Environmental agrochemistry

 

lixiviados    Muestreoqr

Definition

Study of the environmental behavior of agrochemicals (pesticides, growth regulators, allelopathic compounds, plant signaling products or plants hormones, etc.) and other compounds that can reach the soil as a consequence of human activities (pharmaceutical or veterinary drugs, industrial contaminants, urban contaminants, etc.) mainly in soil-water system.

Objective

To assess and evaluate the soil processes, properties, and components being relevant in the dynamics of agrochemical compounds such as pesticides, organic contaminants or other chemicals (allelopathics, plant signaling products, plant hormones, etc.) and its relationships with soil and crop quality and sustainability. From this knowledge, we look further for designing and developing technological strategies to improve the management of the soil-water-crop system to ensure their sustainability and to minimize its environmental impact.

The following aspects are specific objectives of study:

  • Characterization and role of the soil components and properties affecting pesticides and contaminants in soil-water-plant system.
  • Effect of soil amendment with diverse organic residues on the dynamics of pesticides and contaminants and its relationship with the carbon sequestration role of these residues.
  • Soil porosity and its distribution, changes or evolution as related to soil components and the addition of diverse amendments (organic residues, natural or modified sorbents, etc.) and its role in the fate of pesticides and contaminants in soil-water system.
  • Design of adsorbent or carrier materials for pesticide controlled release formulations, based on natural components (nanostructured), which could act as: i) smart delivery systems for increasing their efficacy and minimizing their environmental impact and ii) filters for water decontamination.
  • Study of the interactions at molecular level between pesticides or other organic chemicals relevant to crops in soils with the soil colloidal components or their model sorbents aiming to improve the sustainability of soil-crop system.

External Services

Studies and characterization of the environmental behavior of pesticides or their formulations (adsorption, persistence, and leaching in soils). Porosity and mineralogy of soils.

Foto Grupo

Researchers
a. Staff Researchers

Dr. Lucía G. Cox Meana                Research Scientist       (Scholar)

Dr. Rafael Celis García                  Research Scientist        (Scholar, Researchgate)

b. Post-Doc

Dr. Beatriz María Gámiz Ruiz          Post-doc

Dr. Mª Rocío López Cabeza            Post-Doc (Brno, Czech Republic)

                  c. Pre-Doc

José Antonio Galán Pérez       Pre-doc

Technicians (I+D)
a. Staff

Dr. Miguel   Real Ojeda               PhD (Pharmacy)

Dr. Mª Jesús Calderón Reina       Specialized Technician (Agricultural Engineer)

Pilar Velarde Muñoz                   Agricultural Engineer

Gracia Facenda  Colorado          Agricultural Engineer

Antonio Martínez Durán           Research Assistant

Group Collaborators

Dr. Juan Cornejo Suero               Member of the Royal Academy of Sciences Seville

Dr. M. Carmen Hermosín             Member of the Royal Academy of Sciences Seville


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Calderón Reina, María Jesús 

mjcalderon@irnase.csic.es

lucia cox

Cox Meana, Lucía Gracia

lcox@irnase.csic.es

rafael celis

Celis García, Rafael

rcelis@irnase.csic.es

Bea Gamiz

Gámiz Ruiz, Beatriz María

bgamiz@irnase.csic.es

gracia facenda

Facenda Colorado, Gracia

gfacenda@irnase.csic.es

Galán Pérez, José Antonio

 jagalan@irnas.csic.es

miguel real

Real Ojeda, Miguel

mreal@irnase.csic.es

pilar velarde

Velarde Muñoz, Pilar

pvelarde@irnase.csic.es

 

 

 Rocio López

López Cabeza, María del Rocío

rlopezc@irnas.csic.es


Projects and Contracts (past ten years).

