Ang mga pestisidyo sa mga sapa nahimong usa ka global nga kabalaka, apan adunay gamay nga kasayuran sa luwas nga konsentrasyon sa mga ekosistema sa tubig.Sa 30 ka adlaw nga mesocosmic nga eksperimento, ang lumad nga benthic aquatic invertebrates na-expose sa komon nga insecticide fipronil ug upat ka klase sa degradation nga mga produkto.Ang fipronil compound hinungdan sa mga pagbag-o sa pagtunga ug trophic cascade.Ang epektibo nga konsentrasyon (EC50) diin ang fipronil ug ang mga sulfide, sulfone ug desulfinyl nga mga produkto sa pagkadaot nga hinungdan sa usa ka 50% nga tubag nahimo.Ang taxane dili sensitibo sa fipronil.Ang peligro nga konsentrasyon sa 5% sa mga apektadong espisye gikan sa 15 nga mesocosmic EC50 nga mga kantidad gigamit aron mabag-o ang compound nga konsentrasyon sa fipronil sa sample sa kapatagan sa kantidad sa makahilo nga mga yunit (∑TUFipronils).Sa 16% sa mga sapa nga gikuha gikan sa lima ka rehiyonal nga pagtuon, ang kasagaran nga ∑TUFipronil milapas sa 1 (nagpaila sa toxicity).Ang invertebrate indicators sa mga espisye nga nameligro negatibo nga may kalabutan sa TUTUipronil sa upat sa lima ka sampling nga lugar.Kini nga ecological risk assessment nagpakita nga ang ubos nga konsentrasyon sa fipronil compounds makapakunhod sa mga komunidad sa sapa sa daghang bahin sa Estados Unidos.
Bisan kung ang paghimo sa mga sintetikong kemikal miuswag pag-ayo sa bag-ohay nga mga dekada, ang epekto niini nga mga kemikal sa dili target nga ekosistema wala pa hingpit nga nasabtan (1).Sa ibabaw nga tubig diin ang 90% sa tibuok kalibutan nga umahan nawala, walay datos sa mga pestisidyo sa agrikultura, apan kung adunay mga datos, ang panahon alang sa pestisidyo nga molapas sa regulatory threshold mao ang katunga (2).Ang usa ka meta-analysis sa mga pestisidyo sa agrikultura sa ibabaw nga tubig sa Estados Unidos nakit-an nga sa 70% sa mga lokasyon sa sampol, labing menos usa ka pestisidyo ang milapas sa sukaranan sa regulasyon (3).Bisan pa, kini nga mga meta-analysis (2, 3) nagpunting lamang sa tubig sa ibabaw nga naapektuhan sa paggamit sa yuta sa agrikultura, ug usa ka katingbanan sa mga discrete nga pagtuon.Ang mga pestisidyo, ilabina ang mga insecticides, anaa usab sa taas nga konsentrasyon sa drainage sa talan-awon sa kasyudaran (4).Talagsa ra ang paghimo og komprehensibo nga pagsusi sa mga pestisidyo sa tubig sa ibabaw nga gipagawas gikan sa agrikultura ug mga talan-awon sa kasyudaran;busa, wala mahibal-an kung ang mga pestisidyo naghatag usa ka dako nga hulga sa mga kahinguhaan sa tubig sa ibabaw ug sa ilang ekolohikal nga integridad.
Ang Benzopyrazoles ug neonicotinoids nag-asoy sa usa ka ikatulo nga bahin sa merkado sa pestisidyo sa kalibutan kaniadtong 2010 (5).Sa ibabaw nga tubig sa Estados Unidos, ang fipronil ug ang mga degradasyon nga mga produkto niini (phenylpyrazoles) mao ang labing komon nga mga compound sa pestisidyo, ug ang mga konsentrasyon niini kasagarang molapas sa mga sumbanan sa tubig (6-8).Bisan tuod ang mga neonicotinoid nakadani sa pagtagad tungod sa ilang mga epekto sa mga putyokan ug mga langgam ug sa ilang pagkaylap (9), ang fipronil mas makahilo sa mga isda ug mga langgam (10), samtang ang ubang mga compound sa phenylpyrazoles Class adunay herbicidal effects (5).Ang Fipronil usa ka systemic insecticide nga gigamit sa pagpugong sa mga peste sa kasyudaran ug agrikultural nga palibot.Sukad nga ang fipronil misulod sa merkado sa kalibutan niadtong 1993, ang paggamit sa fipronil sa Estados Unidos, Japan ug United Kingdom miuswag pag-ayo (5).Sa Estados Unidos, ang fipronil gigamit sa pagkontrolar sa mga hulmigas ug anay, ug gigamit sa mga pananom lakip na ang mais (lakip ang pagtambal sa binhi), patatas ug mga prutasan (11, 12).Ang paggamit sa pang-agrikultura sa fipronil sa Estados Unidos mitaas sa 2002 (13).Bisan tuod walay nasyonal nga datos sa paggamit sa kasyudaran ang anaa, ang paggamit sa kasyudaran sa California mitaas niadtong 2006 ug 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, na-access niadtong Disyembre 2, 2019).Bisan kung ang taas nga konsentrasyon sa fipronil (6.41μg / L) makit-an sa mga sapa sa pipila nga mga lugar sa agrikultura nga adunay taas nga rate sa aplikasyon (14), kung itandi sa mga sapa sa agrikultura, ang mga sapa sa kasyudaran sa Estados Unidos sa kasagaran adunay daghang pagkakita ug mas taas nga taas nga konsentrasyon, positibo alang sa Ang panghitabo sa mga bagyo nalangkit sa pagsulay (6, 7, 14-17).
Ang Fipronil mosulod sa aquatic ecosystem sa runoff o leaches gikan sa yuta ngadto sa sapa (7, 14, 18).Ang Fipronil adunay ubos nga volatility (ang balaod ni Henry kanunay nga 2.31 × 10-4 Pa m3 mol-1), ubos ngadto sa kasarangan nga pagkatunaw sa tubig (3.78 mg/l sa 20°C), ug kasarangang hydrophobicity (log Kow mao ang 3.9 ngadto sa 4.1)), ang gamay ra kaayo ang paglihok sa yuta (ang log Koc 2.6 hangtod 3.1) (12, 19), ug nagpakita kini nga ubos hangtod sa kasarangan nga pagpadayon sa palibot (20).Ang Finazepril gipaubos pinaagi sa photolysis, oxidation, pH-dependent hydrolysis ug reduction, nga nahimong upat ka mga nag-unang degradation nga mga produkto: dessulfoxyphenapril (ni sulfoxide), phenaprenip sulfone (sulfone), Filofenamide (amide) ug filofenib sulfide (sulfide).Ang mga produkto sa pagkadaot sa Fipronil lagmit nga mas lig-on ug lig-on kaysa sa compound sa ginikanan (21, 22).
Ang pagkahilo sa fipronil ug ang pagkadaot niini ngadto sa dili target nga mga espisye (sama sa aquatic invertebrates) maayo nga nadokumento (14, 15).Ang Fipronil usa ka neurotoxic compound nga makabalda sa agianan sa chloride ion pinaagi sa chloride channel nga gi-regulate sa gamma-aminobutyric acid sa mga insekto, nga miresulta sa igo nga konsentrasyon nga hinungdan sa sobra nga kahinam ug kamatayon (20).Ang Fipronil kay pili nga makahilo, mao nga kini adunay mas dako nga receptor binding affinity alang sa mga insekto kay sa mammals (23).Ang insecticidal nga kalihokan sa fipronil degradation nga mga produkto lahi.Ang toxicity sa sulfone ug sulfide sa freshwater invertebrates parehas o mas taas kaysa sa compound sa ginikanan.Ang desulfinyl adunay kasarangan nga pagkahilo apan dili kaayo makahilo kaysa sa compound sa ginikanan.Medyo dili makahilo (23, 24).Ang susceptibility sa aquatic invertebrates ngadto sa fipronil ug fipronil degradation magkalahi kaayo sulod ug tali sa taxa (15), ug sa pipila ka mga kaso milapas pa sa usa ka han-ay sa magnitude (25).Sa katapusan, adunay ebidensya nga ang phenylpyrazoles mas makahilo sa ekosistema kaysa sa gihunahuna kaniadto (3).
