Пестыцыды ў ручаях усё больш становяцца глабальнай праблемай, але пакуль мала інфармацыі аб бяспечнай канцэнтрацыі ў водных экасістэмах.У 30-дзённым мезакасмічным эксперыменце мясцовыя донныя водныя бесхрыбтовыя падвяргаліся ўздзеянню звычайнага інсектыцыду фіпранілу і чатырох відаў прадуктаў дэградацыі.Злучэнне фипронил выклікала змены ў эмерджентном і трафічным каскадзе.Была распрацавана эфектыўная канцэнтрацыя (EC50), пры якой фипронил і яго сульфід, сульфон і десульфинил прадукты дэградацыі выклікаюць 50% адказ.Таксаны не адчувальныя да фипронилу.Канцэнтрацыя небяспекі ў 5% здзіўленых відаў з 15 мезакасмічных значэнняў EC50 выкарыстоўваецца для пераўтварэння канцэнтрацыі злучэння фіпранілу ў палявым узоры ў суму таксічных адзінак (∑TUFipronils).У 16% патокаў, узятых з пяці рэгіянальных даследаванняў, сярэдні ∑TUFipronil перавышаў 1 (што паказвае на таксічнасць).Паказчыкі бесхрыбтовых відаў рызыкі адмоўна карэлююць з TUTUipronil у чатырох з пяці раёнаў адбору пробаў.Гэтая ацэнка экалагічнай рызыкі паказвае, што нізкія канцэнтрацыі фіпранілавых злучэнняў прывядуць да скарачэння насельніцтва ручаёў у многіх частках Злучаных Штатаў.
Нягледзячы на ​​тое, што вытворчасць сінтэтычных хімічных рэчываў значна ўзрасла за апошнія дзесяцігоддзі, уплыў гэтых хімічных рэчываў на нямэтавыя экасістэмы да канца не вывучаны (1).У паверхневых вадаёмах, дзе губляецца 90% сельгасугоддзяў, няма дадзеных аб сельскагаспадарчых пестыцыдах, але там, дзе ёсць дадзеныя, час для таго, каб пестыцыды перавышалі нарматыўныя парогі, складае палову (2).Мета-аналіз сельскагаспадарчых пестыцыдаў у паверхневых водах у Злучаных Штатах выявіў, што ў 70% месцаў адбору проб па меншай меры адзін пестыцыд перавышае нарматыўны парог (3).Аднак гэтыя мета-аналізы (2, 3) сканцэнтраваны толькі на паверхневых водах, на якія ўплывае выкарыстанне сельскагаспадарчых зямель, і з'яўляюцца кароткім выкладам асобных даследаванняў.Пестыцыды, асабліва інсектыцыды, таксама існуюць у высокіх канцэнтрацыях у гарадскім ландшафтным дрэнажы (4).Рэдка бывае правесці ўсебаковую ацэнку пестыцыдаў у паверхневых водах, якія скідаюцца з сельскай гаспадаркі і гарадскіх ландшафтаў;такім чынам, невядома, ці ўяўляюць пестыцыды маштабную пагрозу рэсурсам паверхневых вод і іх экалагічнай цэласнасці.
У 2010 годзе на бензапіразолы і неанікаціноіды прыпадала траціна сусветнага рынку пестыцыдаў (5).У паверхневых водах Злучаных Штатаў фіпраніл і прадукты яго распаду (фенілпіразолы) з'яўляюцца найбольш распаўсюджанымі пестыцыднымі злучэннямі, і іх канцэнтрацыі звычайна перавышаюць водныя стандарты (6-8).Нягледзячы на ​​тое, што неанікатыноіды прыцягнулі ўвагу з-за свайго ўздзеяння на пчол і птушак і сваёй распаўсюджанасці (9), фіпраніл больш таксічны для рыб і птушак (10), у той час як іншыя злучэнні класа фенілпіразолаў аказваюць гербіцыдны эфект (5).Фипронил - сістэмны інсектыцыд, які выкарыстоўваецца для барацьбы з шкоднікамі ў гарадскіх і сельскагаспадарчых умовах.З таго часу, як фіпраніл выйшаў на сусветны рынак у 1993 годзе, выкарыстанне фіпранілу ў Злучаных Штатах, Японіі і Вялікабрытаніі значна павялічылася (5).У Злучаных Штатах фіпраніл выкарыстоўваецца для барацьбы з мурашкамі і тэрмітамі і выкарыстоўваецца ў сельскагаспадарчых культурах, уключаючы кукурузу (уключаючы апрацоўку насення), бульбу і фруктовыя сады (11, 12).Сельскагаспадарчае выкарыстанне фіпранілу ў Злучаных Штатах дасягнула піку ў 2002 годзе (13).Нягледзячы на ​​тое, што нацыянальныя даныя аб выкарыстанні ў гарадах адсутнічаюць, пік выкарыстання ў гарадах у Каліфорніі дасягнуў 2006 і 2015 гадоў (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, прагледжана 2 снежня 2019 г.).Нягледзячы на ​​​​тое, што высокія канцэнтрацыі фіпранілу (6,41 мкг/л) выяўляюцца ў патоках у некаторых сельскагаспадарчых раёнах з высокімі нормамі ўнясення (14), у параўнанні з сельскагаспадарчымі патокамі, гарадскія патокі ў Злучаных Штатах звычайна маюць большую выяўленасць і больш высокія высокія канцэнтрацыі, станоўчыя для з'яўленне штормаў звязваюць з выпрабаваннем (6, 7, 14-17).
Фіпраніл трапляе ў водную экасістэму са сцёкам або вымываецца з глебы ў ручай (7, 14, 18).Фіпраніл валодае нізкай лятучасцю (канстанта закона Генры 2,31×10-4 Па м3 моль-1), нізкай і сярэдняй растваральнасцю ў вадзе (3,78 мг/л пры 20°C) і сярэдняй гідрафобнасцю (log Kow складае ад 3,9 да 4,1)), рухомасць у глебе вельмі малая (log Koc складае ад 2,6 да 3,1) (12, 19), і ён дэманструе нізкую і сярэднюю ўстойлівасць у навакольным асяроддзі (20).Финазеприл раскладаецца шляхам фоталізу, акіслення, рН-залежнага гідролізу і аднаўлення, утвараючы чатыры асноўных прадукту дэградацыі: дезсульфоксифенаприл (норсульфоксид), фенапренип сульфон (сульфон), филофенамид (амід) і филофениб сульфід (сульфід).Прадукты дэградацыі фіпранілу, як правіла, больш стабільныя і даўгавечныя, чым зыходнае злучэнне (21, 22).
Таксічнасць фіпранілу і яго дэградацыя ў немэтавыя віды (напрыклад, водныя бесхрыбтовыя) былі добра дакументаваны (14, 15).Фіпраніл - гэта нейротоксическое злучэнне, якое перашкаджае праходжанню іёнаў хларыду праз хларыдны канал, які рэгулюецца гама-амінамаслянай кіслатой у насякомых, што прыводзіць да дастатковай канцэнтрацыі, каб выклікаць празмернае ўзбуджэнне і смерць (20).Фіпраніл селектыўна таксічны, таму ён мае большае сродства да рэцэптараў для насякомых, чым для млекакормячых (23).Інсектыцыдным актыўнасць прадуктаў распаду фипронила розная.Таксічнасць сульфону і сульфіду для прэснаводных бесхрыбтовых падобная або вышэйшая, чым у зыходнага злучэння.Десульфинил валодае сярэдняй таксічнасцю, але менш таксічны, чым зыходнае злучэнне.Адносна не таксічны (23, 24).Ўспрымальнасць водных бесхрыбтовых да фипронилу і фипронилу дэградацыі значна вар'іруецца ўнутры і паміж таксонамі (15), а ў некаторых выпадках нават перавышае парадак велічыні (25).Нарэшце, ёсць доказы таго, што фенілпіразолы больш таксічныя для экасістэмы, чым лічылася раней (3).