I. International Projects.

Enhancing both soil carbon sequestration and fertility while reducing soil greenhouse gas emissions through designer biochar application (Designchar4food). FACCE-JPI Multipartner Call on Agricultural Greenhouse Gas Research (ref. FACCE-JPI/0561). 30000 euros. 2015-2017. PI: Dra. Lucía Cox.

Use of Biochars as Sorbent of Pesticides. CSIC, Proyectos I-LINK (ref. I-LINK0025). IRNAS (CSIC) y USDA-ARS-University of Minnesota. 29.400,00 euros. 2011-2012. PI: Dra. Lucía Cox.

II. European Projects.

Use of Nanomaterials for Environmental and Agricultural Applications (NANO-ENAG). European Union, FP6 IRSES Program (ref. PIRSES-GA-2008-230796). IRNAS (CSIC), Universitá degli Studi di Napoli Federico II y Charles Sturt University. 46.800 euros. 2009-2011. PIs: Antonio de Martino and Prof. Juan Cornejo.

III. National Projects.

Activación de Biochar e Interacciones con Componentes Inorgánicos y Orgánicos del Suelo para la Adsorción de Agroquímicos en Sistemas Suelo/Agua. MCI, Plan Nacional, Convocatoria Retos 2019 (ref. PID2019-109456RB-I00). IRNAS (CSIC), 129.470 euros. 01/06/2020-31/05/2023. PI: Lucía Cox.

Red de Suelos, Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, Acciones de Dinamización “Redes de Investigación”, Convocatoria 2018 (ref. RED2018-102624-T). EEZ, CEBAS, IRNAS, IIAG, IRNASA, ICA, IAS, EEAD, URJC, UPC, UPM. 28.600 €, 01/01/2020-31/12/2021. Coordinator: Ana Segura Carnicero (EEZ-CSIC), PI of IRNAS-Agroquímica Ambiental: Lucía Cox.

Nómadas de la Ciencia. II Edición del Programa “Cuenta la Ciencia”. Fundación General del CSIC (ref. FGCC-2019-0022). IRNAS (CSIC). 3.430,00 €, 04/04/2019-20/12/2019. PI: Patricia Astrid Siljestrom. Participant: María Jesús Calderón.

Suelo: Un Sistema Biológico Productivo para una Agricultura Sostenible. Plataforma Temática Interdisciplinar (PTI) del CSIC (PTI 5: “SOILBIO”). CEBAS, EEZ, ICA, IRNAS, EEAD, IAS, IIAG, IRNASA. 2019-2021. Coordinator : Carlos García Izquierdo (CEBAS-CSIC).

Dinámica de Compuestos Alelopáticos en Suelos Agrícolas en Relación con su Aprovechamiento como Plaguicidas Naturales: Quiralidad y Formulación en Materiales Nanoestructurados. MINEICO (ref. AGL2017-82141-R). IRNAS (CSIC), 121.000 euros. 2018-2020. PI: Rafael Celis.

Influencia de la Adición de Biochar al Suelo en la Biodisponibilidad de Plaguicidas y otros Contaminantes: Efecto del Envejecimiento en el Suelo. MINECO Project (ref. AGL2016-77821-R). IRNAS (CSIC) 145.200 euros. 2016-2019. PI: Dra. Lucía Cox.

Comportamiento de Compuestos Agroquímicos Emergentes en Suelos Agrícolas: Prácticas Agronómicas y Adsorción en Complejos Organo-Arcillosos para su Modulación. MINECO Project (ref. AGL2014-51897-R). IRNAS (CSIC) 139.150 euros. 2015-2017. PI: Dr. Rafael Celis.

Nanoarcillas como correctores y protectores medioambientales: Filtros para eliminar plaguicidas de aguas y portadores inteligentes de fungicidas sistémicos. Junta de Andalucía Project (ref. P11-AGR-7400). IRNAS (CSIC), IFAPA-Alameda del Obispo, Centro Tecnológico INNOVARCILLA. 239.478 euros. 2013-2017. PI: Prof. Mª Carmen Hermosín.