Ang mga aquatic biological benchmarks base sa laboratory toxicity testing mahimong momenos sa risgo sa mga populasyon sa uma (26-28).Ang mga sukdanan sa tubig kasagarang maestablisar pinaagi sa usa ka espisye nga laboratory toxicity testing gamit ang usa o daghang aquatic invertebrate species (pananglitan, Diptera: Chironomidae: Chironomus ug Crustacea: Daphnia magna ug Hyalella azteca).Kini nga mga organismo sa pagsulay kasagaran mas sayon ​​nga kultibahon kay sa ubang mga benthic macroinvertebrates (pananglitan, phe genus::), ug sa pipila ka mga kaso dili kaayo sensitibo sa mga hugaw.Pananglitan, ang D. Magna dili kaayo sensitibo sa daghang mga metal kay sa pipila ka mga insekto, samtang ang A. zteca dili kaayo sensitibo sa pyrethroid insecticide bifenthrin kay sa pagkasensitibo niini sa mga ulod (29, 30).Ang laing limitasyon sa kasamtangan nga mga benchmark mao ang mga endpoint nga gigamit sa mga kalkulasyon.Ang mga talamak nga benchmark gibase sa mortalidad (o gitakda alang sa mga crustacean), samtang ang mga talamak nga benchmark kasagaran gibase sa sublethal nga mga endpoint (sama sa pagtubo ug pagpanganak) (kung naa man).Bisan pa, adunay kaylap nga sublethal nga mga epekto, sama sa pagtubo, pagtumaw, paralysis, ug paglangan sa pag-uswag, nga mahimong makaapekto sa kalampusan sa taxa ug dinamika sa komunidad.Ingon usa ka sangputanan, bisan kung ang benchmark naghatag usa ka background alang sa biolohikal nga importansya sa epekto, ang kalabotan sa ekolohiya ingon usa ka sukaranan sa pagkahilo dili sigurado.
Aron mas masabtan ang mga epekto sa fipronil compounds sa benthic aquatic ecosystems (invertebrates ug algae), ang natural nga benthic nga mga komunidad gidala ngadto sa laboratoryo ug na-expose sa concentration gradients atol sa 30-day flow Fipronil o usa sa upat ka fipronil degradation experiments.Ang tumong sa panukiduki mao ang paghimo ug espesipikong espesipiko nga 50% nga konsentrasyon sa epekto (EC50 nga bili) alang sa matag fipronil compound nga nagrepresentar sa usa ka halapad nga taxa sa usa ka komunidad sa suba, ug aron matino ang epekto sa mga pollutant sa istruktura ug gimbuhaton sa komunidad [ie, konsentrasyon sa peligro] 5 % Sa mga apektadong espisye (HC5) ug dili direkta nga mga epekto sama sa giusab nga pagtungha ug trophic dynamics].Dayon ang threshold (compound-specific HC5 value) nga nakuha gikan sa mesoscopic experiment gipadapat sa field nga nakolekta sa United States Geological Survey (USGS) gikan sa lima ka rehiyon sa United States (Northeast, Southeast, Midwest, Northwest Pacific, ug Central California. Coastal Zone) Data) isip kabahin sa USGS regional stream quality assessment (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Sa nahibal-an namon, kini ang una nga pagsusi sa peligro sa ekolohiya.Kini komprehensibo nga nag-imbestiga sa mga epekto sa fipronil compounds sa benthic nga mga organismo sa usa ka kontroladong meso-environment, ug dayon magamit kini nga mga resulta sa continental-scale field assessments.
Ang 30 ka adlaw nga mesocosmic nga eksperimento gihimo sa USGS Aquatic Laboratory (AXL) sa Fort Collins, Colorado, USA gikan sa Oktubre 18 hangtod Nobyembre 17, 2017, alang sa 1 ka adlaw nga domestication ug 30 ka adlaw nga eksperimento.Ang pamaagi gihulagway na kaniadto (29, 31) ug detalyado sa dugang nga materyal.Ang setting sa meso space adunay 36 ka circulating flow sa upat ka aktibo nga agos (circulating water tanks).Ang matag buhi nga sapa adunay himan nga usa ka cooler aron mapadayon ang temperatura sa tubig ug gilamdagan sa usa ka 16:8 nga kahayag-itom nga siklo.Ang meso-level nga dagan mao ang stainless steel, nga angay alang sa hydrophobicity sa fipronil (log Kow = 4.0) ug angay alang sa organikong mga solvent sa pagpanglimpyo (Figure S1).Ang tubig nga gigamit alang sa meso-scale nga eksperimento gikolekta gikan sa Cache La Poudre River (sa ibabaw nga tinubdan naglakip sa Rocky Mountain National Park, National Forest ug Continental Divide) ug gitipigan sa upat ka polyethylene storage tank sa AXL.Ang nangaging mga pagsusi sa mga sample sa linugdang ug tubig nga nakolekta gikan sa site wala'y nakit-an nga mga pestisidyo (29).
Ang meso-scale nga disenyo sa eksperimento naglangkob sa 30 nga pagproseso nga mga sapa ug 6 nga kontrol nga mga sapa.Ang sapa sa pagtambal nakadawat sa gitambalan nga tubig, nga ang matag usa adunay sulud nga wala’y gisubli nga kanunay nga konsentrasyon sa mga compound sa fipronil: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amide (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), grupo sa desulfurization [US Environmental Protection Agency (EPA) Pesticide Library, CAS 205650-65-3], sulfone (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) ug sulfide (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); tanan nga kaputli ≥ 97.8%. Sumala sa gipatik nga mga kantidad sa tubag (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33). Pinaagi sa pagtunaw sa fipronil compound sa methanol (Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society certification level), ug dilute uban sa deionized nga tubig ngadto sa gikinahanglan nga gidaghanon aron sa pag-andam sa usa ka concentrated stock solution. Tungod kay ang gidaghanon sa methanol sa usa ka dosis lahi, gikinahanglan nga idugang ang methanol sa tanang mga sapa sa pagtambal kung gikinahanglan. Sa tulo ka mga kontrol, aron masiguro ang parehas nga konsentrasyon sa methanol ( 0.05 ml/L) sa mga sapa.Ang tunga-tunga nga talan-awon sa laing tulo ka kontrol nga sapa nakadawat ug tubig sa suba nga walay methanol, kon dili sila giisip nga sama sa tanan nga mga sapa.
Sa ika-8 nga adlaw, ika-16 nga adlaw ug ika-26 nga adlaw, ang temperatura, pH value, electrical conductivity ug ang pagkadaot sa fipronil ug fipronil gisukod sa flow membrane.Aron masubay ang pagkadaot sa parent compound fipronil atol sa media test, ang fipronil (mga ginikanan) gigamit sa pagtambal sa fluid intestinal mucosa sulod sa laing tulo ka adlaw [mga adlaw 5, 12 ug 21 (n = 6)] alang sa temperatura, pH , Conductivity, fipronil ug fipronil degradation sampling.Ang mga sample sa pag-analisa sa pestisidyo gikolekta pinaagi sa pagsala sa 10 ml nga nagaagay nga tubig ngadto sa usa ka 20 ml nga amber glass vial pinaagi sa Whatman 0.7-μm GF/F syringe filter nga nasangkapan og dako nga diametro nga dagom.Ang mga sample gi-freeze dayon ug gipadala sa USGS National Water Quality Laboratory (NWQL) sa Lakewood, Colorado, USA para sa pagtuki.Gamit ang usa ka gipaayo nga pamaagi sa kaniadto nga gipatik nga pamaagi, ang Fipronil ug 4 nga mga produkto sa pagkadaot sa mga sample sa tubig gitino pinaagi sa direkta nga tubig nga injection (DAI) nga likido nga chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS / MS; Agilent 6495).Ang lebel sa pagtuki sa instrumento (IDL) gibanabana nga mao ang minimum nga sukaranan sa pagkakalibrate nga nagtagbo sa sukaranan sa pagkilala sa kwalitatibo;ang IDL sa fipronil mao ang 0.005 μg/L, ug ang IDL sa laing upat ka fipronil mao ang 0.001 μg/L.Ang supplementary material naghatag ug kompletong deskripsyon sa mga pamaagi nga gigamit sa pagsukod sa fipronil compounds, lakip na ang quality control ug assurance procedures (pananglitan, sample recovery, spikes, third party inspection, ug blanks).
Sa pagtapos sa 30 ka adlaw nga eksperimento sa Mesocosmic, ang pag-ihap ug pag-ila sa mga hamtong ug ulod nga invertebrates nahuman (ang nag-unang punto sa pagkolekta sa datos).Ang mga emerging adults kolektahon gikan sa net kada adlaw ug frozen sa usa ka limpyo nga 15 ml Falcon centrifuge tube.Sa pagtapos sa eksperimento (adlaw 30), ang mga sulod sa lamad sa matag sapa gikuniskunis aron makuha ang bisan unsang invertebrates, ug sieved (250 μm) ug gitipigan sa 80% nga ethanol.Ang Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) nakakompleto sa taxonomic identification sa larvae ug adult invertebrates ngadto sa pinakaubos nga taxonomic level nga posible, kasagaran mga species.Sa mga adlaw nga 9, 19 ug 29, ang chlorophyll a gisukod sa triplicate sa mesoscopic membrane sa matag sapa.Ang tanan nga kemikal ug biolohikal nga datos isip bahin sa mesoscopic nga eksperimento gihatag sa kauban nga pagpagawas sa datos (35).
