I pesticidi in i corsi sò sempre più una preoccupazione globale, ma ci hè pocu infurmazione nantu à a cuncentrazione sicura di l'ecosistema acquaticu.In un esperimentu mesocosmicu di 30 ghjorni, l'invertebrati acquatici bentochi nativi sò stati esposti à l'insecticida cumuni fipronil è quattru tipi di prudutti di degradazione.U compostu di fipronil hà causatu cambiamenti in l'emergenza è a cascata trofica.A cuncentrazione efficace (EC50) à quale u fipronil è i so sulfuri, sulfone è prudutti di degradazione desulfinyl causanu una risposta di 50% hè stata sviluppata.I taxani ùn sò micca sensibili à u fipronil.A cuncentrazione di periculu di 5% di e spezie affettate da 15 valori mesocosmic EC50 hè aduprata per cunvertisce a cuncentrazione composta di fipronil in u campionu di campu in a summa di unità tossiche (∑TUFipronils).In u 16% di i flussi tratti da cinque studii regiunale, a media ∑TUFipronil superava 1 (indicazione di toxicità).L'indicatori invertebrati di e spezie in risicu sò correlati negativamente cù TUTUipronil in quattru di e cinque zoni di campionamentu.Questa valutazione di u risicu ecologicu mostra chì a bassa concentrazione di composti di fipronil riducerà e cumunità di flussu in parechje parte di i Stati Uniti.
Ancu s'è a pruduzzione di sustanzi chimichi sintetici hà aumentatu assai in l'ultimi decennii, l'impattu di sti chimichi nantu à l'ecosistema non-target ùn hè micca statu cumplettamente capitu (1).In l'acqua di a superficia induve u 90% di a terra agricula glubale hè persa, ùn ci hè micca dati nantu à i pesticidi agriculi, ma induve ci sò dati, u tempu per i pesticidi per superà i limiti regulatori hè a mità (2).Una meta-analisi di i pesticidi agriculi in l'acqua di superficia in i Stati Uniti hà truvatu chì in u 70% di i lochi di campionamentu, almenu un pesticidi superava u limitu regulatori (3).Tuttavia, sti meta-analisi (2, 3) fucalizza solu nantu à l'acqua di superficia affettata da l'usu agriculu, è sò un riassuntu di studii discreti.Pesticidi, in particulare insetticidi, esistenu ancu in alta concentrazione in u drenaje di u paisaghju urbanu (4).Hè raru di fà una valutazione cumpleta di i pesticidi in l'acqua di a superficia scaricata da l'agricultura è i paisaghji urbani;per quessa, ùn hè micca cunnisciutu se i pesticidi ponenu una minaccia à grande scala à e risorse di l'acqua di a superficia è a so integrità ecologica.
Benzopyrazoles è neonicotinoids rapprisentanu un terzu di u mercatu globale di pesticidi in 2010 (5).In l'acqua di a superficia in i Stati Uniti, u fipronil è i so prudutti di degradazione (phenylpyrazoles) sò i composti di pesticidi più cumuni, è e so cuncentrazioni sò generalmente superi i standard acquatici (6-8).Ancu s'è neonicotinoids anu attiratu l'attenzione per i so effetti nantu à l'abi è l'acelli è a so prevalenza (9), fipronil hè più tossicu à i pesci è l'acelli (10), mentri àutri cumposti di classi phenylpyrazoles anu effetti erbicidi (5).Fipronil hè un insecticida sistemicu utilizatu per cuntrullà i pesti in ambienti urbani è agriculi.Dapoi chì u fipronil hà intrutu in u mercatu mundiale in u 1993, l'usu di fipronil in i Stati Uniti, u Giappone è u Regnu Unitu hà aumentatu assai (5).In i Stati Uniti, u fipronil hè utilizatu per cuntrullà formiche è termite, è hè utilizatu in i culturi cumpresi u granu (cumpresu u trattamentu di sementi), patate è l'arbureti (11, 12).L'usu agriculu di fipronil in i Stati Uniti hà cullatu in u 2002 (13).Ancu s'ellu ùn hè micca dispunibile di dati d'usu urbanu naziunale, l'usu urbanu in California hà culpitu in u 2006 è u 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, accessu u 2 dicembre 2019).Ancu se alte concentrazioni di fipronil (6,41 μg/L) si trovanu in corsi d'acqua in certi zoni agriculi cù tassi d'applicazione elevati (14), cumparatu cù i flussi agriculi, i flussi urbani in i Stati Uniti generalmente anu più rilevazione è più altu concentrazioni elevate, pusitivi per u l'occurrence di e timpeste sò assuciati cù a prova (6, 7, 14-17).
Fipronil entra in l'ecosistema aquaticu di scorrimentu o leaches da a terra in u flussu (7, 14, 18).Fipronil ha una volatilità bassa (costante di legge di Henry 2,31 × 10-4 Pa m3 mol-1), solubilità in acqua da bassa a moderata (3,78 mg/l a 20 ° C) e idrofobicità moderata (log Kow da 3,9 a 4,1)), la a mobilità in u tarritoriu hè assai chjuca (log Koc hè da 2,6 à 3,1) (12, 19), è mostra una persistenza bassu à mediu in l'ambiente (20).Finazepril hè degradatu da a fotolisi, l'ossidazione, l'idrolisi dipendente da u pH è a riduzzione, furmendu quattru prudutti di degradazione principali: dessulfoxyphenapril (nè sulfoxide), phenaprenip sulfone (sulfone), Filofenamide (amide) è filofenib sulfure (sulfuru).I prudutti di degradazione di Fipronil tendenu à esse più stabile è durable chì u compostu parent (21, 22).