Impacto del Carbón Biológico de Diferentes Materias Primas y de Partículas de Suelo Nanoestructuradas en la Adsorción y Movilidad de Plaguicidas en el Cultivo del Arroz. MINECO Project (ref. AGL2013-48446-C3-1-R). IRNAS (CSIC) y Universidad de Extremadura. 108.900 euros. 2014-2016. PI: Dra. Lucía Cox.

RECUPERA 2020 – Minimización del Impacto Ambiental de Fitosanitarios en Suelos y Aguas. CSIC-MINECO Contract (ref. 20134R071). IRNAS (CSIC) at al. 413.567,27 euros. 2013-2015. PI: Prof. Mª Carmen Hermosín.

Nanoarcillas como correctores y protectores medioambientales: eliminación y dosificación inteligente de fungicidas sistémicos en suelos. JAE-CSIC Project. PostDoc Contract for Dr. Alegría Cabrera Mesa. 2012-2015. 120.000 euros. PI: Prof. Mª Carmen Hermosín.

Comportamiento enantioselectivo de plaguicidas quirales en suelos agrícolas y desarrollo de arcillas modificadas para aumentar su eficacia y reducir su impacto ambiental. MINECO Project (ref. AGL2011-23779). IRNAS (CSIC) y USDA-ARS-University of Minnesota. 121.000 euros. 2012-2015. PI: Dr. Rafael Celis.

Uso de Carbón Biológico y Residuos Orgánicos en el Cultivo del Arroz en las Marismas del Guadalquivir: Efecto en la Dinámica de Herbicidas, Propiedades Edáficas y Agronómicas. MICINN Project (ref. AGL2010-21421-C02-01). IRNAS (CSIC) y Universidad de Extremadura. 114.950 euros. 2011-2014. PI: Dra. Lucía Cox.

Uso de Residuos Orgánicos y de Arcillas Modificadas para Aumentar la Eficacia de Herbicidas y Reducir la Contaminación de Suelos y Aguas por los Mismos en Cultivos Andaluces. Junta de Andalucía Project (ref. P07-AGR-03077). IRNAS (CSIC). 298.001,44 euros. 2008-2012. PI: Dr. Rafael Celis.

Formulaciones de Herbicidas Soportados en Minerales de la Arcilla: Biodisponibilidad y Comportamiento Bajo Ciertas Prácticas Agronómicas en Suelos Agrícolas de la Cuenca del Guadalquivir. MICINN Project (ref. AGL2008-04031-C02-01). IRNAS (CSIC) y Universidad de Córdoba. 122.210 euros.  2009-2011. PI: Dr. Rafael Celis.

Validación y Experimentación en Planta Piloto de Nuevas Técnicas para la Remediación y Tratamiento de Suelos Industriales Contaminados. MMA Project  (ref. 300/PC08/3-01.1). BEFESA, IRNAS (CSIC), IMS (CSIC), Universidad de Barcelona e Hidroeléctrica Cantábrico. 265.371 euros. 2008-2011. PI:  J.M. Benítez and Prof. Juan Cornejo.

Estudio Integrado en el Marco de la Econdicionalidad para Mejorar la Calidad del Suelo y Prevenir y Controlar la Contaminación por herbicidas en Aguas Mediante el Manejo de Suelos con Cubiertas Vegetales. Junta de Andalucía Project (ref. P06-AGR-01565). IRNAS (CSIC), IFAPA y Universidad de Granada. 250.000 euros. 2007-2010. PI: Prof. Juan Cornejo.

Evaluación Medioambiental del Uso de Residuos de Almazaras en el Olivar y en Cultivos Intensivos de  las Vegas del Guadiana y Guadalquivir: Efecto en la Inmovilización y Biodisponibilidad de Herbicidas. MICINN Project (ref. AGL2007-65771-CO2-01). IRNAS (CSIC) y Universidad de Extremadura. 145.381 euros. 2007-2010. PI: Dra. Lucía Cox.