Ang mga ekolohikal nga surbey gihimo sa gagmay (wading) nga mga sapa sa lima ka dagkong mga lugar sa Estados Unidos, ug ang mga pestisidyo gimonitor sa miaging panahon sa indeks.Sa laktod, base sa paggamit sa yuta sa agrikultura ug kasyudaran (36-40), 77 ngadto sa 100 ka lokasyon ang gipili sa matag rehiyon (444 ka lokasyon ang kinatibuk-an).Atol sa tingpamulak ug ting-init sa usa ka tuig (2013-2017), ang mga sample sa tubig gikolekta kausa sa usa ka semana sa matag rehiyon sulod sa 4 hangtod 12 ka semana.Ang piho nga oras nagdepende sa rehiyon ug intensity sa pag-uswag.Apan, ang 11 ka mga estasyon sa amihanan-sidlakang rehiyon hapit sa tubig-saluran.Walay kalamboan, gawas nga usa lamang ka sample ang nakolekta.Tungod kay ang mga panahon sa pag-monitor alang sa mga pestisidyo sa mga pagtuon sa rehiyon managlahi, alang sa pagtandi, ang katapusan nga upat nga mga sample nga nakolekta sa matag lugar ang gikonsiderar dinhi.Gituohan nga ang usa ka sample nga nakolekta sa wala pa maugmad nga Northeast site (n = 11) mahimong magrepresentar sa 4 ka semana nga sampling period.Kini nga pamaagi nagdala sa parehas nga gidaghanon sa mga obserbasyon sa mga pestisidyo (gawas sa 11 ka lokasyon sa Northeast) ug parehas nga gidugayon sa obserbasyon;gituohan nga ang 4 ka semana igo na ang gitas-on alang sa dugay nga pagkaladlad sa biota, apan mubo nga igo nga ang ekolohikal nga komunidad dili kinahanglan nga maulian gikan niini nga mga kontak.
Sa kaso sa igo nga pag-agos, ang sample sa tubig gikolekta pinaagi sa kanunay nga tulin ug kanunay nga pag-uswag sa gilapdon (41).Kung ang dagan dili igo aron magamit kini nga pamaagi, mahimo nimong kolektahon ang mga sample pinaagi sa lawom nga paghiusa sa mga sample o pag-ilog gikan sa sentro sa grabidad sa agos.Gamit ug large-bore syringe ug disc filter (0.7μm) para mangolekta ug 10 ml nga sinala nga sample (42).Pinaagi sa DAI LC-MS/MS/MS/MS, ang mga sampol sa tubig gisusi sa NWQL alang sa 225 ka pestisidyo ug mga produkto sa pagkadaot sa pestisidyo, lakip ang fipronil ug 7 ka degradasyon nga mga produkto (dessulfinyl fipronil, fipronil) Sulfides, fipronil sulfone, deschlorofipronil, desthiol fipronil, amide fipronil ug fipronil).).Ang kasagaran nga minimum nga lebel sa pagtaho alang sa mga pagtuon sa uma mao ang: fipronil, desmethylthio fluorobenzonitrile, fipronil sulfide, fipronil sulfone, ug deschlorofipronil 0.004 μg/L;dessulfinyl fluorfenamide ug Ang konsentrasyon sa fipronil amide mao ang 0.009 μg/litro;ang konsentrasyon sa fipronil sulfonate mao ang 0.096 μg / litro.
Ang invertebrate nga mga komunidad gisampol sa katapusan sa matag pagtuon sa lugar (spring/summer), kasagaran sa samang higayon sa kataposang pestisidyo sampling nga panghitabo.Human sa panahon sa pagtubo ug sa bug-at nga paggamit sa mga pestisidyo, ang sampling nga panahon kinahanglan nga nahiuyon sa ubos nga mga kondisyon sa agos, ug kinahanglan nga motakdo sa panahon sa diha nga ang suba invertebrate komunidad matured ug nag-una sa larva yugto sa kinabuhi.Gamit ang Surber sampler nga adunay 500μm mesh o D-frame net, ang invertebrate community sampling nahuman sa 437 sa 444 ka mga site.Ang pamaagi sa sampling gihulagway sa detalye sa dugang nga materyal.Sa NWQL, ang tanan nga invertebrates kasagarang giila ug gilista sa lebel sa genus o espisye.Ang tanan nga kemikal ug biolohikal nga datos nga nakolekta niini nga natad ug gigamit niini nga manuskrito makita sa kauban nga pagpagawas sa datos (35).
Para sa lima ka fipronil compounds nga gigamit sa mesoscopic experiment, ang konsentrasyon sa larval invertebrates nga mius-os ug 20% ​​o 50% kay kalkulado sa kontrol (ie EC20 ug EC50).Ang datos [x = time-weighted fipronil concentration (tan-awa ang supplementary material para sa mga detalye), y = larval abundance o uban pang metrics] gihaom sa R(43) extended package gamit ang three-parameter logarithmic regression method" drc".Ang kurba mohaum sa tanang espisye (larvae) nga adunay igong kadagaya ug makatagbo sa ubang metrics sa interes (pananglitan, taxa richness, total mayfly abundance, ug total abundance) aron mas masabtan ang epekto sa komunidad.Ang Nash-Sutcliff coefficient (45) gigamit sa pagtimbang-timbang sa modelo nga angay, diin ang usa ka dili maayo nga modelo nga angay makadawat og walay katapusan nga negatibo nga mga bili, ug ang bili sa usa ka hingpit nga angay mao ang 1.
Aron masusi ang mga epekto sa fipronil compound sa pagtumaw sa mga insekto sa eksperimento, ang mga datos gisusi sa duha ka paagi.Una, pinaagi sa pagkunhod sa kasagaran nga dagway sa control flow meso gikan sa hitsura sa matag treatment flow meso, ang cumulative nga adlaw-adlaw nga panghitabo sa mga insekto gikan sa matag flow meso (ang kinatibuk-ang gidaghanon sa tanang indibidwal) na-normalize sa kontrol.Iplano kini nga mga kantidad batok sa panahon aron masabtan ang pagtipas sa fluid mediator sa pagtambal gikan sa control fluid mediator sa 30 ka adlaw nga eksperimento.Ikaduha, kuwentaha ang kinatibuk-ang porsyento nga panghitabo sa matag dagan mesophyll, nga gihubit ingon ang ratio sa kinatibuk-ang gidaghanon sa mga mesophylls sa usa ka gihatag nga dagan ngadto sa kasagaran nga gidaghanon sa mga ulod ug mga hamtong sa kontrol nga grupo, ug mao ang angay alang sa tulo-ka-parameter logarithmic regression .Ang tanan nga mga insekto sa pagtubo nga nakolekta gikan sa duha ka subfamilies sa pamilyang Chironomidae, mao nga gihimo ang usa ka hiniusa nga pagtuki.
Ang mga pagbag-o sa istruktura sa komunidad, sama sa pagkawala sa taxa, mahimong sa katapusan magdepende sa direkta ug dili direkta nga mga epekto sa makahilo nga mga butang, ug mahimong mosangpot sa mga pagbag-o sa function sa komunidad (pananglitan, trophic cascade).Aron masulayan ang trophic cascade, usa ka yano nga hinungdan nga network ang gi-evaluate gamit ang path analysis method (R package "piecewiseSEM") (46).Alang sa mesoscopic nga mga eksperimento, gituohan nga ang fipronil, desulfinyl, sulfide ug sulfone (dili gisulayan nga amide) sa tubig aron makunhuran ang biomass sa scraper, dili direkta nga mosangpot sa pagtaas sa biomass sa chlorophyll a (47).Ang compound concentration mao ang predictor variable, ug ang scraper ug chlorophyll a biomass mao ang response variables.Ang estadistika ni Fisher's C gigamit sa pagtimbang-timbang sa pagkahaom sa modelo, aron ang P value <0.05 nagpakita sa maayong modelo nga angay (46).
Aron makahimo og usa ka ahente sa pagpanalipod sa threshold sa threshold nga nakabase sa peligro, ang matag compound nakakuha og 95% sa mga apektadong espisye (HC5) nga talamak nga pag-apod-apod sa pagkasensitibo sa mga espisye (SSD) ug pagpanalipod sa konsentrasyon sa peligro.Tulo ka SSD data sets ang namugna: (i) meso data set lang, (ii) data set nga adunay tanang meso data ug data nga nakolekta gikan sa EPA ECOTOX database query (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, na-access sa Marso 14, 2019), ang gidugayon sa pagtuon mao ang 4 ka adlaw o mas dugay pa, ug (iii) usa ka set sa datos nga naglangkob sa tanang mesoscopic data ug ECOTOX data, diin ang ECOTOX data (acute exposure) gibahin sa acute ngadto sa Ang ratio sa chronic D. magna ( 19.39) aron ipatin-aw ang kalainan sa gidugayon sa pagkaladlad ug gibanabana ang talamak nga kantidad sa EC50 (12).Ang among katuyoan sa paghimo og daghang mga modelo sa SSD mao ang (i) pagpalambo sa mga kantidad sa HC5 alang sa pagtandi sa datos sa uma (alang lamang sa mga SSD alang sa media), ug (ii) pag-assess nga ang datos sa media mas kaylap nga gidawat kaysa mga ahensya sa regulasyon alang sa paglakip sa akwakultura. kalig-on sa mga sukdanan sa kinabuhi ug sumbanan nga pagpahimutang sa mga kahinguhaan sa datos, ug busa ang pagkapraktikal sa paggamit sa mesoscopic nga mga pagtuon alang sa proseso sa pag-adjust.