Водныя біялагічныя тэсты, заснаваныя на лабараторных тэстах на таксічнасць, могуць недаацэньваць рызыку палявых папуляцый (26-28).Водныя стандарты звычайна ўсталёўваюцца шляхам лабараторных выпрабаванняў на таксічнасць аднаго віду з выкарыстаннем аднаго або некалькіх відаў водных бесхрыбтовых (напрыклад, двукрылых: Chironomidae: Chironomus і ракападобных: Daphnia magna і Hyalella azteca).Гэтыя паддоследныя арганізмы звычайна лягчэй культываваць, чым іншыя бентосныя макрабеспазваночныя (напрыклад, род Phe ::), і ў некаторых выпадках яны менш адчувальныя да забруджвальных рэчываў.Напрыклад, D. Magna менш адчувальны да многіх металаў, чым некаторыя казуркі, у той час як A. zteca менш адчувальны да пірэтроіднага інсектыцыду біфентрыну, чым яго адчувальнасць да глістоў (29, 30).Яшчэ адно абмежаванне існуючых тэстаў - гэта канчатковыя кропкі, якія выкарыстоўваюцца ў разліках.Вострыя кантрольныя паказчыкі заснаваны на смяротнасці (або фіксаванай для ракападобных), у той час як хранічныя кантрольныя паказчыкі звычайна заснаваны на сублетальных канчатковых кропках (напрыклад, росце і размнажэнні) (калі такія маюцца).Аднак існуюць шырока распаўсюджаныя сублетальныя эфекты, такія як рост, з'яўленне, параліч і затрымка развіцця, якія могуць паўплываць на поспех таксонаў і дынаміку супольнасці.У выніку, нягледзячы на ​​тое, што эталон забяспечвае аснову біялагічнай важнасці эфекту, экалагічнае значэнне ў якасці парога для таксічнасці застаецца нявызначаным.
Для таго, каб лепш зразумець уплыў злучэнняў фіпранілу на бентосныя водныя экасістэмы (бесхрыбтовых і водарасці), натуральныя бентосныя супольнасці былі дастаўлены ў лабараторыю і падвергнуты ўздзеянню градыентаў канцэнтрацыі на працягу 30-дзённага патоку фіпранілу або аднаго з чатырох эксперыментаў па дэградацыі фіпранілу.Мэта даследавання складаецца ў тым, каб атрымаць спецыфічную відавую канцэнтрацыю 50% эфекту (значэнне EC50) для кожнага фіпранілавага злучэння, якое прадстаўляе шырокі таксон рачной супольнасці, і вызначыць уплыў забруджвальных рэчываў на структуру і функцыю супольнасці [г.зн. небяспечная канцэнтрацыя] 5 % пацярпелых відаў (HC5) і ўскосныя эфекты, такія як змяненне ўзнікнення і трафічнай дынамікі].Затым парогавае значэнне (спецыфічнае для злучэння значэнне HC5), атрыманае ў выніку мезаскапічнага эксперыменту, было ўжыта да поля, сабранага Геалагічнай службай ЗША (USGS) з пяці рэгіёнаў ЗША (паўночны ўсход, паўднёвы ўсход, сярэдні захад, паўночна-заходняя частка Ціхага акіяна і цэнтральная Каліфорнія). Coastal Zone) Data) у рамках ацэнкі якасці рэгіянальнага патоку USGS (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Наколькі вядома, гэта першая ацэнка экалагічнай рызыкі.Ён усебакова даследуе ўздзеянне фіпранілавых злучэнняў на бентосныя арганізмы ў кантраляваным мезаасяроддзі, а затым прымяняе гэтыя вынікі да ацэнак поля ў кантынентальным маштабе.
30-дзённы мезакасмічны эксперымент быў праведзены ў воднай лабараторыі USGS (AXL) у Форт-Колінз, штат Каларада, ЗША, з 18 кастрычніка па 17 лістапада 2017 г. на працягу 1 дня прыручэння і 30 дзён эксперыментаў.Метад быў апісаны раней (29, 31) і падрабязна ў дадатковым матэрыяле.Налада мезапрасторы змяшчае 36 цыркуляцыйных патокаў у чатырох актыўных патоках (рэзервуары для цыркуляцыі вады).Кожны жывы паток абсталяваны ахаладжальнікам для падтрымання тэмпературы вады і асвятляецца з цыклам свет-цемра 16:8.Паток мезаўзроўню - гэта нержавеючая сталь, якая адпавядае гідрафобнасці фіпранілу (log Kow = 4,0) і падыходзіць для арганічных ачышчальных растваральнікаў (малюнак S1).Вада, якая выкарыстоўвалася для мезамаштабнага эксперыменту, збіралася з ракі Кэш-Ла-Пудр (крыніцы вышэй па плыні, уключаючы Нацыянальны парк Скалістыя горы, Нацыянальны лес і Кантынентальны водападзел) і захоўвалася ў чатырох поліэтыленавых рэзервуарах AXL.Папярэднія ацэнкі ападкаў і пробаў вады, сабраных на месцы, не выявілі пестыцыдаў (29).
План мезамаштабнага эксперыменту складаецца з 30 патокаў апрацоўкі і 6 патокаў кантролю.У паток ачысткі паступае ачышчаная вада, кожная з якіх утрымлівае непаўторныя пастаянныя канцэнтрацыі фіпранілавых злучэнняў: фіпраніл (фіпраніл (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), амід (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), дэсульфуруючая група [Бібліятэка пестыцыдаў Агенцтва па ахове навакольнага асяроддзя ЗША (EPA), CAS 205650-65-3], сульфон (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) і сульфід (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); уся чысціня ≥ 97,8%. Згодна з апублікаванымі значэннямі адказу (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33). Шляхам растварэння злучэння фіпранілу ў метаноле (Thermo Fisher Scientific, узровень сертыфікацыі Амерыканскага хімічнага таварыства) і развядзення з дэіянізаванай вадой да неабходнага аб'ёму для падрыхтоўкі канцэнтраванага зыходнага раствора. Паколькі колькасць метанолу ў дозе адрозніваецца, неабходна дадаваць метанол ва ўсе патокі апрацоўкі па меры неабходнасці. У трох кантрольных групах, каб забяспечыць аднолькавую канцэнтрацыю метанолу ( 0,05 мл/л) у патоках. Сярэдні выгляд трох іншых кантрольных патокаў атрымліваў рачную ваду без метанолу, у адваротным выпадку яны разглядаліся як усе астатнія патокі.
На 8-ы дзень, 16-ы дзень і 26-ы дзень у праточнай мембране вымяралі тэмпературу, значэнне pH, электраправоднасць і дэградацыю фіпранілу і фіпранілу.Каб адсочваць дэградацыю зыходнага злучэння фіпранілу падчас тэсту ў асяроддзі, фіпраніл (бацькі) выкарыстоўвалі для апрацоўкі вадкай слізістай абалонкі кішачніка на працягу яшчэ трох дзён [дні 5, 12 і 21 (n = 6)] для тэмпературы, pH, Праводнасць, фіпраніл і адбор проб дэградацыі фіпранілу.Узоры для аналізу пестыцыдаў былі сабраны шляхам фільтрацыі 10 мл праточнай вады ў 20 мл флакон з бурштынавага шкла праз шпрыц-фільтр Whatman 0,7 мкм GF/F, абсталяваны іголкай вялікага дыяметра.Узоры былі неадкладна замарожаныя і адпраўленыя ў Нацыянальную лабараторыю якасці вады (NWQL) у Лейквудзе, штат Каларада, ЗША, для аналізу.Выкарыстоўваючы ўдасканалены метад раней апублікаванага метаду, фіпраніл і 4 прадукты дэградацыі ў пробах вады былі вызначаны метадам вадкаснай храматаграфіі з прамой воднай ін'екцыяй (DAI) і тандэмнай мас-спектраметрыі (LC-MS / MS; Agilent 6495).Узровень выяўлення прыбора (IDL) ацэньваецца як мінімальны стандарт каліброўкі, які адпавядае стандарту якаснай ідэнтыфікацыі;IDL фипронила складае 0,005 мкг / л, а IDL астатніх чатырох фипронила складае 0,001 мкг / л.У дадатковых матэрыялах змяшчаецца поўнае апісанне метадаў, якія выкарыстоўваюцца для вымярэння злучэнняў фіпранілу, уключаючы працэдуры кантролю і забеспячэння якасці (напрыклад, аднаўленне ўзору, спайкі, праверкі трэцімі асобамі і прабелы).
У канцы 30-дзённага мезакасмічнага эксперыменту былі завершаны падлік і ідэнтыфікацыя дарослых і лічынкавых бесхрыбтовых (асноўная канчатковая кропка збору даных).Якія з'явіліся дарослыя асобіны кожны дзень збіраюць з сеткі і замарожваюць у чыстай цэнтрыфужнай прабірцы Falcon аб'ёмам 15 мл.У канцы эксперыменту (30-ы дзень) змесціва мембраны ў кожным патоку чысцілі для выдалення любых бесхрыбтовых, прасейвалі (250 мкм) і захоўвалі ў 80% этаноле.Кампанія Timberline Aquatics (Форт-Колінз, штат Каларада) завяршыла таксанамічную ідэнтыфікацыю лічынак і дарослых бесхрыбтовых да самага нізкага таксанамічнага ўзроўню, як правіла, відаў.У дні 9, 19 і 29 хларафіл а вымяралі ў трох паўторах у мезаскапічнай мембране кожнага патоку.Усе хімічныя і біялагічныя дадзеныя ў рамках мезаскапічнага эксперыменту прыводзяцца ў суправаджальным выпуску дадзеных (35).