IV. Contracts with Companies.

Selección de Suelos Mediterráneos para su Uso en Experimentos de Seguimiento de Metabolitos de Contaminantes Emergentes. Universidad de Sevilla (ref. 20191776). 2.541 euros. 03/04/2019-02/10/2019. PI: Rafael Celis.

Comportamiento medioambiental en el suelo de las formulaciones TEBUG1 y TEBUG2. PI: M.C. Hermosín. Company: Desarrollo y Producciones Químicas Movic, S.L. 30/4/2017-31/7/2017.

Comportamiento Medioambiental en el Suelo de la Formulación Comercial MAXAMF. Company: Desarrollos y Promociones Químicas Movic S.L. (dpQ). 1/9/14-30/11/14. PI: M.C. Hermosín.

Validación y Experimentación en Planta Piloto de Nuevas Técnicas para la Remediación y Tratamiento de Suelos Industriales Contaminados. Company: BEFESA. 55.912 euros. 2008-2010. PI: Prof. Juan Cornejo.

Most Relevant and Representative Publications (past five years).

García-Jaramillo, M., Trippe, K. M., Helmus, R., Knicker, H. E., Cox, L., Hermosín, M. C., Parsons, J. R., Kalbitz, K., 2020. An examination of the role of biochar and biochar water-extractable substances on the sorption of ionizable herbicides in rice paddy soils. Sci. Total Environ. 706: 135682.

Buerge I.J., Bächli A., Kasteel R., Portmann R., López-Cabeza R., Schwab L.F., Poiger T. 2019. Behavior of the chiral herbicide imazamox in soils: pH-dependent, enantioselective degradation, formation and degradation of several chiral metabolites. Environ. Sci. Technol. 53: 5725-5732.

Durán E., Bueno S., Hermosín M.C., Cox L., Gámiz B. 2019. Optimizing a low added value bentonite as adsorbent material to remove pesticides from water. Sci. Total Environ. 672: 743-751.

Gámiz B., Velarde P., Spokas K.A., Celis R., Cox L. 2019. Changes in sorption and bioavailability of herbicides in soil amended with fresh and aged biochar. Geoderma. 337: 341-349.

Gámiz B., Facenda G., Celis R. 2019. Modulating the persistence and bioactivity of allelochemicals in the rhizosphere: salicylic acid, a case of study. Arch. Agron. Soil Sci. 65: 581-595.

Gámiz B., Facenda G., Celis R. 2019. Nanoengineered sorbents to increase the persistence of the allelochemical carvone in the rhizosphere. J. Agr. Food Chem. 67: 589-596.

Gámiz B., Velarde P., Spokas K.A., Cox L. 2019. Dynamic effect of fresh and aged biochar on the behavior of the herbicide mesotrione in soils. J. Agr. Food Chem. 67: 9450-9459.

Gámiz B., Hall K., Spokas K.A., Cox L. 2019. Understanding activation effects on low-temperature biochar for optimization of herbicide sorption. Agron. 9: 588.

Khatem R., Celis R., Hermosín M.C. 2019. Cationic and anionic clay nanoformulations of imazamox for minimizing environmental risk. Appl. Clay Sci. 168: 106-115.

López-Cabeza R., Poiger T., Cornejo J., Celis R. 2019. A clay-based formulation of the herbicide imazaquin containing exclusively the biologically active enantiomer. Pest Manag. Sci. 75: 1894-1901.

Mesa-Marín J., Barcia-Piedras J.M., Mateos-Naranjo E., Cox L., Real M., Pérez-Romero J.A., Navarro-Torre S., Rodríguez-Llorente I.D., Pajuelo E., Parra R., Redondo-Gómez S. 2019. Soil phenanthrene phytoremediation capacity in bacteria-assisted Spartina densiflora. Ecotox. Environ. Safe. 182: 109382.