Ang SSD gihimo alang sa matag set sa datos gamit ang R package nga "ssdtools" (48).Gamita ang bootstrap (n = 10,000) sa pagbanabana sa HC5 average ug confidence interval (CI) gikan sa SSD.Kap-atan ug siyam nga mga tubag sa taxa (tanan nga taxa nga giila nga genus o espisye) naugmad pinaagi niini nga panukiduki gihiusa uban sa 32 taxa nga mga tubag nga gihugpong gikan sa unom ka gipatik nga mga pagtuon sa ECOTOX database, alang sa kinatibuk-an nga 81 Taxon nga tubag mahimong magamit alang sa SSD development .Tungod kay walay datos nga nakit-an sa ECOTOX database sa amides, walay SSD nga naugmad alang sa amides ug usa lamang ka tubag sa EC50 ang nakuha gikan sa kasamtangan nga pagtuon.Bisan kung ang EC50 nga kantidad sa usa ra ka sulfide nga grupo nakit-an sa ECOTOX database, ang karon nga graduate nga estudyante adunay 12 nga EC50 nga kantidad.Busa, ang mga SSD alang sa mga grupo sa sulfinyl naugmad.
Ang piho nga mga kantidad sa HC5 sa fipronil compounds nga nakuha gikan sa SSD data set sa Mesocosmos lamang ang gikombinar sa field data aron masusi ang exposure ug potensyal nga toxicity sa fipronil compounds sa 444 streams gikan sa lima ka rehiyon sa Estados Unidos.Sa katapusan nga 4-semana nga sampling window, ang matag konsentrasyon sa fipronil compounds nga nakit-an (wala mamatikdan nga mga konsentrasyon mao ang zero) gibahin sa iyang tagsa-tagsa nga HC5, ug ang compound ratio sa matag sample gisumada aron makuha Ang total toxicity unit sa fipronil (ΣTUFipronils), diin Ang ΣTUFipronils> 1 nagpasabot sa pagkahilo.
Pinaagi sa pagtandi sa peligro nga konsentrasyon sa 50% sa mga apektadong espisye (HC50) sa EC50 nga kantidad sa taxa richness nga nakuha gikan sa medium membrane nga eksperimento, ang SSD nga nakuha gikan sa medium nga data sa lamad gisusi aron mapakita ang pagkasensitibo sa mas lapad nga ekolohikal nga komunidad sa fipronil degree..Pinaagi niini nga pagtandi, ang pagkamakanunayon tali sa pamaagi sa SSD (lakip lamang ang mga taxa nga adunay relasyon sa pagtubag sa dosis) ug ang pamaagi sa EC50 (lakip ang tanan nga talagsaon nga taxa nga naobserbahan sa tunga nga luna) gamit ang EC50 nga pamaagi sa pagsukod sa taxa richness mahimong ma-evaluate Sex.Relasyon sa pagtubag sa dosis.
Ang usa ka indikasyon sa peligro sa pestisidyo (SPEARpesticides) gikalkulo aron masusi ang relasyon tali sa kahimtang sa kahimsog sa mga komunidad nga invertebrate ug ΣTUFipronil sa 437 nga mga sapa nga nagkolekta sa invertebrate.Ang SPEARpesticides metric nag-convert sa komposisyon sa mga invertebrates ngadto sa abundance metric para sa biological taxonomy nga adunay physiological ug ecological nga mga kinaiya, sa ingon naghatag ug pagkasensitibo sa pestisidyo.Ang timailhan sa SPEARpesticides dili sensitibo sa natural nga mga covariate (49, 50), bisan kung ang pasundayag niini maapektuhan sa grabe nga pagkadaot sa puy-anan (51).Ang kadagaya nga datos nga nakolekta on-site alang sa matag taxon gi-coordinate sa mahinungdanong bili sa taxon nga may kalabutan sa ASTERICS software aron masusi ang kalidad sa ekolohiya sa suba (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Dayon i-import ang datos ngadto sa Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) software (bersyon 18.05).Niini nga software, ang European trait database ug ang database nga adunay pisyolohikal nga pagkasensitibo sa mga pestisidyo gigamit sa pag-convert sa datos sa matag site ngadto sa SPEARpesticides indicator.Ang matag usa sa lima ka rehiyonal nga pagtuon migamit sa General Additive Model (GAM) ["mgcv" nga pakete sa R(52)) aron tukion ang relasyon tali sa SPEARpesticides metric ug ΣTUFipronils [log10(X + 1) conversion] Associated.Para sa mas detalyado nga impormasyon sa SPEARpesticides metrics ug para sa data analysis, palihog tan-awa ang Supplementary Materials.
Ang indeks sa kalidad sa tubig mao ang makanunayon sa matag agos mesoscopic ug sa tibuok mesoscopic eksperimento nga panahon.Ang kasagaran nga temperatura, pH ug conductivity mao ang 13.1 ° C (± 0.27 ° C), 7.8 (± 0.12) ug 54.1 (± 2.1) μS/cm (35), matag usa.Ang gisukod nga dissolved organic carbon sa limpyo nga tubig sa suba kay 3.1 mg/L.Sa meso-view sa suba diin ang MiniDOT recorder gipakatap, ang dissolved oxygen duol sa saturation (average> 8.0 mg/L), nga nagpakita nga ang sapa bug-os nga na-circulate.
Ang pagkontrol sa kalidad ug datos sa kasiguruhan sa kalidad sa fipronil gihatag sa kauban nga pagpagawas sa datos (35).Sa laktud, ang mga rate sa pagkaayo sa mga spike sa laboratory matrix ug mga sample sa mesoscopic kasagaran sa sulod sa madawat nga mga sakup (mga pagbawi sa 70% hangtod 130%), gikumpirma sa mga sumbanan sa IDL ang quantitative nga pamaagi, ug ang mga blangko sa laboratoryo ug instrumento kasagarang limpyo Adunay gamay ra nga mga eksepsiyon gawas sa kini nga mga generalisasyon nga gihisgutan sa dugang nga materyal..
Tungod sa disenyo sa sistema, ang gisukod nga konsentrasyon sa fipronil kasagaran mas ubos kay sa target nga bili (Figure S2) (tungod kay nagkinahanglan kini og 4 ngadto sa 10 ka adlaw aron makaabot sa usa ka makanunayon nga kahimtang ubos sa maayo nga mga kondisyon) (30).Kung itandi sa ubang mga compound sa fipronil, ang konsentrasyon sa desulfinyl ug amide gamay ra nga nagbag-o sa paglabay sa panahon, ug ang pagkalainlain sa konsentrasyon sa sulod sa pagtambal mas gamay kaysa sa kalainan tali sa mga pagtambal gawas sa ubos nga konsentrasyon sa pagtambal sa sulfone ug sulfide.Ang time-weighted average gisukod konsentrasyon range alang sa matag grupo sa pagtambal mao ang mosunod: Fipronil, IDL ngadto sa 9.07μg/L;Desulfinyl, IDL ngadto sa 2.15μg/L;Amide, IDL ngadto sa 4.17μg/L;Sulfide, IDL Ngadto sa 0.57μg/litro;ug sulfone, IDL mao ang 1.13μg/litro (35).Sa pipila ka mga sapa, ang dili target nga mga compound sa fipronil nakit-an, nga mao, mga compound nga wala gipunting sa usa ka piho nga pagtambal, apan nahibal-an nga mga produkto sa pagkadaot sa tambalan sa pagtambal.Ang mesoscopic membrane nga gitambalan sa parent compound nga fipronil adunay pinakataas nga gidaghanon sa dili target nga degradation nga mga produkto nga namatikdan (kon dili gamiton isip processing compound, sila sulfinyl, amide, sulfide ug sulfone);kini mahimong tungod sa proseso sa produksyon Ang mga compound nga impurities ug/o degradation nga mga proseso nga mahitabo sa panahon sa paghipos sa stock solution ug (o) sa mesoscopic experiment kay sa resulta sa cross-contamination.Walay uso sa degradasyon nga konsentrasyon ang naobserbahan sa fipronil treatment.Ang mga non-target degradation compounds kasagarang makita sa lawas nga adunay pinakataas nga konsentrasyon sa pagtambal, apan ang konsentrasyon mas ubos kay sa konsentrasyon niining dili target nga mga compound (tan-awa ang sunod nga seksyon alang sa konsentrasyon).Busa, tungod kay ang mga non-target nga degradasyon nga mga compound kasagaran dili makit-an sa pinakaubos nga fipronil nga pagtambal, ug tungod kay ang nakita nga konsentrasyon mas ubos kay sa epekto nga konsentrasyon sa pinakataas nga pagtambal, kini nakahinapos nga kini nga mga non-target nga mga compound adunay gamay nga epekto sa pagtuki.