Экалагічныя даследаванні праводзіліся ў невялікіх (у плыні) ручаях у пяці асноўных раёнах Злучаных Штатаў, і пестыцыды кантраляваліся на працягу папярэдняга перыяду індэкса.Карацей кажучы, на аснове сельскагаспадарчага і гарадскога землекарыстання (36-40) у кожным рэгіёне было выбрана ад 77 да 100 месцаў (усяго 444 месцы).На працягу вясны і лета аднаго года (2013-2017) пробы вады адбіраюцца раз на тыдзень у кожным рэгіёне на працягу ад 4 да 12 тыдняў.Канкрэтны час залежыць ад рэгіёна і інтэнсіўнасці забудовы.Аднак 11 станцый у паўночна-ўсходнім рэгіёне знаходзяцца амаль на водападзеле.Ніякага развіцця, хіба што быў сабраны толькі адзін узор.Паколькі перыяды маніторынгу пестыцыдаў у рэгіянальных даследаваннях розныя, для параўнання тут разглядаюцца толькі чатыры апошнія пробы, сабраныя на кожным участку.Мяркуецца, што адна проба, сабраная на неразвітым паўночна-ўсходнім участку (n = 11), можа ўяўляць сабой 4-тыднёвы перыяд адбору проб.Гэты метад прыводзіць да такой жа колькасці назіранняў за пестыцыдамі (за выключэннем 11 месцаў на паўночным усходзе) і той жа працягласці назірання;Лічыцца, што 4 тыдні дастаткова доўга для доўгатэрміновага ўздзеяння на біёту, але досыць мала, каб экалагічная супольнасць не аднавілася пасля гэтых кантактаў.
У выпадку дастатковага патоку проба вады адбіраецца з дапамогай пастаяннай хуткасці і пастаяннай шырыні (41).Калі патоку недастаткова для выкарыстання гэтага метаду, вы можаце сабраць узоры шляхам глыбокай інтэграцыі ўзораў або захопу з цэнтра цяжару патоку.Выкарыстоўвайце шпрыц з вялікім адтулінай і дыскавы фільтр (0,7 мкм), каб сабраць 10 мл адфільтраванага ўзору (42).З дапамогай DAI LC-MS/MS/MS/MS пробы вады былі прааналізаваны ў NWQL на 225 пестыцыдаў і прадуктаў раскладання пестыцыдаў, у тым ліку фіпраніл і 7 прадуктаў раскладання (дэзсульфінілфіпраніл, фіпраніл). Сульфіды, фіпранілсульфон, дэхлорфіпраніл, дэстыёл фіпраніл, амід, фіпраніл і фіпраніл).).Тыповыя мінімальныя ўзроўні справаздачнасці для палявых даследаванняў: фіпраніл, дэзметылатыёфторбензонітрыл, фіпранілсульфід, фіпранілсульфон і дэхлорфіпраніл 0,004 мкг/л;дезсульфинилфторфенамид і Канцэнтрацыя фипрониламида складае 0,009 мкг/літр;канцэнтрацыя фипронилсульфоната - 0,096 мкг / л.
Суполкі бесхрыбтовых адбіраюцца ў канцы кожнага тэрыторыйнага даследавання (вясна/лета), як правіла, адначасова з апошнім адборам проб пестыцыдаў.Пасля перыяду вегетацыі і інтэнсіўнага выкарыстання пестыцыдаў час адбору ўзораў павінен адпавядаць умовам нізкай плыні і супадаць з часам, калі супольнасць рачных бесхрыбтовых спее і ў асноўным знаходзіцца на стадыі жыцця лічынак.З дапамогай сэмплера Surber з ячэйкай 500 мкм або D-вобразнай сеткі выбарка бесхрыбтовых была завершана ў 437 з 444 сайтаў.Спосаб выбаркі падрабязна апісаны ў дадатковым матэрыяле.У NWQL усе беспазваночныя звычайна ідэнтыфікуюцца і пералічваюцца на ўзроўні роду або віду.Усе хімічныя і біялагічныя дадзеныя, сабраныя ў гэтай галіне і выкарыстаныя ў гэтай рукапісы, можна знайсці ў суправаджальным выпуску дадзеных (35).
Для пяці фіпранілавых злучэнняў, выкарыстаных у мезаскапічным эксперыменце, канцэнтрацыя лічынак бесхрыбтовых была разлічана на 20% ці 50% адносна кантролю (г.зн. EC20 і EC50).Дадзеныя [x = канцэнтрацыя фіпранілу, узважаная па часе (падрабязнасці гл. у дадатковым матэрыяле), y = колькасць лічынак або іншыя паказчыкі] былі падагнаны ў пашыраны пакет R(43) з выкарыстаннем трохпараметрнага метаду лагарыфмічнай рэгрэсіі "drc".Крывая адпавядае ўсім відам (лічынкам) з дастатковай колькасцю і адпавядае іншым цікавым паказчыкам (напрыклад, багацце таксонаў, агульная колькасць падёнак і агульная колькасць) для далейшага разумення эфекту супольнасці.Каэфіцыент Нэша-Саткліфа (45) выкарыстоўваецца для ацэнкі супадзення мадэлі, дзе дрэннае супадзенне мадэлі можа атрымаць бясконцыя адмоўныя значэнні, а значэнне ідэальнага супадзення роўна 1.
Каб даследаваць уплыў злучэнняў фипронила на з'яўленне насякомых у эксперыменце, дадзеныя былі ацэнены двума спосабамі.Па-першае, шляхам аднімання сярэдняга выгляду меза кантрольнага патоку з выгляду кожнага меза патоку апрацоўкі, сукупная штодзённая колькасць насякомых з кожнага меза патоку (агульная колькасць усіх асобін) была нармалізавана да кантролю.Пабудуйце гэтыя значэнні ў залежнасці ад часу, каб зразумець адхіленне медыятара лячэбнай вадкасці ад медыятара кантрольнай вадкасці ў 30-дзённым эксперыменце.Па-другое, вылічыце агульны працэнт сустракаемасці кожнага мезафіла патоку, які вызначаецца як стаўленне агульнай колькасці мезафілаў у дадзеным патоку да сярэдняй колькасці лічынак і дарослых асобін у кантрольнай групе і падыходзіць для лагарыфмічнай рэгрэсіі па трох параметрах. .Усе сабраныя казуркі прарастання былі з двух падсямействаў сямейства Chironomidae, таму быў праведзены камбінаваны аналіз.
Змены ў структуры супольнасці, такія як страта таксонаў, могуць у канчатковым рахунку залежаць ад прамога і ўскоснага ўздзеяння таксічных рэчываў і могуць прывесці да змен у функцыі супольнасці (напрыклад, трафічны каскад).Каб праверыць трафічны каскад, простая прычынна-следчая сетка была ацэненая з выкарыстаннем метаду аналізу шляху (R-пакет "piecewiseSEM") (46).Для мезаскапічных эксперыментаў мяркуецца, што фіпраніл, дэсульфініл, сульфід і сульфон (не пратэставаны амід) у вадзе для памяншэння біямасы скрабка ўскосна прыводзяць да павелічэння біямасы хларафіла а (47).Канцэнтрацыя злучэння з'яўляецца прадказальнай зменнай, а скрабок і біямаса хларафіла - зменнымі рэакцыі.Статыстыка Фішэра C выкарыстоўваецца для ацэнкі адпаведнасці мадэлі, так што значэнне P <0,05 паказвае на добрае адпаведнасць мадэлі (46).
Для таго, каб распрацаваць агент парогавай абароны эка-супольнасці, заснаваны на рызыцы, кожнае злучэнне атрымала 95% размеркавання хранічнай адчувальнасці (SSD) пацярпелых відаў (HC5) і абароны ад небяспечнай канцэнтрацыі.Былі створаны тры наборы дадзеных SSD: (i) толькі набор меза-дадзеных, (ii) набор даных, які змяшчае ўсе меза-дадзеныя і дадзеныя, сабраныя з запыту да базы дадзеных EPA ECOTOX (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, доступ да якога 14 сакавіка 2019 г.), працягласць даследавання складае 4 дні або больш, і (iii) набор даных, які змяшчае ўсе мезаскапічныя даныя і даныя ECOTOX, у якіх даныя ECOTOX (вострае ўздзеянне), падзеленыя на суадносіны вострага і хранічнага D. magna ( 19.39), каб растлумачыць розніцу ў працягласці ўздзеяння і прыблізнае значэнне хранічнай EC50 (12).Наша мэта стварэння некалькіх мадэляў цвёрдацельных назапашвальнікаў заключаецца ў (i) распрацоўцы значэнняў HC5 для параўнання з палявымі дадзенымі (толькі для цвёрдацельных назапашвальнікаў для носьбітаў) і (ii) ацэнцы таго, што даныя носьбітаў больш шырока прымаюцца, чым рэгулюючыя органы, для ўключэння ў аквакультуру. надзейнасць эталонных паказчыкаў жыцця і стандартная ўстаноўка рэсурсаў даных, і, такім чынам, практычнасць выкарыстання мезаскапічных даследаванняў для працэсу карэкціроўкі.