Real M., Gámiz B., López-Cabeza R., Celis R. 2019. Sorption, persistence, and leaching of the allelochemical umbelliferone in soils treated with nanoengineered sorbents. Scientific Reports. 9: 9764.

Di Marsico A., Scrano L., Amato M., Gámiz B., Real M., Cox L., 2018. Mucilage from seeds of chia (Salvia hispanica L.) used as soil conditioner; effects on the sorption-desorption of four herbicides in three different soils. Sci. Total Environ. 625: 531-538.

Di Marsico A., Scrano L., Labella R., Lanzotti V., Rossi R., Cox L., Perniola M., Amato M., 2018. Mucilage from fruits/seeds of chia (Salvia hispanica L.) improves soil aggregate stability. Plant Soil. 425: 57-69.

Gámiz B., Hermosín M.C., Celis R. 2018. Appraising factors governing sorption and dissipation of the monoterpene carvone in agricultural soils. Geoderma. 321: 61-68.

Hall K.E., Spokas K.A., Gámiz B., Cox L., Papiernik S.K., Koskinen W.C., 2018. Glyphosate sorption-desorption on biochar – Interactions of physical and chemical processes. Pest Manag. Sci. 74: 1206-1212.

Xiao F., Gámiz B., Pignatello J.J., 2018. Adsorption and desorption of nitrous oxide by raw and thermally air-oxidized chars. Sci. Total Environ. 643, 1436–1445.

Gámiz B., Cox L:, Hermosín M.C., Spokas, K., Celis, R., 2017. Assessing the Effect of Organoclays and Biochar on the Fate of Abscisic Acid in Soil. J. Agric. Food Chem. 65: 29-38.

López-Cabeza R., Gámiz B., Cornejo J., Celis R., 2017. Behavior of the enantiomers of the herbicide imazaquin in agricultural soils under different application regimes. Geoderma. 293: 64-72.

Gámiz B., Velarde P., Spokas K.A., Hermosín M.C., Cox L. 2017. Biochar soil additions affect herbicide fate: importance of application timing and feedstock species. J. Agric. Food Chem. 65: 3109-3117.

Buerge I.J., Krauss J., López-Cabeza R., Siegfried W., Stüssi M., Wettstein F.E., Poiger T., 2016. Stereoselective metabolism of the sterol biosynthesis inhibitor fungicides fenpropidin, fenpropimorph, and spiroxamine in grapes, sugar beets, and wheat.  J. Agric. Food Chem. 64: 5301-5309.

Cabrera A., Celis, R., Hermosín, M.C., 2016. Imazamox–clay complexes with chitosan- and iron(III)-modified smectites and their use in nanoformulations. Pest Manag. Sci. 72: 1285–1294.

Calderón M.J., de Luna E., Gómez J.A., Hermosín M.C., 2016. Herbicide monitoring in soil, runoff waters and sediments in an olive orchard. Sci. Total Environ. 569-570: 416-422.

Gámiz, B., López-Cabeza, R., Facenda, G., Velarde, P.,  Hermosín, M.C., Cox, L.,  Celis, R., 2016. Effect of synthetic clay and biochar addition on dissipation and enantioselectivity of tebuconazole and metalaxyl in an agricultural soil: Laboratory and
field experiments. Agric. Ecosys. Environ. 230: 32–41.

Gámiz, B., Hermosín, M.C., Celis, R., 2016. Sorption, persistence and leaching of abscisic acid in agricultural soils: an enantiomer-selective study. Geoderma. 269: 112–118.

Gámiz, B., Pignatello, J. J., Cox, L., Hermosín, M.C.,  Celis, R., 2016. Environmental fate of the fungicide metalaxyl in soil amended with composted olive-mill waste and its biochar: An enantioselective study. Sci. Total Environ. 541: 776–783.