Sa mga eksperimento sa media, ang benthic macroinvertebrates sensitibo sa fipronil, desulfinyl, sulfone, ug sulfide [Table S1;ang orihinal nga datos sa kadagaya gihatag sa nag-uban nga bersyon sa datos (35)].Ang Fipronil amide para lang sa langaw nga Rhithrogena sp.Toxic (makamatay), ang EC50 niini mao ang 2.05μg/L [±10.8(SE)].Ang mga kurba sa pagtubag sa dosis sa 15 ka talagsaon nga taxa namugna.Kini nga mga taxa nagpakita sa mortalidad sulod sa gisulayan nga konsentrasyon nga range (Table S1), ug gipunting nga clustered taxa (sama sa mga langaw) (Figure S3) ug rich taxa (Figure 1) Nahimo ang usa ka dose response curve.Ang konsentrasyon (EC50) sa fipronil, desulfinyl, sulfone ug sulfide sa talagsaon nga taxa sa labing sensitibo nga taxa range gikan sa 0.005-0.364, 0.002-0.252, 0.002-0.061 ug 0.005-0.043μg/L, sa tinagsa.Rhithrogena sp.Ug Swetsa sp.;Ang Figure S4) mas ubos kaysa sa mas gitugotan nga taxa (sama sa Micropsectra / Tanytarsus ug Lepidostoma sp.) (Table S1).Sumala sa kasagaran nga EC50 sa matag compound sa Table S1, ang mga sulfone ug sulfide mao ang labing epektibo nga mga compound, samtang ang mga invertebrate kasagaran ang pinakagamay nga sensitibo sa desulfinyl (walay labot ang amides).Ang mga sukdanan sa kinatibuk-ang ekolohikal nga kahimtang, sama sa taxa richness, total abundance, total pentaploid ug total stone fly, lakip na ang taxa ug ang kadagaya sa pipila ka taxa, kini talagsaon kaayo sa meso ug dili makwenta Pagdrowing og bulag nga dose response curve.Busa, kini nga mga indikasyon sa ekolohiya naglakip sa mga tubag sa taxon nga wala gilakip sa SSD.
Taxa richness (larva) nga adunay tulo ka lebel nga logistic function sa (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfone, ug (D) sulfide concentration.Ang matag punto sa datos nagrepresentar sa mga ulod gikan sa usa ka sapa sa katapusan sa 30 ka adlaw nga eksperimento sa meso.Ang kadagaya sa taxon mao ang ihap sa talagsaong taxa sa matag sapa.Ang kantidad sa konsentrasyon mao ang average nga gibug-aton sa oras sa naobserbahan nga konsentrasyon sa matag sapa nga gisukod sa katapusan sa 30 ka adlaw nga eksperimento.Ang Fipronil amide (wala gipakita) walay relasyon sa adunahan nga taxa.Palihug timan-i nga ang x-axis naa sa logarithmic scale.Ang EC20 ug EC50 nga adunay SE gitaho sa Talaan S1.
Sa pinakataas nga konsentrasyon sa tanang lima ka fipronil compounds, ang emergence rate sa Uetridae mikunhod.Ang porsyento sa pagtubo (EC50) sa sulfide, sulfone, fipronil, amide ug desulfinyl naobserbahan sa pagkunhod sa 50% sa mga konsentrasyon nga 0.03, 0.06, 0.11, 0.78 ug 0.97μg / L matag usa (Figure 2 ug Figure S5).Sa kadaghanan sa 30 ka adlaw nga mga eksperimento, ang tanan nga mga pagtambal sa fipronil, desulfinyl, sulfone ug sulfide nalangan, gawas sa pipila nga mga pagtambal nga ubos ang konsentrasyon (Figure 2), ug ang ilang hitsura gipugngan.Sa pagtambal sa amide, ang natipon nga effluent sa panahon sa tibuuk nga eksperimento mas taas kaysa sa kontrol, nga adunay konsentrasyon nga 0.286μg / litro.Ang labing kataas nga konsentrasyon (4.164μg / litro) sa panahon sa tibuuk nga eksperimento nagpugong sa effluent, ug ang rate sa effluent sa intermediate nga pagtambal parehas sa kontrol nga grupo.(larawan 2).
Ang cumulative emergence mao ang average nga adlaw-adlaw nga average nga pagtunga sa matag pagtambal minus (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfone, (D) sulfide ug (E) amide sa control stream Ang kasagaran nga adlaw-adlaw nga average nga pagtunga sa lamad.Gawas sa kontrol (n = 6), n = 1. Ang kantidad sa konsentrasyon mao ang time-weighted average sa naobserbahang konsentrasyon sa matag dagan.
Ang kurba sa pagtubag sa dosis nagpakita nga, dugang sa pagkawala sa taxonomic, mga pagbag-o sa istruktura sa lebel sa komunidad.Sa piho, sulod sa test concentration range, ang kadagaya sa may (Figure S3) ug taxa abundance (Figure 1) nagpakita sa mahinungdanon nga dosis-response nga mga relasyon sa fipronil, desulfinyl, sulfone, ug sulfide.Busa, among gisusi kung giunsa kini nga mga pagbag-o sa istruktura nagdala sa mga pagbag-o sa function sa komunidad pinaagi sa pagsulay sa nutritional cascade.Ang exposure sa aquatic invertebrates sa fipronil, desulfinyl, sulfide ug sulfone adunay direktang negatibong epekto sa biomass sa scraper (Figure 3).Aron makontrol ang negatibo nga epekto sa fipronil sa biomass sa scraper, ang scraper negatibo usab nga nakaapekto sa chlorophyll a biomass (Figure 3).Ang resulta niining negatibo nga mga koepisyent sa agianan mao ang usa ka net nga pagtaas sa chlorophyll a samtang ang konsentrasyon sa fipronil ug mga degradant nagdugang.Kining bug-os nga gipataliwala nga mga modelo sa agianan nagpakita nga ang dugang nga pagkadaot sa fipronil o fipronil mosangpot sa pagtaas sa proporsiyon sa chlorophyll a (Figure 3).Gituohan daan nga ang direktang epekto tali sa fipronil o degradasyon nga konsentrasyon ug chlorophyll usa ka biomass kay zero, tungod kay ang fipronil compound mga pestisidyo ug adunay ubos nga direktang toxicity sa algae (pananglitan, ang EPA acute non-vascular plant baseline concentration mao ang 100μg / L fipronil, disulfoxide nga grupo, sulfone ug sulfide; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), Tanang resulta (balido nga mga modelo) nagsuporta niini pangagpas.
Ang Fipronil makapakunhod pag-ayo sa biomass (direkta nga epekto) sa pagpasibsib (scraper group mao ang ulod), apan walay direktang epekto sa biomass sa chlorophyll a.Bisan pa, ang kusog nga dili direkta nga epekto sa fipronil mao ang pagdugang sa biomass sa chlorophyll a agig tubag sa dili kaayo pagpasibsib.Ang arrow nagpakita sa standardized path coefficient, ug ang minus sign (-) nagpakita sa direksyon sa asosasyon.* Nagpakita sa lebel sa kamahinungdanon.
Ang tulo ka SSDs (tunga-tunga nga layer lamang, tunga-tunga nga layer plus ECOTOX data, ug tunga-tunga nga layer plus ECOTOX data gitul-id alang sa mga kalainan sa gidugayon sa exposure) naghimo sa nominally lain-laing mga HC5 values ​​​​(Table S3), apan ang mga resulta sa sulod sa SE range.Sa nahabilin niini nga pagtuon, atong ipunting ang data SSD nga adunay meso universe lamang ug ang may kalabutan nga kantidad sa HC5.Para sa mas kompleto nga deskripsyon niining tulo ka SSD evaluation, palihog tan-awa ang supplementary materials (Tables S2 to S5 ug Figures S6 ug S7).Ang labing haom nga pag-apod-apod sa datos (labing ubos nga Akaike information standard score) sa upat ka fipronil compounds (Figure 4) nga gigamit lamang sa meso-solid SSD map mao ang log-gumbel sa fipronil ug sulfone, ug ang weibull sa sulfide Ug desulfurized γ ( Talaan S3).Ang HC5 values ​​​​nga makuha alang sa matag compound gitaho sa Figure 4 para sa meso universe lamang, ug sa Table S3 ang HC5 values ​​​​gikan sa tanang tulo ka SSD data sets gitaho.Ang mga kantidad sa HC50 sa fipronil, sulfide, sulfone ug desulfinyl nga mga grupo [22.1 ± 8.78 ng / L (95% CI, 11.4 hangtod 46.2), 16.9 ± 3.38 ng / L (95% CI, 11.2 hangtod 24.0), 8 80 ± 2.66 ng/L (95% CI, 5.44 ngadto sa 15.8) ug 83.4±32.9 ng/L (95% CI, 36.4 ngadto sa 163)] Kini nga mga compound mas ubos kay sa EC50 taxa richness (total nga gidaghanon sa talagsaon nga taxa) (Table S1 ; ang mga nota sa supplementary material table kay micrograms kada litro).