SSD быў распрацаваны для кожнага набору даных з дапамогай пакета R «ssdtools» (48).Выкарыстоўвайце пачатковы метад (n = 10 000), каб ацаніць сярэдняе HC5 і даверны інтэрвал (CI) з SSD.Сорак дзевяць таксонаў (усе таксоны, якія былі ідэнтыфікаваныя як род або від), распрацаваныя ў выніку гэтага даследавання, аб'яднаны з 32 адказамі таксонаў, складзенымі з шасці апублікаваных даследаванняў у базе дадзеных ECOTOX, у агульнай складанасці 81 адказ таксона можа быць выкарыстаны для распрацоўкі SSD .Паколькі ў базе дадзеных ECOTOX па амідах не было знойдзена дадзеных, для амідаў не было распрацавана цвёрдацельнага назапашвальніка, і ў бягучым даследаванні быў атрыманы толькі адзін адказ EC50.Хоць значэнне EC50 толькі адной сульфіднай групы было знойдзена ў базе дадзеных ECOTOX, цяперашні аспірант мае 12 значэнняў EC50.Такім чынам, былі распрацаваны SSD для сульфинильных груп.
Спецыфічныя значэнні HC5 злучэнняў фіпранілу, атрыманыя толькі з набору дадзеных SSD Mesocosmos, былі аб'яднаны з палявымі дадзенымі для ацэнкі ўздзеяння і патэнцыйнай таксічнасці злучэнняў фіпранілу ў 444 патоках з пяці рэгіёнаў Злучаных Штатаў.У апошняе 4-тыднёвае акно адбору пробаў кожная выяўленая канцэнтрацыя злучэнняў фіпранілу (невыяўленыя канцэнтрацыі роўныя нулю) дзеліцца на адпаведны HC5, і суадносіны злучэнняў кожнай пробы сумуюцца, каб атрымаць адзінку агульнай таксічнасці фіпранілу (ΣTUFipronils), дзе ΣTUFipronils> 1 азначае таксічнасць.
Параўноўваючы канцэнтрацыю небяспекі 50% пацярпелых відаў (HC50) са значэннем EC50 багацця таксонаў, атрыманым з эксперыменту з сярэдняй мембранай, SSD, атрыманы з дадзеных сярэдняй мембраны, быў ацэнены, каб адлюстраваць адчувальнасць больш шырокай экалагічнай супольнасці да фіпранілу. ступені..З дапамогай гэтага параўнання можна ацаніць узгодненасць паміж метадам SSD (уключаючы толькі таксоны з залежнасцю доза-рэакцыя) і метадам EC50 (уключаючы ўсе унікальныя таксоны, якія назіраюцца ў сярэдняй прасторы) з выкарыстаннем метаду EC50 для вымярэння багацця таксонаў. Пол.Залежнасць ад дозы.
Для вывучэння ўзаемасувязі паміж станам здароўя суполак бесхрыбтовых і ΣTUFipronil у 437 патоках, якія збіраюць бесхрыбтовых, быў разлічаны паказчык рызыкі пестыцыдаў для відаў (SPEARpesticides).Метрыка SPEARpesticides пераўтварае склад бесхрыбтовых у метрыку колькасці для біялагічнай сістэматыкі з фізіялагічнымі і экалагічнымі характарыстыкамі, тым самым надаючы адчувальнасць да пестыцыдаў.Індыкатар SPEARpesticides не адчувальны да прыродных ковариат (49, 50), хоць на яго прадукцыйнасць паўплывае сур'ёзная дэградацыя асяроддзя пражывання (51).Даныя аб колькасці, сабраныя на месцы для кожнага таксона, каардынуюцца з ключавым значэннем таксона, звязаным з праграмным забеспячэннем ASTERICS для ацэнкі экалагічнай якасці ракі (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Затым імпартуйце дадзеныя ў праграмнае забеспячэнне Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (версія 18.05).У гэтым праграмным забеспячэнні еўрапейская база дадзеных прыкмет і база дадзеных з фізіялагічнай адчувальнасцю да пестыцыдаў выкарыстоўваюцца для пераўтварэння даных кожнага сайта ў індыкатар пестыцыдаў SPEAR.У кожным з пяці рэгіянальных даследаванняў выкарыстоўвалася Агульная адытыўная мадэль (GAM) [пакет "mgcv" у R(52)) для вывучэння ўзаемасувязі паміж паказчыкам SPEARpesticides і ΣTUFipronils [log10(X + 1) канверсія] Associated.Для атрымання больш падрабязнай інфармацыі аб паказчыках SPEARpesticides і для аналізу даных, калі ласка, глядзіце Дадатковыя матэрыялы.
Індэкс якасці вады нязменны ў кожным мезаскапічным патоку і на працягу ўсяго перыяду мезаскапічнага эксперыменту.Сярэдняя тэмпература, pH і праводнасць складалі 13,1°C (±0,27°C), 7,8 (±0,12) і 54,1 (±2,1) мкСм/см (35), адпаведна.Вымеранае ўтрыманне растворанага арганічнага вугляроду ў чыстай рачной вадзе складае 3,1 мг/л.У меза-выглядзе ракі, дзе разгорнуты самапісец MiniDOT, раствораны кісларод блізкі да насычэння (у сярэднім> 8,0 мг/л), што сведчыць аб поўнай цыркуляцыі патоку.
Дадзеныя аб кантролі і забеспячэнні якасці фипронила прадстаўлены ў суправаджальным выпуску дадзеных (35).Карацей кажучы, хуткасць аднаўлення лабараторных шыпоў матрыцы і мезаскапічных узораў звычайна знаходзіцца ў дапушчальных дыяпазонах (аднаўленне ад 70% да 130%), стандарты IDL пацвярджаюць колькасны метад, а лабараторныя і прыборныя нарыхтоўкі звычайна чыстыя. Ёсць вельмі мала выключэнняў, акрамя гэтыя абагульненні разглядаюцца ў дадатковым матэрыяле..
З-за канструкцыі сістэмы вымераная канцэнтрацыя фіпранілу звычайна ніжэйшая за мэтавае значэнне (малюнак S2) (паколькі для дасягнення стацыянарнага стану ў ідэальных умовах патрабуецца ад 4 да 10 дзён) (30).У параўнанні з іншымі фіпранілавымі злучэннямі, канцэнтрацыя дэсульфінілу і аміду нязначна змяняецца з цягам часу, і зменлівасць канцэнтрацыі ў рамках апрацоўкі меншая, чым розніца паміж апрацоўкай, за выключэннем апрацоўкі нізкай канцэнтрацыяй сульфону і сульфіду.Узважаны па часе сярэдні вымераны дыяпазон канцэнтрацый для кожнай групы лячэння наступны: фипронил, IDL да 9,07 мкг/л;Десульфинил, IDL да 2,15 мкг/л;Амід, IDL да 4,17 мкг/л;Сульфід, IDL Да 0,57 мкг/літр;і сульфон, IDL складае 1,13 мкг/літр (35).У некаторых патоках былі выяўлены нямэтавыя злучэнні фіпранілу, гэта значыць злучэнні, якія не былі дададзены ў спецыфічную апрацоўку, але, як вядома, з'яўляюцца прадуктамі дэградацыі апрацоўчага злучэння.Мезаскапічныя мембраны, апрацаваныя зыходным злучэннем фіпранілам, маюць найбольшую колькасць выяўленых нямэтавых прадуктаў дэградацыі (калі яны не выкарыстоўваюцца ў якасці апрацоўчага злучэння, яны ўяўляюць сабой сульфініл, амід, сульфід і сульфон);яны могуць быць з-за прымешак у працэсе вытворчасці і/або працэсаў дэградацыі, якія адбываюцца падчас захоўвання зыходнага раствора і (або) у мезаскапічным эксперыменце, а не ў выніку перакрыжаванага забруджвання.Ніякай тэндэнцыі дэградацыі канцэнтрацыі пры апрацоўцы фипронилом не назіралася.Немэтавыя злучэнні дэградацыі часцей за ўсё выяўляюцца ў арганізме з самай высокай канцэнтрацыяй пры лячэнні, але канцэнтрацыя меншая, чым канцэнтрацыя гэтых нямэтавых злучэнняў (гл. канцэнтрацыю ў наступным раздзеле).Такім чынам, паколькі нямэтавыя злучэнні дэградацыі звычайна не выяўляюцца пры самай нізкай апрацоўцы фіпранілам, і паколькі выяўленая канцэнтрацыя ніжэйшая, чым эфектыўная канцэнтрацыя пры самай высокай апрацоўцы, робіцца выснова, што гэтыя нямэтавыя злучэнні аказваюць мінімальны ўплыў на аналіз.
