs) [3, 4]. Míra konverze triazolových pesticidů na 1,2,4-triaziol v půdním prostředí je shrnuta v tab. 1.

ALS Czech Republic: Obr. 1. Degradace triazolových pesticidů a struktura 1,2,4-triazolu

ALS Czech Republic: Tab. 1. Míra konverze triazolových pesticidů na relevantní metabolit 1,2,4-triazol v půdě [2]

1,2,4,-triazol je v životním prostředí relativně stabilní a může být tedy snadno detekován v plodinách, potravinách, orgánech zvířatech, vodě i v půdě. 1,2,4-triazol představuje ve vodách látku velmi perzistentní. Jeho DT50 ve vodě je více než 300 dní [2], a to zejména ve vodě podzemní, kde se rychlost degradace ještě zpomaluje vzhledem k okolním podmínkám, jako jsou nízká a stabilní teplota, nepřítomnost UV záření, nedostatek kyslíku a méně aktivních mikroorganismů. Naopak v půdách se dá považovat za látku neperzistentní, jeho hodnota DT50 byla stanovena na 10 dní a DT90 na 31 dní [2].

Neméně důležitá je také otázka vzniku a výskytu tzv. relevantních metabolitů. Definice uvádí, že: „Metabolit se považuje za významný (v anglickém znění Nařízení je použit termín „relevantní“), existuje-li důvod předpokládat, že jeho přirozené vlastnosti jsou srovnatelné s vlastnostmi mateřské látky, pokud jde o účinek na biologický cíl, nebo že představuje pro organismy vyšší riziko než mateřská látka nebo riziko srovnatelné anebo že má určité toxikologické vlastnosti, jež jsou považovány za nepřijatelné. Takový metabolit je významný pro rozhodnutí o celkovém schválení nebo pro stanovení opatření ke snížení rizika.“ [5]

1,2,4-triazol byl posouzen jako toxikologicky relevantní metabolit a měl by tak být zařazen na seznam sledovaných pesticidních látek monitorovaných v rámci posuzování kvality pitných vod vyhláška č. 70/2018 Sb., kterou se mění vyhláška č. 252/2004 Sb., kterou se stanovují hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody, v níž je uvedeno, že se mají sledovat pesticidy s pravděpodobným výskytem v daném zdroji, a to včetně jejich relevantních metabolitů. Pro relevantní metabolit platí hygienický limit 0,1 µg/l.

Analýza „mateřských“ triazolových pesticidů je díky možnostem dnešní moderní instrumentace relativně snadná, běžně jsou součástí multireziduálních analýz pesticidů ve složkách životního prostředí nebo v potravinách [6]. Na základě zahraničních publikací (i když jich není mnoho) je známo, že 1,2,4-triazol patří k běžným kontaminantům vod i půd, a bývá detekován na nezanedbatelných hladinách [1, 7]. V Čechách zatím žádné nařízení ani systematický přístup k analýze 1,2,4-triazolu neexistuje, i když je na seznamu účinných látek a jejich relevantních metabolitů (ÚKZUZ) uveden jako relevantní metabolit tebuconazolu.

Metodika stanovení

1,2,4-triazol je dnes v laboratořích ALS stanovován akreditovanou single-reziduální UHPLC-MS/MS metodou s přímým nástřikem vzorku. Metoda je akreditována pro pitné, povrchové a podzemní vody. Analytický standard 1,2,4-triazolu i jeho isotopově značený analog (ISTD) jsou zakoupeny od firmy Merck (Německo). Separace analytu je prováděna na C18 UPLC analytické koloně vhodné ke stanovení polárních látek, na kapalinovém chromatografu UHPLC. Mobilní fáze je složená z HCOOH (A) a methanolu (B), eluce analytu na chromatografické koloně probíhá gradientově. Detekce 1,2,4-triazolu probíhá pomocí hmotnostního spektrometru Triple Quadrupole MS System (Agilent Technologies, USA). Kvantifikace analytu probíhá metodou isotopově značeného vnitřního standardu (1,2,4-triazol-13C2). Linearita metody je zajištěna v rozmezí 0,01 – 10 µg/l, LOD metody je 0,01 µg/l, a po korekci na vnitřní standard je dosahováno výtěžností analytu nad 85 %. Metoda je robustní a opakovatelná (RSD ≤ 12%).