Sa meso-scale nga eksperimento, kung na-expose sa (A) fipronil, (B) dessulfinyl fipronil, (C) fipronil sulfone, (D) fipronil sulfide sulod sa 30 ka adlaw, gihulagway ang pagkasensitibo sa mga espisye Kini ang EC50 nga kantidad sa taxon.Ang asul nga dashed nga linya nagrepresentar sa 95% CI.Ang pinahigda nga dashed nga linya nagrepresentar sa HC5.Ang bili sa HC5 (ng/L) sa matag compound mao ang mosunod: Fipronil, 4.56 ng/L (95% CI, 2.59 ngadto sa 10.2);Sulfide, 3.52 ng/L (1.36 ngadto sa 9.20);Sulfone, 2.86 ng/Liter (1.93 hangtod 5.29);ug sulfinyl, 3.55 ng/litro (0.35 hangtod 28.4).Palihug timan-i nga ang x-axis naa sa logarithmic scale.
Sa lima ka pagtuon sa rehiyon, ang Fipronil (mga ginikanan) nakit-an sa 22% sa 444 nga field sampling points (Table 1).Ang detection frequency sa florfenib, sulfone ug amide susama (18% ngadto sa 22% sa sample), ang detection frequency sa sulfide ug desulfinyl mas ubos (11% ngadto sa 13%), samtang ang nahabilin nga degradation nga mga produkto taas kaayo.Diyutay ra (1% o dili kaayo) o wala gyud makit-an (Table 1)..Ang Fipronil kasagarang makita sa habagatan-sidlakan (52% sa mga site) ug labing gamay sa amihanan-kasadpan (9% sa mga site), nga nagpasiugda sa pagkausab sa paggamit sa benzopyrazole ug potensyal nga kahuyang sa sapa sa tibuok nasud.Ang mga degradant kasagarang nagpakita og susama nga mga pattern sa rehiyon, nga adunay pinakataas nga frequency sa detection sa habagatan-sidlakan ug ang pinakaubos sa amihanan-kasadpan o baybayon sa California.Ang gisukod nga konsentrasyon sa fipronil mao ang pinakataas, gisundan sa parent compound fipronil (90% nga porsyento sa 10.8 ug 6.3 ng / L, matag usa) (Table 1) (35).Ang pinakataas nga konsentrasyon sa fipronil (61.4 ng/L), disulfinyl (10.6 ng/L) ug sulfide (8.0 ng/L) gitino sa habagatan-sidlakan (sa kataposang upat ka semana sa sample).Ang labing kataas nga konsentrasyon sa sulfone gitino sa kasadpan.(15.7 ng/L), amide (42.7 ng/L), dessulfinyl flupirnamide (14 ng/L) ug fipronil sulfonate (8.1 ng/L) (35).Ang Florfenide sulfone mao lamang ang compound nga naobserbahan nga molapas sa HC5 (Table 1).Ang kasagaran nga ΣTUFipronils tali sa lain-laing mga rehiyon lainlain kaayo (Table 1).Ang nasudnong kasagaran nga ΣTUFipronils mao ang 0.62 (tanan nga lokasyon, tanan nga rehiyon), ug 71 ka mga site (16%) adunay ΣTUFipronils> 1, nga nagpakita nga kini mahimong makahilo sa benthic macroinvertebrates.Sa upat sa lima ka mga rehiyon nga gitun-an (gawas sa Midwest), adunay usa ka mahinungdanon nga relasyon tali sa SPEARpesticides ug ΣTUFipronil, uban sa adjust R2 gikan sa 0.07 ubay sa baybayon sa California ngadto sa 0.34 sa habagatan-sidlakan (Figure 5).
* Mga compound nga gigamit sa mesoscopic nga mga eksperimento.†ΣTUFipronils, ang median sa sum sa toxin units [naobserbahan nga field concentration sa upat ka fipronil compounds/hazard concentration sa matag compound gikan sa fifth percentile sa SSD-infected species (Figure 4)] Para sa sinemana nga sample sa fipronil, ang katapusang 4 Ang mga semana sa mga sample sa pestisidyo nga nakolekta sa matag lugar gikalkulo.‡Ang gidaghanon sa mga dapit diin ang mga pestisidyo gisukod.§Ang ika-90 nga porsyento gibase sa pinakataas nga konsentrasyon nga naobserbahan sa lugar sulod sa katapusang 4 ka semana sa sampling sa pestisidyo.uban ang porsyento sa mga sample nga gisulayan.¶ Gamita ang 95% CI sa bili sa HC5 (Figure 4 ug Table S3, meso lang) aron kuwentahon ang CI.Ang Dechloroflupinib gisusi sa tanan nga mga rehiyon ug wala pa makit-an.ND, wala ma-detect.
Ang Fipronil toxic unit mao ang gisukod nga konsentrasyon sa fipronil nga gibahin sa compound-specific nga HC5 value, nga gitino sa SSD nga nakuha gikan sa media experiment (tan-awa ang Figure 4).Itom nga linya, generalized additive model (GAM).Ang pula nga dashed line adunay CI nga 95% para sa GAM.Ang ΣTUFipronils gi-convert sa log10 (ΣTUFipronils+1).
Ang dili maayo nga mga epekto sa fipronil sa dili target nga mga espisye sa tubig maayo nga nadokumento (15, 21, 24, 25, 32, 33), apan kini ang una nga pagtuon diin kini sensitibo sa usa ka kontrolado nga palibot sa laboratoryo.Ang mga komunidad sa taxa naladlad sa fipronil compounds, ug ang mga resulta gi-extrapolated sa usa ka continental scale.Ang mga resulta sa 30 ka adlaw nga mesocosmic nga eksperimento makahimo og 15 discrete aquatic insect groups (Table S1) nga wala ma-report nga konsentrasyon sa literatura, diin ang mga insekto sa tubig sa toxicity database wala kaayo girepresentahan (53, 54).Ang mga kurba sa pagtubag sa dosis nga espesipiko sa buhis (sama sa EC50) makita sa mga pagbag-o sa lebel sa komunidad (sama sa pagkadato sa buhis ug mahimo’g mawala ang kadaghan sa paglupad) ug mga pagbag-o sa gamit (sama sa mga kaskad sa nutrisyon ug pagbag-o sa hitsura).Ang epekto sa mesoscopic nga uniberso gi-extrapolated sa natad.Sa upat sa lima ka research area sa United States, ang field-measured fipronil concentration kay may kalabutan sa pagkunhod sa aquatic ecosystem sa flowable nga tubig.