У эксперыментах са сродкамі масавай інфармацыі бентосныя макрабеспазваночныя былі адчувальныя да фіпранілу, дэсульфінілу, сульфону і сульфіду [Табліца S1;арыгінальныя даныя аб колькасці прадстаўлены ў суправаджальнай версіі даных (35)].Фіпраніламід прызначаны толькі для мух Rhithrogena sp.Таксічны (смяротны), яго EC50 складае 2,05 мкг/л [±10,8(SE)].Былі створаны крывыя доза-рэакцыя 15 унікальных таксонаў.Гэтыя таксоны паказалі смяротнасць у межах праверанага дыяпазону канцэнтрацый (табліца S1), а таксама мэтавыя кластарныя таксоны (напрыклад, мухі) (малюнак S3) і багатыя таксоны (малюнак 1). Была створана крывая доза-адказ.Канцэнтрацыя (EC50) фіпранілу, дэсульфінілу, сульфону і сульфіду на унікальных таксонах найбольш адчувальных таксонаў вагаецца ад 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 і 0,005-0,043 мкг/л адпаведна.Rhithrogena sp.І Sweltsa sp.;Малюнак S4) ніжэй, чым таксоны з большай талерантнасцю (такія як Micropsectra / Tanytarsus і Lepidostoma sp.) (табліца S1).Згодна з сярэднім EC50 кожнага злучэння ў табліцы S1, сульфоны і сульфіды з'яўляюцца найбольш эфектыўнымі злучэннямі, у той час як бесхрыбтовыя, як правіла, найменш адчувальныя да дэсульфінілу (за выключэннем амідаў).Паказчыкі агульнага экалагічнага статусу, такія як багацце таксонаў, агульная колькасць, агульная колькасць пентаплоідаў і агульная колькасць каменных мух, уключаючы таксоны і колькасць некаторых таксонаў, яны вельмі рэдкія ў меза і не могуць быць разлічаны. Намалюйце асобную крывую доза-адказ.Такім чынам, гэтыя экалагічныя паказчыкі ўключаюць адказы таксонаў, не ўключаныя ў SSD.
Багацце таксонаў (лічынка) з трохузроўневай лагістычнай функцыяй (A) фіпранілу, (B) дэсульфінілу, (C) сульфону і (D) канцэнтрацыі сульфіду.Кожная кропка дадзеных уяўляе сабой лічынак з аднаго патоку ў канцы 30-дзённага мезаэксперыменту.Багацце таксонаў - гэта колькасць унікальных таксонаў у кожным патоку.Значэнне канцэнтрацыі - гэта ўзважанае па часе сярэдняе значэнне назіранай канцэнтрацыі кожнага патоку, вымеранае ў канцы 30-дзённага эксперыменту.Фипрониламид (не паказаны) не мае ніякай сувязі з багатымі таксонамі.Калі ласка, звярніце ўвагу, што вось X знаходзіцца ў лагарыфмічнай шкале.EC20 і EC50 з SE прыведзены ў табліцы S1.
Пры самай высокай канцэнтрацыі з усіх пяці фіпранілавых злучэнняў хуткасць з'яўлення Uetridae знізілася.Было заўважана, што працэнт прарастання (EC50) сульфіду, сульфону, фіпранілу, аміду і дэсульфінілу знізіўся на 50% пры канцэнтрацыях 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 і 0,97 мкг/л адпаведна (малюнак 2 і малюнак S5).У большасці 30-дзённых эксперыментаў усе апрацоўкі фіпранілам, дэсульфінілам, сульфонам і сульфідам былі адкладзены, за выключэннем некаторых апрацовак з нізкай канцэнтрацыяй (малюнак 2), і іх з'яўленне было інгібіравана.Пры апрацоўцы амідам колькасць назапашаных сцёкавых вод на працягу ўсяго эксперыменту было вышэй, чым у кантролі, з канцэнтрацыяй 0,286 мкг/літр.Самая высокая канцэнтрацыя (4,164 мкг/літр) на працягу ўсяго эксперыменту інгібіравала сцёкавую ваду, і хуткасць сцёкавай вадкасці пры прамежкавай ачыстцы была такой жа, як і ў кантрольнай групе.(малюнак 2).
Кумулятыўнае ўзнікненне - гэта сярэднясутачнае сярэдняе ўзнікненне кожнай апрацоўкі за вылікам (A) фіпранілу, (B) дэсульфінілу, (C) сульфону, (D) сульфіду і (E) аміду ў кантрольным патоку. Сярэднясутачнае сярэдняе ўзнікненне мембраны.За выключэннем кантролю (n = 6), n = 1. Значэнне канцэнтрацыі з'яўляецца сярэднеўзважаным па часе назіранай канцэнтрацыі ў кожным патоку.
Крывая доза-рэакцыя паказвае, што, акрамя таксанамічных страт, адбываюцца структурныя змены на ўзроўні супольнасці.У прыватнасці, у межах выпрабавальнага дыяпазону канцэнтрацый, багацце мая (малюнак S3) і багацце таксонаў (малюнак 1) паказалі значныя ўзаемасувязі доза-рэакцыя з фіпранілам, дэсульфінілам, сульфонам і сульфідам.Такім чынам, мы даследавалі, як гэтыя структурныя змены прыводзяць да зменаў у функцыянаванні супольнасці, тэстуючы каскад харчавання.Ўздзеянне на водных бесхрыбтовых фіпранілу, дэсульфінілу, сульфіду і сульфону аказвае непасрэдны негатыўны ўплыў на біямасу скрабка (малюнак 3).Каб кантраляваць негатыўны ўплыў фіпранілу на біямасу скрабка, скрабок таксама негатыўна ўплываў на біямасу хларафіла а (малюнак 3).Вынікам гэтых адмоўных каэфіцыентаў шляху з'яўляецца чыстае павелічэнне хларафіла а па меры павелічэння канцэнтрацыі фіпранілу і дэградантаў.Гэтыя цалкам апасродкаваныя мадэлі шляху паказваюць, што ўзмоцненая дэградацыя фіпранілу або фіпранілу прыводзіць да павелічэння долі хларафіла а (малюнак 3).Загадзя мяркуецца, што прамы эфект паміж фіпранілам або канцэнтрацыяй дэградацыі і біямасай хларафіла роўны нулю, таму што злучэнні фіпранілу з'яўляюцца пестыцыдамі і маюць нізкую прамую таксічнасць для багавіння (напрыклад, базавая канцэнтрацыя EPA для раслін без сасудаў складае 100 мкг / л фіпраніл, дысульфаксідная група, сульфон і сульфід; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), Усе вынікі (сапраўдныя мадэлі) пацвярджаюць гэта гіпотэза.
Фипронил можа істотна зніжаць біямасу (прамы эфект) выгулу (група скрабкоў - лічынкі), але не аказвае прамога ўплыву на біямасу хларафіла а.Аднак моцны ўскосны эфект фіпранілу заключаецца ў павелічэнні біямасы хларафіла а ў адказ на меншы выпас.Стрэлка паказвае стандартызаваны каэфіцыент шляху, а знак мінус (-) паказвае кірунак асацыяцыі.* Паказвае ступень важнасці.