Gámiz, B., Facenda, G., Celis, R., 2016. Evidence for the effect of sorption enantioselectivity on the availability of chiral pesticide enantiomers in soil. Environ. Pollut. 213: 966-973.

García-Jaramillo, M., Cox, L., Hermosín, M.C., Cerli, C., Kalbitz, K., 2016. Influence of green waste compost on azimsulfuron dissipation and soil functions under oxic and anoxic conditions. Sci. Total Environ. 550: 760-767.

García-Jaramillo, M., Redondo-Gómez, S., Barcia-Piedras, J.M., Aguilar, M., Jurado, V., Hermosín, M.C., Cox, L., 2016. Dissipation and effects of triciclazole on soil microbial communities and rice growth as affected by amendment with alperujo compost. Sci. Total Environ. 550: 637-644.

López-Cabeza, R., Cornejo, J., Celis, R., 2016. Evaluation of an organo-layered double hydroxide and two organic residues as amendments to immobilize metalaxyl enantiomers in soils: A comparative study. J. Environ. Manag. 181: 135-145.

Trigo, C., Spokas, K.A., Hall, K.E., Cox, L., Koskinen, W.C., 2016. Metolachlor Sorption and Degradation in Soil Amended with Fresh and Aged Biochars.  J. Agric. Food Chem. 64: 3141−3149.

Trigo C., Cox L., Spokas K., 2016. Influence of pyrolysis temperature and hardwood species on resulting biochar properties and their effect on azimsulfuron sorption as compared to other sorbents. Sci. Total Environ. 566-567: 1454-1464.

Celis, R., Gámiz, B., Facenda, G., Hermosín, M.C. 2015. Enantioselective sorption of the fungicide metalaxyl on soil from non-racemic aqueous solutions: Environmental implications. J. Hazard. Mater. 300: 581-589.

Celis, R., Gámiz, B., Adelino, M.A., Cornejo, J. Hermosín, M.C. 2015. Effect of formulation and repeated applications on the enantioselectivity of metalaxyl dissipation and leaching in soil. Pest Manag. Sci. 71: 1572-1581.

Gámiz, B., Hermosín, M.C., Cornejo, J., Celis, R., 2015. Hexadimethrine-montmorillonite nanocomposite: characterization and application as a pesticide adsorbent. Appl. Surf. Sci. 332: 606-613.

Cañero, A., Cox, L., Cabrera, M.A., Hermosín, M.C., Cornejo, J. 2015. Different effects of a by-product from olive oil extraction on s-metolachlor and bentazone soil fate. CLEAN: Soil, Air, Water 43: 948-957.

Calderón, M.J., Real, M., Cabrera, A., Koskinen, W.C., Cornejo, J., Hermosín, M.C. 2015. Influence of olive oil mill waste amendment on fate of oxyfluorfen in Southern Spain soils. CLEAN: Soil, Air, Water 43: 1107-1113.

Li, X., Gámiz, B., Wang, Y., Pignatello, J.J., Xing, B. 2015. Competitive sorption used to probe strong hydrogen bonding sites for weak organic acids on carbon nanotubes. Environ. Sci. Technol. 49: 1409-1417.

García-Jaramillo, M., Cox, L., Knicker, H.E., Cornejo, J., Spokas, K., Hermosín, M.C. 2015. Characterization and selection of biochar for an efficient retention of tricyclazole in a flooded alluvial paddy soil. J. Harzad. Mater. 286: 581-588.

Organization of Scientific Events:

– Jornadas del Año Internacional de los Suelos. El IRNAS y el Suelo: Alianza y Complicidad. 30 Octubre, 2015. Sevilla, España.

– 2010 SEA-CSSJ-CMS Trilateral Meeting on Clays. 8-10 junio, 2010. Sevilla, España.

– MESAEP 2007. 14th International Symposium on Environmental Pollution and its Impact on Life in the Mediterranean Region. 10-14 octubre, 2007. Sevilla, España.