Ang HC5 nga kantidad sa 95% sa mga espisye sa medium membrane nga eksperimento adunay usa ka proteksiyon nga epekto, nga nagpakita nga ang kinatibuk-ang aquatic invertebrate nga mga komunidad mas sensitibo sa fipronil compounds kay sa nasabtan kaniadto.Ang nakuha nga kantidad sa HC5 (florfenib, 4.56 ng/litro; desulfoxirane, 3.55 ng/litro; sulfone, 2.86 ng/litro; sulfide, 3.52 ng/litro) daghang beses (florfenib) ngadto sa tulo ka beses Labaw pa sa han-ay sa magnitude (desulfinyl). ) ubos sa kasamtangan nga EPA chronic invertebrate benchmark [fipronil, 11 ng/litro;desulfinyl, 10,310 ng/litro;sulfone, 37 ng/litro;ug sulfide, sa 110 ng/litro (8)].Ang mga eksperimento sa mesoscopic nag-ila sa daghang mga grupo nga sensitibo sa fipronil imbes sa mga gipakita sa EPA chronic invertebrate benchmark (4 nga mga grupo nga mas sensitibo sa fipronil, 13 nga mga pares sa desulfinyl, 11 nga mga pares sa sulfone ug 13 nga mga pares) Sulfide sensitivity) (Figure 4 ug lamesa) S1).Nagpakita kini nga ang mga benchmark dili makapanalipod sa daghang mga espisye nga naobserbahan usab sa tunga nga kalibutan, nga kaylap usab sa mga ekosistema sa tubig.Ang kalainan tali sa among mga resulta ug sa kasamtangan nga benchmark nag-una tungod sa kakulang sa fipronil toxicity test data nga magamit sa usa ka lainlain nga aquatic insect taxa, labi na kung ang oras sa pagkaladlad molapas sa 4 ka adlaw ug ang fipronil nadaot.Atol sa 30 ka adlaw nga mesocosmic nga eksperimento, kadaghanan sa mga insekto sa invertebrate nga komunidad mas sensitibo sa fipronil kay sa komon nga pagsulay nga organismo nga Aztec (crustacean), bisan human sa pagtul-id sa Aztec Ang EC50 sa Teike naghimo niini nga pareho human sa mahait nga pagbag-o.(Kasagaran 96 ka oras) hangtod sa talamak nga oras sa pagkaladlad (Figure S7).Naabot ang mas maayong konsensus tali sa eksperimento sa medium membrane ug sa pagtuon nga gitaho sa ECOTOX gamit ang standard test organism nga Chironomus dilutus (usa ka insekto).Dili ikatingala nga ang mga insekto sa tubig labi ka sensitibo sa mga pestisidyo.Kung wala’y pag-adjust sa oras sa pagkaladlad, ang eksperimento sa meso-scale ug ang komprehensibo nga datos sa ECOTOX database nagpakita nga daghang mga taxa ang naobserbahan nga mas sensitibo sa fipronil compound kaysa lasaw nga Clostridium (Figure S6).Bisan pa, pinaagi sa pag-adjust sa oras sa pagkaladlad, ang Dilution Clostridium mao ang labing sensitibo nga organismo sa fipronil (ginikanan) ug sulfide, bisan kung dili kini sensitibo sa sulfone (Figure S7).Kini nga mga resulta nag-ilustrar sa kamahinungdanon sa pag-apil sa daghang mga matang sa mga organismo sa tubig (lakip ang daghang mga insekto) aron makahimo og aktuwal nga mga konsentrasyon sa pestisidyo nga makapanalipod sa mga organismo sa tubig.
Ang pamaagi sa SSD makapanalipod sa talagsaon o dili sensitibo nga taxa kansang EC50 dili matino, sama sa Cinygmula sp., Isoperla fulva ug Brachycentrus americanus.Ang EC50 nga mga kantidad sa taxa abundance ug mahimong molupad nga kadaghan nga nagpakita sa mga pagbag-o sa komposisyon sa komunidad nahiuyon sa HC50 nga mga kantidad sa SSD sa fipronil, sulfone ug sulfide.Gisuportahan sa protocol ang mosunod nga ideya: Ang pamaagi sa SSD nga gigamit aron makuha ang mga threshold makapanalipod sa tibuok komunidad, lakip ang talagsaon o dili sensitibo nga taxa sa komunidad.Ang threshold sa mga organismo sa tubig nga gitino gikan sa mga SSD base sa pipila lang nga taxa o insensitive taxa mahimong dili igo sa pagpanalipod sa mga ekosistema sa tubig.Kini ang kaso sa desulfinyl (Figure S6B).Tungod sa kakulang sa datos sa ECOTOX database, ang EPA chronic invertebrate baseline concentration mao ang 10,310 ng/L, nga upat ka order sa magnitude nga mas taas kay sa 3.55 ng/L sa HC5.Ang mga resulta sa lainlaing mga set sa pagtubag sa taxon nga gihimo sa mga eksperimento sa mesoscopic.Ang kakulang sa datos sa toxicity ilabinang problemado alang sa degradable nga mga compound (Figure S6), nga mahimong magpatin-aw nganong ang kasamtangan nga aquatic biological benchmarks alang sa sulfone ug sulfide mga 15 ngadto sa 30 ka beses nga dili kaayo sensitibo kay sa SSD HC5 nga bili base sa China Universe.Ang bentaha sa pamaagi sa medium membrane mao nga daghang mga kantidad sa EC50 ang matino sa usa ka eksperimento, nga igo aron maporma ang usa ka kompleto nga SSD (pananglitan, desulfinyl; Figure 4B ug Mga Figure S6B ug S7B), ug adunay hinungdanon nga epekto. sa natural nga taxa sa gipanalipdan nga ekosistema Daghang mga tubag.
Gipakita sa mga eksperimento sa mesoscopic nga ang fipronil ug ang mga degradasyon niini nga mga produkto mahimong adunay klaro nga sublethal ug dili direkta nga dili maayo nga mga epekto sa function sa komunidad.Sa mesoscopic nga eksperimento, ang tanang lima ka fipronil compounds nagpakita nga makaapekto sa pagtumaw sa mga insekto.Ang mga resulta sa pagtandi tali sa pinakataas ug pinakaubos nga konsentrasyon (pagpugong ug pagpukaw sa indibidwal nga pagtunga o pagbag-o sa panahon sa pagtumaw) nahiuyon sa nauna nga gitaho nga mga resulta sa mga eksperimento sa meso gamit ang insecticide bifenthrin (29).Ang pagtumaw sa mga hamtong naghatag ug importante nga ekolohikal nga mga gimbuhaton ug mahimong mausab sa mga hugaw sama sa fipronil (55, 56).Ang dungan nga pagtumaw dili lamang kritikal alang sa pagsanay sa insekto ug pagpadayon sa populasyon, kondili alang usab sa suplay sa hamtong nga mga insekto, nga mahimong gamiton isip pagkaon sa mga mananap sa tubig ug terrestrial (56).Ang pagpugong sa pagtumaw sa mga seedling mahimong makadaot sa pagbayloay sa pagkaon tali sa aquatic ecosystem ug riparian ecosystem, ug mokaylap sa mga epekto sa aquatic pollutants ngadto sa terrestrial ecosystem (55, 56).Ang pagkunhod sa kadagaya sa mga scraper (mga insekto nga mokaon ug algae) nga naobserbahan sa meso-scale nga eksperimento miresulta sa pagkunhod sa konsumo sa algae, nga miresulta sa pagsaka sa chlorophyll a (Figure 3).Kini nga trophic cascade nagbag-o sa carbon ug nitrogen flux sa liquid food web, susama sa usa ka pagtuon nga nagsusi sa mga epekto sa pyrethroid bifenthrin sa benthic nga mga komunidad (29).Busa, ang phenylpyrazoles, sama sa fipronil ug ang mga degradation nga produkto niini, pyrethroids, ug tingali uban pang matang sa insecticides, mahimong dili direkta nga magpasiugda sa pag-usbaw sa algal biomass ug sa pagsamok sa carbon ug nitrogen sa gagmay nga mga sapa.Ang ubang mga epekto mahimong moabot ngadto sa pagkaguba sa carbon ug nitrogen cycles tali sa aquatic ug terrestrial ecosystem.
Ang kasayuran nga nakuha gikan sa pagsulay sa medium nga lamad nagtugot kanamo sa pagtimbang-timbang sa kalabotan sa ekolohiya sa mga konsentrasyon sa compound sa fipronil nga gisukod sa daghang mga pagtuon sa uma nga gihimo sa lima ka mga rehiyon sa Estados Unidos.Sa 444 ka gagmay nga mga sapa, 17% sa kasagaran nga konsentrasyon sa usa o daghan pa nga fipronil compounds (aberids sa 4 ka semana) milapas sa HC5 nga kantidad nga nakuha gikan sa media test.Gamita ang SSD gikan sa meso-scale nga eksperimento aron ma-convert ang gisukod nga fipronil compound nga konsentrasyon ngadto sa toxicity-related index, nga mao, ang sumada sa toxicity units (ΣTUFipronils).Ang bili sa 1 nagpaila sa toxicity o ang cumulative exposure sa fipronil compound milapas sa nailhan nga proteksyon Species nga nagkantidad ug 95%.Ang mahinungdanong relasyon tali sa ΣTUFipronil sa upat sa lima ka rehiyon ug sa SPEARpesticides indicator sa invertebrate community health nagpakita nga ang fipronil mahimong makaapektar sa benthic invertebrate nga mga komunidad sa mga suba sa daghang rehiyon sa Estados Unidos.Kini nga mga resulta nagsuporta sa pangagpas sa Wolfram et al.(3) Ang risgo sa phenpyrazole insecticides sa ibabaw nga tubig sa Estados Unidos dili hingpit nga masabtan tungod kay ang epekto sa aquatic nga mga insekto mahitabo ubos sa kasamtangan nga regulatory threshold.