Тры цвёрдацельныя назапашвальнікі (толькі сярэдні ўзровень, сярэдні ўзровень плюс даныя ECOTOX і сярэдні ўзровень плюс даныя ECOTOX з папраўкай на розніцу ў працягласці ўздзеяння) далі намінальна розныя значэнні HC5 (табліца S3), але вынікі былі ў дыяпазоне SE.У астатняй частцы гэтага даследавання мы засяродзімся на цвёрдацельных назапашвальніках дадзеных толькі з мезасусветам і адпаведным значэннем HC5.Для больш поўнага апісання гэтых трох ацэнак цвёрдацельных назапашвальнікаў звярніцеся да дадатковых матэрыялаў (табліцы S2-S5 і малюнкі S6 і S7).Найлепшае размеркаванне даных (самая нізкая інфармацыйная стандартная ацэнка Akaike) чатырох фіпранілавых злучэнняў (малюнак 4), якія выкарыстоўваюцца толькі ў карце мезацвёрдых цвёрдацельных назапашвальнікаў, - гэта лаг-гамбель фіпранілу і сульфону і Вейбула сульфіду і абяссерненага γ ( Табліца S3).Значэнні HC5, атрыманыя для кожнага злучэння, прадстаўлены на малюнку 4 толькі для мезасусвету, а ў табліцы S3 прыведзены значэнні HC5 з усіх трох набораў даных SSD.Значэнні HC50 фіпранілавых, сульфідных, сульфонавых і дэсульфінільных груп [22,1±8,78 НГ/л (95% ДІ, 11,4-46,2), 16,9±3,38 НГ/л (95% ДІ, 11,2-24,0), 8 80± 2,66 нг/л (95% дзі, ад 5,44 да 15,8) і 83,4±32,9 нг/л (95% дзі, ад 36,4 да 163)] Гэтыя злучэнні значна ніжэйшыя за багацце таксонаў EC50 (агульная колькасць унікальных таксонаў) (табліца S1 ; заўвагі ў табліцы дадатковых матэрыялаў прыведзены ў мікраграмах на літр).
У мезамаштабным эксперыменце пры ўздзеянні (A) фіпранілу, (B) дэзсульфінілфіпранілу, (C) фіпранілсульфону, (D) фіпранілсульфіду на працягу 30 дзён апісана відавая адчувальнасць. Гэта значэнне таксона EC50.Сіняя пункцірная лінія ўяўляе 95% дзі.Гарызантальная пункцірная лінія ўяўляе HC5.Значэнне HC5 (нг/л) кожнага злучэння наступнае: фіпраніл, 4,56 нг/л (95% дзі, ад 2,59 да 10,2);Сульфід, 3,52 НГ/л (ад 1,36 да 9,20);Сульфон, 2,86 нг/літр (ад 1,93 да 5,29);і сульфинил, 3,55 НГ/літр (ад 0,35 да 28,4).Калі ласка, звярніце ўвагу, што вось X знаходзіцца ў лагарыфмічнай шкале.
У пяці рэгіянальных даследаваннях фипронил (бацькі) быў выяўлены ў 22% з 444 палявых пунктаў адбору (табл. 1).Частата выяўлення флорфеніба, сульфону і аміду падобная (ад 18% да 22% узору), частата выяўлення сульфіду і дэсульфінілу ніжэй (ад 11% да 13%), у той час як астатнія прадукты дэградацыі вельмі высокія.Мала (1% ці менш) або ніколі не выяўлена (табліца 1)..Фіпраніл найбольш часта выяўляецца на паўднёвым усходзе (52% сайтаў) і радзей на паўночным захадзе (9% сайтаў), што падкрэслівае зменлівасць выкарыстання бензапіразолу і патэнцыйную ўразлівасць патокаў па ўсёй краіне.Дэграданты звычайна дэманструюць падобныя рэгіянальныя ўзоры, з самай высокай частатой выяўлення на паўднёвым усходзе і самай нізкай на паўночным захадзе або прыбярэжнай Каліфорніі.Вымераная канцэнтрацыя фіпранілу была самай высокай, за ёй ішоў зыходны злучэнне фіпраніл (90% працэнт 10,8 і 6,3 нг/л адпаведна) (табліца 1) (35).Найбольшая канцэнтрацыя фіпранілу (61,4 НГ/л), дысульфінілу (10,6 НГ/л) і сульфіду (8,0 НГ/л) вызначана на паўднёвым усходзе краіны (за апошнія чатыры тыдні выбаркі).Найбольшая канцэнтрацыя сульфону вызначана на захадзе.(15,7 НГ/л), амід (42,7 НГ/л), дэзсульфінілфлупірнамід (14 НГ/л) і фіпранілсульфанат (8,1 НГ/л) (35).Флорфенід сульфон быў адзіным злучэннем, якое перавышала HC5 (табліца 1).Сярэднія ΣTUFipronils паміж рознымі рэгіёнамі моцна адрозніваюцца (табліца 1).Сярэдняе па краіне ΣTUFipronils складае 0,62 (усе месцы, усе рэгіёны), і 71 сайт (16%) мае ΣTUFipronils> 1, што паказвае на тое, што ён можа быць таксічным для бентосных макрабесхрыбтовых.У чатырох з пяці даследаваных рэгіёнаў (за выключэннем Сярэдняга Захаду) існуе значная ўзаемасувязь паміж пестыцыдамі SPEAR і ΣTUFipronil, са скарэкціраваным R2 у дыяпазоне ад 0,07 уздоўж узбярэжжа Каліфорніі да 0,34 на паўднёвым усходзе (малюнак 5).
*Злучэнні, якія выкарыстоўваюцца ў мезаскапічных эксперыментах.†ΣTUFipronils, медыяна сумы адзінак таксіну [назіраная палявая канцэнтрацыя чатырох злучэнняў фіпранілу/небяспечная канцэнтрацыя кожнага злучэння з пятага працэнтыля відаў, заражаных SSD (малюнак 4)] Для штотыднёвых узораў фіпранілу апошнія 4 былі разлічаны тыдні проб пестыцыдаў, сабраных на кожным участку.‡Колькасць месцаў, дзе вымяраюцца пестыцыды.§90-ы працэнтыль заснаваны на максімальнай канцэнтрацыі, якая назіралася на месцы за апошнія 4 тыдні адбору проб пестыцыдаў.з працэнтам правераных узораў.¶ Выкарыстоўвайце 95% CI ад значэння HC5 (малюнак 4 і табліца S3, толькі меза) для разліку CI.Дехлорфлупиниб быў прааналізаваны ва ўсіх рэгіёнах і ніколі не быў знойдзены.НД, не выяўлена.
Таксічная адзінка фіпранілу - гэта вымераная канцэнтрацыя фіпранілу, падзеленая на значэнне HC5 для канкрэтнага злучэння, якое вызначаецца SSD, атрыманым у выніку эксперыменту са сродкамі масавай інфармацыі (гл. малюнак 4).Чорная лінія, абагульненая адытыўная мадэль (GAM).Чырвоная пункцірная лінія мае CI 95% для GAM.ΣTUFipronils пераўтворыцца ў log10 (ΣTUFipronils+1).
Неспрыяльнае ўздзеянне фіпранілу на немэтавыя водныя віды добра дакументавана (15, 21, 24, 25, 32, 33), але гэта першае даследаванне, у якім ён адчувальны ў кантраляваных лабараторных умовах.Супольнасці таксонаў падвяргаліся ўздзеянню злучэнняў фіпранілу, і вынікі былі экстрапаляваны ў кантынентальным маштабе.Па выніках 30-дзённага мезакасмічнага эксперыменту можна вылучыць 15 асобных груп водных насякомых (табліца S1), канцэнтрацыя якіх не паведамляецца ў літаратуры, сярод якіх водныя насякомыя ў базе дадзеных таксічнасці недастаткова прадстаўлены (53, 54).Спецыфічныя для таксонаў крывыя доза-рэакцыя (напрыклад, EC50) адлюстроўваюцца ў зменах на ўзроўні супольнасці (напрыклад, у багацці таксонаў і страце колькасці лётчыкаў) і ў функцыянальных зменах (такіх як каскады харчавання і змены вонкавага выгляду).Эфект мезаскапічнага Сусвету быў экстрапаляваны на поле.У чатырох з пяці даследчых абласцей у Злучаных Штатах вымераная на месцах канцэнтрацыя фіпранілу карэлявала з пагаршэннем воднай экасістэмы ў цякучай вадзе.