Výsledky a diskuse

Laboratoře ALS Czech Republic v Praze se analýze 1,2,4-triazolu věnují od roku 2018, kdy se Projektové středisko ALS stalo součástí řešitelských týmů národních projektů TAČR a NAZV [TH03030118, TH03030178, QK1910282]. V rámci výsledků projektů se zájem o 1,2,4-triazol objevil jako reakce na častý výskyt relativně vysokých kontaminací metabolitů chloracetanilidových pesticidů ESA/OA ve vzorcích podzemních vod. Otázka zamoření životního prostředí metabolity ESA/OA dnes není nijak nová, a v současné době se spíše hledá způsob, jak tyto látky z životního prostředí odstranit. Plodiny s aplikací chloracetanilidových pesticidů jsou tak částečně nahrazovány plodinami s aplikací široké skupiny triazolových pesticidů, jejichž hlavním degradačním produktem je právě 1,2,4-triazol. Zahraniční studie řeší především analytické stanovení této malé polární látky, ale komplexní monitoringové studie výskytu 1,2,4-triazolu v životním prostředí zatím publikovány nejsou.

V rámci projektových vzorků se tedy pozornost zaměřila na podzemní a povrchové vody. 1,2,4-triazol byl primárně stanovován pouze v těchto projektových vzorcích, ovšem po tom, co byla LC-MS metoda akreditována a je komerčně nabízena klientům, můžeme postupně sledovat i výskyt 1,2,4-triazolu v komerčních vzorcích vod. V roce 2019 bylo provedeno nad 500 analýz vzorků pitných, podzemních a povrchových vod z Česka a ze Slovenska, které byly testovány jak na přítomnost mateřských triazolových pesticidů, tak jejich metabolitu 1,2,4-triazolu.

Výsledky analýz 1,2,4-triazolu ve vzorcích vod jsou uvedeny v tab.2 a graficky na obr. 2 a 3. V tab. 3 je uvedeno shrnutí paralelních kontaminací triazolových pesticidů a 1,2,4-triazolu ve vzorcích vod.

ALS Czech Republic: Tab. 2. Průměrné nálezy 1,2,4-triazolu ve vzorcích vod za rok 2019

ALS Czech Republic: Tab. 3. Srovnání výskytu mateřských triazolových pesticidů a 1,2,4-triazolu ve vzorcích vod

ALS Czech Republic: Obr. 2. Výskyt 1,2,4-triazolu ve vzorcích podzemních vod (2019, měřeno 50 vzorků)

ALS Czech Republic: Obr. 3. Výskyt 1,2,4-triazolu ve vzorcích povrchových vod (2019, měřeno 100 vzorků)

Ze získaných dat je zřejmé, že 1,2,4-triazol byl detekován ve všech typech testovaných vod. Z 224 testovaných vzorků pitných vod byla pozitivní kontaminace 1,2,4-triazolem stanovena pouze ve 14 % vzorků o průměrné koncentraci 0,02 µg/l. Ani jeden z testovaných vzorků nepřesáhl legislativně stanovený limit 0,1 µg/l (maximální detekovaná koncentrace byla 0,08 µg/l).

Dle předpokladu byly nejčastěji kontaminovány povrchové vody, i když nejvyšší průměrné i maximální koncentrace 1,2,4-triazolu byly zaznamenány ve vodách podzemních. Tento výsledek je rovněž v souladu s předpokládaným procesem „vzniku“ 1,2,4-triazolu v podmínkách půdního rozkladu mateřských triazolových pesticidů. Bohužel, u podzemních vod byl 1,2,4-triazol detekován přibližně v polovině testovaných vzorků, průměrná koncentrace se pohybovala kolem 0,25 µg/l a až třetina z testovaných vzorků obsahovala 1,2,4-triazol ve vyšším množství, než je doporučovaná legislativní hodnota 0,1 µg/l (obr. 2).