Kadaghanan sa mga sapa nga adunay sulud nga fipronil nga labaw sa makahilo nga lebel nahimutang sa medyo urbanisado nga rehiyon sa habagatan-sidlakan (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Ang miaging assessment sa maong lugar wala lamang nakahinapos nga ang fipronil mao ang nag-unang stressor nga nakaapekto sa invertebrate nga istruktura sa komunidad sa sapa, apan usab ang ubos nga dissolved oxygen, dugang nga mga sustansya, pagbag-o sa dagan, pagkadaot sa puy-anan, ug uban pang mga pestisidyo ug Ang kategorya nga pollutant usa ka hinungdanon. tinubdan sa stress (57).Kini nga pagsagol sa mga stressor nahiuyon sa "urban river syndrome", nga mao ang pagkadaot sa mga ekosistema sa suba nga sagad naobserbahan kalabot sa paggamit sa yuta sa kasyudaran (58, 59).Ang mga timailhan sa paggamit sa yuta sa kasyudaran sa Southeast nga rehiyon nagkadako ug gilauman nga modaghan samtang ang populasyon sa rehiyon motubo.Ang epekto sa umaabot nga pag-uswag sa kasyudaran ug mga pestisidyo sa runoff sa kasyudaran gilauman nga motaas (4).Kung ang urbanisasyon ug ang paggamit sa fipronil magpadayon sa pagtubo, ang paggamit niini nga pestisidyo sa mga syudad mahimong labi nga makaapekto sa mga komunidad sa sapa.Bisan kung ang meta-analysis naghinapos nga ang paggamit sa mga pestisidyo sa agrikultura naghulga sa mga ekosistema sa sapa sa tibuuk kalibutan (2, 60), among gihunahuna nga kini nga mga pagtasa nagpaubos sa kinatibuk-ang epekto sa mga pestisidyo pinaagi sa dili paglakip sa mga gamit sa kasyudaran.
Ang lain-laing mga stressors, lakip na ang mga pestisidyo, mahimong makaapekto sa macroinvertebrate nga mga komunidad sa mga naugmad nga watershed (urban, agrikultura ug sagol nga paggamit sa yuta) ug mahimong may kalabutan sa paggamit sa yuta (58, 59, 61).Bisan tuod kini nga pagtuon migamit sa SPEARpesticides indicator ug aquatic organism-specific fipronil toxicity nga mga kinaiya aron mamenosan ang epekto sa makalibog nga mga hinungdan, ang performance sa SPEARpesticides indicator mahimong maapektuhan sa pagkadaot sa puy-anan, ug ang fipronil mahimong itandi sa ubang Pestisidyo nga may kalabutan (4, 17, 51, 57).Apan, ang usa ka multiple stressor model nga gihimo gamit ang field measurements gikan sa unang duha ka rehiyonal nga pagtuon (Midwestern ug Southeastern) nagpakita nga ang pestisidyo usa ka importante nga upstream stressor alang sa macroinvertebrate nga kahimtang sa komunidad sa mga suba.Niini nga mga modelo, ang importante nga mga baryable sa pagpatin-aw naglakip sa mga pestisidyo (ilabi na ang bifenthrin), mga sustansya ug mga kinaiya sa pinuy-anan sa kadaghanan sa mga sapa sa agrikultura sa Midwest, ug mga pestisidyo (labi na ang fipronil) sa kadaghanan sa mga siyudad sa habagatan-sidlakan.Mga pagbag-o sa oksiheno, sustansya ug agos (61, 62).Busa, bisan tuod ang rehiyonal nga mga pagtuon misulay sa pagsulbad sa epekto sa non-pesticide stressors sa tubag indicators ug pag-adjust sa predictive indicators aron ihulagway ang epekto sa fipronil, ang mga resulta sa uma niini nga survey nagsuporta sa panglantaw sa fipronil.) Kinahanglang isipon nga usa sa labing maimpluwensyang tinubdan sa presyur sa mga suba sa Amerika, ilabina sa habagatan-sidlakang Estados Unidos.
Ang panghitabo sa pagkadaot sa pestisidyo sa palibot panagsa ra nga nadokumento, apan ang hulga sa mga organismo sa tubig mahimong mas makadaot kay sa lawas sa ginikanan.Sa kaso sa fipronil, ang mga pagtuon sa uma ug meso-scale nga mga eksperimento nagpakita nga ang mga degradasyon nga mga produkto kay kasagaran sama sa ginikanan nga lawas sa mga sampol nga sapa ug adunay parehas o mas taas nga toxicity (Table 1).Sa eksperimento sa medium nga lamad, ang fluorobenzonitrile sulfone mao ang labing makahilo sa mga produkto sa pagkadaot sa pestisidyo nga gitun-an, ug kini mas makahilo kay sa compound sa ginikanan, ug namatikdan usab sa frequency nga susama sa compound sa ginikanan.Kung ang ginikanan lang nga mga pestisidyo ang gisukod, ang potensyal nga toxicity nga mga panghitabo mahimong dili mamatikdan, ug ang relatibong kakulang sa toxicity nga impormasyon sa panahon sa pagkadaut sa pestisidyo nagpasabot nga ang ilang mga panghitabo ug mga sangputanan mahimong mabalewala.Pananglitan, tungod sa kakulang sa impormasyon sa toxicity sa degradation nga mga produkto, ang usa ka komprehensibo nga assessment sa pestisidyo sa Swiss sapa nga gihimo, lakip na ang 134 pestisidyo degradation produkto, ug lamang sa ginikanan compound giisip nga ginikanan compound sa ecotoxicological risgo assessment niini.
Ang mga resulta niini nga ecological risk assessment nagpakita nga ang fipronil compounds adunay dili maayo nga mga epekto sa suba sa panglawas, mao nga kini makatarunganon nga masabtan nga ang dili maayo nga mga epekto mahimong maobserbahan bisan asa diin ang fipronil compounds molapas sa HC5 nga lebel.Ang mga resulta sa mesoscopic nga mga eksperimento kay independente sa lokasyon, nga nagpakita nga ang konsentrasyon sa fipronil ug ang mga degradation nga mga produkto niini sa daghang stream taxa mas ubos kay sa natala kaniadto.Kami nagtuo nga kini nga pagkadiskobre lagmit nga gipalapdan ngadto sa protobiota sa putli nga mga sapa bisan asa.Ang mga resulta sa meso-scale nga eksperimento gipadapat sa dagkong mga pagtuon sa kapatagan (444 ka gagmay nga mga sapa nga gilangkuban sa kasyudaran, agrikultura, ug yuta nga nagkasagol nga gamit sa lima ka dagkong rehiyon sa Estados Unidos), ug nakaplagan nga ang konsentrasyon sa daghang mga sapa. diin ang fipronil nakit-an gipaabot nga Ang resulta nga pagkahilo nagsugyot nga kini nga mga resulta mahimong moabot sa ubang mga nasud diin ang fipronil gigamit.Sumala sa mga taho, ang gidaghanon sa mga tawo nga naggamit sa Fipronil nagkadaghan sa Japan, UK ug US (7).Ang Fipronil anaa sa halos tanang kontinente, lakip ang Australia, South America ug Africa (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Ang mga resulta sa meso-to-field nga mga pagtuon nga gipresentar dinhi nagpakita nga ang paggamit sa fipronil mahimong adunay ekolohikal nga kahulogan sa tibuok kalibotan.
Para sa mga dugang nga materyales para niini nga artikulo, palihug tan-awa ang http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Kini usa ka bukas nga access nga artikulo nga gipang-apod-apod ubos sa mga termino sa Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, nga nagtugot sa paggamit, pag-apod-apod ug pagkopya sa bisan unsang medium, basta ang katapusan nga paggamit dili alang sa komersyal nga ganansya ug ang premise mao nga ang ang orihinal nga buhat husto.Reperensya.
Mubo nga sulat: Gihangyo lang ka namo nga ihatag ang imong email address aron ang tawo nga imong girekomenda sa panid makahibalo nga gusto nimo nga makita nila ang email ug nga kini dili spam.Dili kami mokuha og bisan unsang email address.
Kini nga pangutana gigamit sa pagsulay kung ikaw usa ka bisita ug mapugngan ang awtomatikong pagsumite sa spam.
Janet L. Miller, Travis S. Schmidt, Peter C. Van Metre, Barbara Mahler ( Barbara J. Mahler, Mark W. Sandstrom, Lisa H. Nowell, Daren M. Carlisle, Patrick W. Moran
Gipakita sa mga pagtuon nga ang kasagarang mga pestisidyo nga kanunay nga makit-an sa mga sapa sa Amerika mas makahilo kaysa sa gihunahuna kaniadto.
Janet L. Miller, Travis S. Schmidt, Peter C. Van Metre, Barbara Mahler ( Barbara J. Mahler, Mark W. Sandstrom, Lisa H. Nowell, Daren M. Carlisle, Patrick W. Moran
Gipakita sa mga pagtuon nga ang kasagarang mga pestisidyo nga kanunay nga makit-an sa mga sapa sa Amerika mas makahilo kaysa sa gihunahuna kaniadto.
©2021 American Association for the Advancement of Science.ang tanan nga mga katungod gigahin.Ang AAAS kauban sa HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ug COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.