Значэнне HC5 для 95% відаў у эксперыменце са сярэдняй мембранай аказвае ахоўны эфект, што сведчыць аб тым, што агульныя супольнасці водных бесхрыбтовых больш адчувальныя да злучэнняў фіпранілу, чым меркавалася раней.Атрыманае значэнне HC5 (флорфеніб, 4,56 НГ/літр; дэсульфаксіран, 3,55 НГ/літр; сульфон, 2,86 НГ/літр; сульфід, 3,52 НГ/літр) у некалькі разоў (флорфеніб) да трох разоў перавышае парадак велічыні (дэсульфініл ) ніжэй бягучага стандарту EPA для хранічных бесхрыбтовых [фіпраніл, 11 нг/літр;десульфинил, 10310 НГ/літр;сульфон, 37 НГ/літр;і сульфід для 110 нг/літр (8)].Мезаскапічныя эксперыменты вызначылі шмат груп, якія адчувальныя да фіпранілу, а не да тых, што паказаны эталонам EPA для хранічных бесхрыбтовых (4 групы, больш адчувальныя да фіпранілу, 13 пар дэсульфінілу, 11 пар сульфону і 13 пар). Адчувальнасць да сульфіду) (малюнак 4 і стол) S1).Гэта паказвае, што арыенціры не могуць абараніць некалькі відаў, якія таксама назіраюцца ў сярэднім свеце, якія таксама шырока распаўсюджаны ў водных экасістэмах.Розніца паміж нашымі вынікамі і бягучым тэстам у асноўным звязана з адсутнасцю дадзеных тэстаў на таксічнасць фіпранілу, якія прымяняюцца да шэрагу таксонаў водных насякомых, асабліва калі час уздзеяння перавышае 4 дні і фіпраніл пагаршаецца.Падчас 30-дзённага мезакасмічнага эксперыменту большасць насякомых у супольнасці бесхрыбтовых былі больш адчувальныя да фіпранілу, чым звычайны тэставы арганізм ацтэкаў (ракападобныя), нават пасля карэкціроўкі ацтэкаў. EC50 Тэйке робіць яго такім жа пасля вострай трансфармацыі.(Звычайна 96 гадзін) да часу хранічнага ўздзеяння (малюнак S7).Быў дасягнуты лепшы кансенсус паміж эксперыментам з сярэдняй мембранай і даследаваннем, пра якое паведамлялася ў ECOTOX, з выкарыстаннем стандартнага тэставага арганізма Chironomus dilutus (казурка).Нядзіўна, што водныя казуркі асабліва адчувальныя да пестыцыдаў.Без карэкціроўкі часу экспазіцыі мезамаштабны эксперымент і ўсебаковыя даныя базы дадзеных ECOTOX паказалі, што многія таксоны былі больш адчувальнымі да злучэнняў фіпранілу, чым да разведзеных Clostridium (малюнак S6).Аднак, рэгулюючы час уздзеяння, Dilution Clostridium з'яўляецца найбольш адчувальным арганізмам да фіпранілу (бацька) і сульфіду, хоць ён не адчувальны да сульфону (малюнак S7).Гэтыя вынікі ілюструюць важнасць уключэння некалькіх тыпаў водных арганізмаў (у тым ліку некалькіх насякомых) для атрымання рэальных канцэнтрацый пестыцыдаў, якія могуць абараніць водныя арганізмы.
Метад SSD можа абараніць рэдкія або малаадчувальныя таксоны, EC50 якіх немагчыма вызначыць, напрыклад Cinygmula sp., Isoperla fulva і Brachycentrus americanus.Значэнні EC50 колькасці таксонаў і багацця лётчыкаў, якія адлюстроўваюць змены ў складзе супольнасці, адпавядаюць значэнням HC50 SSD фіпранілу, сульфону і сульфіду.Пратакол падтрымлівае наступную ідэю: метад SSD, які выкарыстоўваецца для вывядзення парогавых значэнняў, можа абараніць усю суполку, уключаючы рэдкія або неадчувальныя таксоны ў суполцы.Парог водных арганізмаў, вызначаны з SSD на аснове толькі некалькіх таксонаў або неадчувальных таксонаў, можа быць вельмі недастатковым для абароны водных экасістэм.Гэта тычыцца дэсульфінілу (малюнак S6B).З-за адсутнасці дадзеных у базе дадзеных ECOTOX базавая канцэнтрацыя EPA для хранічных бесхрыбтовых складае 10310 нг/л, што на чатыры парадкі вышэй, чым 3,55 нг/л HC5.Вынікі розных набораў адказаў таксонаў, атрыманых у мезаскапічных эксперыментах.Адсутнасць даных аб таксічнасці асабліва праблематычна для раскладаемых злучэнняў (малюнак S6), што можа растлумачыць, чаму існуючыя водныя біялагічныя эталоны для сульфону і сульфіду прыблізна ў 15-30 разоў менш адчувальныя, чым значэнне HC5 SSD, заснаванае на China Universe.Перавага метаду сярэдняй мембраны заключаецца ў тым, што некалькі значэнняў EC50 могуць быць вызначаны ў адным эксперыменце, чаго дастаткова для фарміравання поўнага цвёрдацельнага назапашвальніка (напрыклад, дэсульфінілу; малюнак 4B і малюнкі S6B і S7B) і аказваюць значны ўплыў аб прыродных таксонах запаведнай экасістэмы Шмат водгукаў.
Мезаскапічныя эксперыменты паказваюць, што фіпраніл і прадукты яго дэградацыі могуць аказваць відавочны сублетальны і ўскосны негатыўны ўплыў на функцыю супольнасці.У мезаскапічным эксперыменце ўсе пяць фіпранілавых злучэнняў, як аказалася, уплываюць на з'яўленне насякомых.Вынікі параўнання паміж самымі высокімі і самымі нізкімі канцэнтрацыямі (тармажэнне і стымуляцыя індывідуальнага ўзнікнення або змены часу ўзнікнення) адпавядаюць з раней апублікаванымі вынікамі мезоэксперыментаў з выкарыстаннем інсектыцыду бифентрина (29).З'яўленне дарослых асобін выконвае важныя экалагічныя функцыі і можа быць зменена такімі забруджвальнікамі, як фіпраніл (55, 56).Адначасовае з'яўленне мае вырашальнае значэнне не толькі для размнажэння насякомых і захавання папуляцыі, але і для забеспячэння спелых насякомых, якія могуць быць выкарыстаны ў якасці ежы для водных і наземных жывёл (56).Прадухіленне з'яўлення ўсходаў можа негатыўна паўплываць на харчовы абмен паміж воднымі экасістэмамі і прыбярэжнымі экасістэмамі і распаўсюдзіць ўздзеянне водных забруджвальных рэчываў на наземныя экасістэмы (55, 56).Зніжэнне колькасці скрабкоў (насякомых, якія сілкуюцца водарасцямі), якое назіралася ў мезамаштабным эксперыменце, прывяло да памяншэння спажывання водарасцяў, што прывяло да павелічэння хларафіла а (малюнак 3).Гэты трафічны каскад змяняе патокі вугляроду і азоту ў вадкай харчовай сетцы, падобна даследаванню, якое ацэньвала ўздзеянне пиретроида бифентрина на бентосные супольнасці (29).Такім чынам, фенілпіразолы, такія як фіпраніл і прадукты яго дэградацыі, пірэтроіды і, магчыма, іншыя віды інсектыцыдаў, могуць ускосна спрыяць павелічэнню біямасы багавіння і турбацыі вугляроду і азоту ў невялікіх патоках.Іншыя наступствы могуць распаўсюджвацца на разбурэнне цыклаў вугляроду і азоту паміж воднымі і наземнымі экасістэмамі.
Інфармацыя, атрыманая ў выніку выпрабаванняў сярэдняй мембраны, дазволіла нам ацаніць экалагічную значнасць канцэнтрацый фіпранілу, вымераных падчас буйнамаштабных палявых даследаванняў, праведзеных у пяці рэгіёнах ЗША.У 444 невялікіх патоках 17% сярэдняй канцэнтрацыі аднаго або некалькіх злучэнняў фіпранілу (у сярэднім за 4 тыдні) перавышалі значэнне HC5, атрыманае пры тэставанні асяроддзя.Выкарыстоўвайце SSD з мезамаштабнага эксперыменту, каб пераўтварыць вымераную канцэнтрацыю злучэння фіпранілу ў індэкс, звязаны з таксічнасцю, гэта значыць у суму адзінак таксічнасці (ΣTUFipronils).Значэнне 1 паказвае на таксічнасць або кумулятыўнае ўздзеянне злучэння фіпранілу перавышае вядомую абарону відаў на 95%.Значная ўзаемасувязь паміж ΣTUFipronil у чатырох з пяці рэгіёнаў і індыкатарам SPEARpesticides здароўя бесхрыбтовых супольнасці паказвае, што фіпраніл можа негатыўна ўплываць на бентосныя бесхрыбтовых супольнасці ў рэках у некалькіх рэгіёнах Злучаных Штатаў.Гэтыя вынікі пацвярджаюць гіпотэзу Wolfram et al.(3) Рызыка фенпіразолавых інсектыцыдаў для паверхневых вод у Злучаных Штатах да канца не вывучана, таму што ўздзеянне на водных насякомых адбываецца ніжэй за цяперашні нарматыўны парог.