V případě povrchových vod byl 1,2,4-triazol stanoven ve většině z testovaných 100 vzorků, pozitivně bylo kontaminováno 88 z nich. Průměrné nálezy i maximální stanovené koncentrace ovšem byly ve srovnání s podzemními vodami nižší (viz tab. 2 a obr. 3). Na druhou stranu více než polovina vzorků obsahovala více než 0,1 µg/l sledovaného metabolitu (i když na tyto vzorky se legislativní limit nevztahuje).

Zajímavá byla analýza výsledků porovnání kontaminace vod mateřskými triazolovými pesticidy a 1,2,4-triazolem, které jsou uvedeny v tab. 3. V žádném z testovaných vzorků nenastala situace, že by byly detekovány mateřské triazolové pesticidy a nebyl v nich zároveň nalezen i 1,2,4-triazol (viz obr. 4). Tento fakt jen potvrzuje, že se bezpochyby jedná o relevantní metabolit. Z výsledků tedy jasně vyplývá, že analýza pouze účinných látek může vést k falešné zprávě o bezproblémovém hospodaření s pesticidy v dané lokalitě. Sledování metabolitů má větší vypovídající hodnotu z hlediska kontaminace životního prostředí rezidui pesticidů, neboť jejich detekce není sezonně závislá. Vzhledem ke stabilitě 1,2,4-triazolu a množství pozitivně detekovaných vzorků se dá usuzovat na postupně vznikající problém se zvyšující se „zamořeností“ životního prostředí tímto relevantním metabolitem. Pro komplexní posouzení teoretického nárůstu a kumulace látky v prostředí je zapotřebí analýza dat za delší časové období (až několika po sobě jdoucích let).

ALS Czech Republic: Obr. 4. Příklad výskytu mateřských triazolových pesticidů a 1,2,4-triazolu ve vzorcích podzemních vod

Závěr

Získaná data jasně ukazují na fakt, že degradační produkt triazolových pesticidů a relevantní metabolit 1,2,4-triazol je přítomen ve většině testovaných vzorků pitných a povrchových vod na území České republiky a Slovenska. Zjištěné koncentrační hladiny 1,2,4-triazolu ve vodách nejsou zanedbatelné a látka se v životním prostředí dále nerozkládá, je stabilní a má tendenci se spíše akumulovat. Kvůli tomu by se 1,2,4-triazol měl dostat na seznam rutinně kontrolovaných látek v rámci kontroly kvality pitných vod. Netečnost vůči tomuto kvalitativnímu parametru pomalu, ale jistě, napomáhá vzniku obdobného problému, jakému dnes čelíme v případě chloracetanilidových pesticidů a jejich metabolitů ESA a OA. Systematická kontrola 1,2,4-triazolu stále chybí nejen v České republice, ale obecně ve světě. Vedle analýzy vod a půd tak nabývá na důležitosti komunikace s relevantními kontrolními a legislativními orgány EU. Také soustavná osvěta a prezentace výsledků mezi zemědělci a odbornou i laickou veřejností může přinést vyšší zájem o problematiku a urychlit tak vývoj a aplikaci kompletně biodegradabilní skupiny pesticidů.

Poděkování:

Článek vznikl za podpory projektů:

1. TH03030118: Metody dekontaminace a detekce perzistentních chloracetanilidových pesticidů a jejich metabolitů, které jsou legislativně sledované;
2. TH03030178: Nové metody hodnocení rizik přípravků na ochranu rostlin vůči necílovým půdním organismům: Hodnocení rizik zatížení půdního prostředí xenobiotiky na diverzitu;
3. QK1910282: Možnosti zmírnění dopadů extrémních srážko-odtokových jevů v malých povodích s ohledem na požadavky trvale udržitelného zemědělského hospodaření a produkce ryb