Большасць патокаў з утрыманнем фіпранілу вышэй таксічнага ўзроўню знаходзяцца ў адносна урбанізаваным паўднёва-ўсходнім рэгіёне (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Папярэдняя ацэнка тэрыторыі не толькі прыйшла да высновы, што фіпраніл з'яўляецца галоўным стрэсавым фактарам, які ўплывае на структуру супольнасці бесхрыбтовых у ручаі, але і што нізкі ўзровень растворанага кіслароду, павелічэнне пажыўных рэчываў, змены плыні, дэградацыя асяроддзя пражывання і іншыя пестыцыды, і катэгорыя забруджвальных рэчываў з'яўляецца важнай крыніца стрэсу (57).Гэтая сумесь фактараў стрэсу адпавядае «сіндрому гарадской ракі», які з'яўляецца дэградацыяй рачных экасістэм, што звычайна назіраецца ў сувязі з выкарыстаннем гарадской зямлі (58, 59).Знакі гарадскога землекарыстання ў паўднёва-ўсходнім рэгіёне растуць і, як чакаецца, будуць павялічвацца па меры росту насельніцтва рэгіёна.Чакаецца, што ўплыў будучай гарадской забудовы і пестыцыдаў на гарадскі сцёк павялічыцца (4).Калі урбанізацыя і выкарыстанне фіпранілу працягнуць расці, выкарыстанне гэтага пестыцыду ў гарадах можа ўсё больш паўплываць на насельніцтва ручаёў.Нягледзячы на ​​​​тое, што мета-аналіз робіць выснову, што выкарыстанне сельскагаспадарчых пестыцыдаў пагражае экасістэмам глабальных патокаў (2, 60), мы мяркуем, што гэтыя ацэнкі недаацэньваюць агульны глабальны ўплыў пестыцыдаў, выключаючы выкарыстанне ў гарадах.
Розныя фактары стрэсу, у тым ліку пестыцыды, могуць уплываць на суполкі макрабесхрыбтовых у развітых водападзелах (гарадское, сельскагаспадарчае і змешанае землекарыстанне) і могуць быць звязаны з землекарыстаннем (58, 59, 61).Хоць у гэтым даследаванні выкарыстоўваўся індыкатар пестыцыдаў SPEAR і характэрныя для водных арганізмаў характарыстыкі таксічнасці фіпранілу, каб мінімізаваць уплыў змешваючых фактараў, на прадукцыйнасць індыкатара пестыцыдаў SPEAR можа паўплываць дэградацыя асяроддзя пражывання, і фіпраніл можна параўнаць з іншымі пестыцыдамі (4, 17, 51, 57).Аднак мадэль множнага стрэсу, распрацаваная з выкарыстаннем палявых вымярэнняў з першых двух рэгіянальных даследаванняў (Сярэдняга Захаду і Паўднёва-Усходняга рэгіёну), паказала, што пестыцыды з'яўляюцца важным фактарам стрэсу ў верхняй плыні для ўмоў супольнасці макрабесхрыбтовых у балотных рэках.У гэтых мадэлях важныя тлумачальныя зменныя ўключаюць пестыцыды (асабліва біфентрын), пажыўныя рэчывы і характарыстыкі асяроддзя пражывання ў большасці сельскагаспадарчых патокаў на Сярэднім Захадзе і пестыцыды (асабліва фіпраніл) у большасці гарадоў на паўднёвым усходзе.Змены кіслароду, пажыўных рэчываў і патоку (61, 62).Такім чынам, нягледзячы на ​​тое, што рэгіянальныя даследаванні спрабуюць разгледзець уплыў стрэсавых фактараў, не звязаных з пестыцыдамі, на паказчыкі рэакцыі і скарэктаваць прагнастычныя паказчыкі для апісання ўздзеяння фіпранілу, палявыя вынікі гэтага апытання пацвярджаюць пункт гледжання фіпранілу.) Варта лічыць адной з найбольш уплывовых крыніц ціску ў амерыканскіх рэках, асабліва на паўднёвым усходзе ЗША.
Выпадкі дэградацыі пестыцыдаў у навакольным асяроддзі рэдка дакументуюцца, але пагроза для водных арганізмаў можа быць больш шкоднай, чым для бацькоўскага цела.У выпадку фіпранілу палявыя даследаванні і мезамаштабныя эксперыменты паказалі, што прадукты дэградацыі сустракаюцца гэтак жа часта, як і зыходнае цела ў узятых пробах, і маюць такую ​​ж або больш высокую таксічнасць (табліца 1).У эксперыменце з сярэдняй мембранай фторбензонитрилсульфон быў найбольш таксічным з даследаваных прадуктаў раскладання пестыцыдаў, і ён быў больш таксічным, чым зыходнае злучэнне, а таксама выяўляўся з частатой, аналагічнай частоты зыходнага злучэння.Калі вымяраюцца толькі зыходныя пестыцыды, магчымыя падзеі таксічнасці могуць быць не заўважаныя, а адносная адсутнасць інфармацыі аб таксічнасці падчас дэградацыі пестыцыдаў азначае, што іх узнікненне і наступствы можна ігнараваць.Напрыклад, з-за недахопу інфармацыі аб таксічнасці прадуктаў дэградацыі была праведзена комплексная ацэнка пестыцыдаў у швейцарскіх патоках, у тым ліку 134 прадуктаў дэградацыі пестыцыдаў, і толькі зыходнае злучэнне разглядалася як зыходнае злучэнне ў ацэнцы экатаксікалагічнай рызыкі.
Вынікі гэтай ацэнкі экалагічнай рызыкі паказваюць, што злучэнні фіпранілу аказваюць негатыўны ўплыў на здароўе ракі, таму можна зрабіць разумную выснову, што негатыўныя наступствы могуць назірацца ўсюды, дзе злучэнні фіпранілу перавышаюць узровень HC5.Вынікі мезаскапічных эксперыментаў не залежаць ад месцазнаходжання, паказваючы, што канцэнтрацыя фіпранілу і прадуктаў яго дэградацыі ў многіх таксонах ручая значна ніжэйшая, чым зафіксавана раней.Мы лічым, што гэта адкрыццё, верагодна, будзе распаўсюджана на пратабіёты ў некранутых ручаях дзе заўгодна.Вынікі мезамаштабнага эксперыменту былі прыменены да буйнамаштабных палявых даследаванняў (444 невялікія ручаі, якія складаюцца з гарадскіх, сельскагаспадарчых і змешаных зямель у пяці асноўных рэгіёнах Злучаных Штатаў), і было ўстаноўлена, што канцэнтрацыя многіх патокаў Чакаецца, што там, дзе быў выяўлены фіпраніл, атрыманая таксічнасць сведчыць аб тым, што гэтыя вынікі могуць распаўсюджвацца і на іншыя краіны, дзе выкарыстоўваецца фіпраніл.Паводле паведамленняў, колькасць людзей, якія ўжываюць фипронил, расце ў Японіі, Вялікабрытаніі і ЗША (7).Фіпраніл прысутнічае амаль на ўсіх кантынентах, уключаючы Аўстралію, Паўднёвую Амерыку і Афрыку (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Прадстаўленыя тут вынікі меза-полевых даследаванняў паказваюць, што выкарыстанне фіпранілу можа мець экалагічнае значэнне ў глабальным маштабе.
Для атрымання дадатковых матэрыялаў да гэтага артыкула, калі ласка, гл.
Гэта артыкул з адкрытым доступам, які распаўсюджваецца на ўмовах ліцэнзіі Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, якая дазваляе выкарыстоўваць, распаўсюджваць і прайграваць на любых носьбітах пры ўмове, што канчатковае выкарыстанне не з'яўляецца камерцыйнай выгадай і перадумовай з'яўляецца тое, што арыгінальная праца правільная.Даведка.
Заўвага: мы просім вас пазначыць свой адрас электроннай пошты толькі для таго, каб чалавек, якога вы рэкамендуеце на старонку, ведаў, што вы хочаце, каб ён убачыў электронны ліст і што гэта не спам.Мы не будзем захопліваць адрасы электроннай пошты.
Гэтае пытанне выкарыстоўваецца, каб праверыць, ці з'яўляецеся вы наведвальнікам, і прадухіліць аўтаматычную рассылку спаму.
Джанет Л. Мілер, Трэвіс С. Шміт, Пітэр К. Ван Метр, Барбара Малер (Барбара Дж. Малер, Марк У. Сандстром, Ліза Х. Ноўэл, Дарэн М. Карлайл, Патрык У. Моран
Даследаванні паказалі, што звычайныя пестыцыды, якія часта выяўляюцца ў амерыканскіх патоках, больш таксічныя, чым лічылася раней.
Джанет Л. Мілер, Трэвіс С. Шміт, Пітэр К. Ван Метр, Барбара Малер (Барбара Дж. Малер, Марк У. Сандстром, Ліза Х. Ноўэл, Дарэн М. Карлайл, Патрык У. Моран
Даследаванні паказалі, што звычайныя пестыцыды, якія часта выяўляюцца ў амерыканскіх патоках, больш таксічныя, чым лічылася раней.
©2021 Амерыканская асацыяцыя садзейнічання развіццю навукі.Усе правы ахоўваюцца.AAAS з'яўляецца партнёрам HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef і COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.