A toxicità di fipronil è a so degradazione in spezie non target (cum'è invertebrati acquatici) hè stata ben documentata (14, 15).Fipronil hè un compostu neurotossicu chì interferiscenu cù u passaghju di l'ioni di cloruru à traversu u canali di cloruri regulatu da l'acidu gamma-aminobutyric in insetti, chì risulta in una cuncentrazione sufficiente per causà eccitazione eccessiva è morte (20).Fipronil hè selettivamente tossicu, cusì hà una più grande affinità di u receptore per l'insetti cà i mammiferi (23).L'attività insecticida di i prudutti di degradazione di fipronil hè diversu.A toxicità di sulfone è sulfuru à l'invertebrati d'acqua dolce hè simile o più altu ch'è quellu di u compostu parent.Desulfinyl hà una toxicità moderata, ma hè menu tossicu cà u compostu parent.Relativamente micca tossicu (23, 24).A suscettibilità di l'invertebrati acquatici à a degradazione di u fipronil è u fipronil varieghja assai à l'internu è trà i taxa (15), è in certi casi supera ancu un ordine di grandezza (25).Infine, ci hè evidenza chì i fenilpirazoli sò più tossichi per l'ecosistema di ciò chì si pensava (3).
Benchmarks biologichi acquatici basati nantu à e teste di toxicità di u laboratoriu ponu sottovalutà u risicu di e populazioni di campu (26-28).I standard acquatici sò generalmente stabiliti da teste di toxicità di laboratoriu di una sola spezia utilizendu una o parechje spezie invertebrate acquatiche (per esempiu, Diptera: Chironomidae: Chironomus è Crustacea: Daphnia magna è Hyalella azteca).Questi organismi di teste sò generalmente più faciuli di cultivà cà l'altri macroinvertebrati benthichi (per esempiu, u genus phe::), è in certi casi sò menu sensibili à i contaminanti.Per esempiu, D. Magna hè menu sensitivu à parechji metalli chì certi insetti, mentri A. zteca hè menu sensibile à l'insecticida bifenthrin piretroide chì a so sensibilità à i vermi (29, 30).Un'altra limitazione di i benchmarks esistenti hè l'endpoints utilizati in i calculi.I punti di riferimentu acuti sò basati nantu à a mortalità (o fissi per i crustacei), mentre chì i punti di riferimentu cronichi sò generalmente basati nantu à l'endpoint subletali (cum'è a crescita è a ripruduzzione) (s'ellu ci hè).Tuttavia, ci sò effetti subletali generalizati, cum'è a crescita, l'emergenza, a paralisi è u ritardu di u sviluppu, chì ponu influenzà u successu di i taxa è a dinamica di a cumunità.In u risultatu, ancu se u benchmark furnisce un sfondate per l'impurtanza biologica di l'effettu, a rilevanza ecologica cum'è soglia per a toxicità hè incerta.
Per capisce megliu l'effetti di i composti di fipronil nantu à l'ecosistema aquaticu benthic (invertebrati è alga), e cumunità bentochi naturali sò stati purtati in u laboratoriu è esposti à gradienti di cuncentrazione durante u flussu di 30 ghjorni Fipronil o unu di i quattru esperimenti di degradazione di u fipronil.L'obiettivu di a ricerca hè di pruduce una concentrazione di effettu specificu di 50% (valore EC50) per ogni compostu di fipronil chì rapprisenta una larga taxa di una cumunità di fiume, è di determinà l'impattu di i contaminanti nantu à a struttura è a funzione di a cumunità [ie, cuncentrazione di risicu] 5. % di spezie affettate (HC5) è effetti indiretti cum'è l'emergenza alterata è a dinamica trofica].Allora u limitu (valore HC5 specificu di compostu) ottenutu da l'esperimentu mesoscopic hè statu appiicatu à u campu cullucatu da u US Geological Survey (USGS) da cinque regioni di i Stati Uniti (Nordeste, Sud-Est, Midwest, Nord-Ovest Pacificu è Central California). Zona Costiera) Dati) cum'è parte di a valutazione di a qualità di u flussu regiunale USGS (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Per quantu sapemu, questu hè a prima valutazione di risicu ecologicu.Studia in modu cumpletu l'effetti di i composti di fipronil nantu à l'organismi bentochi in un meso-ambientu cuntrullatu, è poi applica questi risultati à e valutazioni di u campu à scala continentale.
L'esperimentu mesocosmicu di 30 ghjorni hè statu realizatu in u USGS Aquatic Laboratory (AXL) in Fort Collins, Colorado, USA da u 18 d'ottobre à u 17 di nuvembre di u 2017, per 1 ghjornu di domesticazione è 30 ghjorni di sperimentazione.U metudu hè statu scrittu prima (29, 31) è detallatu in u materiale supplementu.L'ambientazione di u spaziu meso cuntene 36 flussi circulanti in i quattru flussi attivi (circulanti d'acqua).Ogni flussu vivente hè equipatu di un cooler per mantene a temperatura di l'acqua è hè illuminatu cù un ciclu di luce-scuru 16: 8.U flussu meso-livellu hè in acciaio inox, chì hè adattatu per l'idrofobicità di fipronil (log Kow = 4.0) è adattatu per solventi organici di pulizia (Figura S1).L'acqua aduprata per l'esperimentu meso-scala hè stata cullata da u Cache La Poudre River (fonti upstream cumpresi Rocky Mountain National Park, National Forest è Continental Divide) è cullucatu in quattru tanki di polietilene di AXL.Evaluazioni precedenti di sedimenti è campioni d'acqua raccolti da u situ ùn anu micca truvatu pesticidi (29).
U disignu di l'esperimentu meso-scala hè custituitu da 30 flussi di trasfurmazioni è 6 flussi di cuntrollu.U flussu di trattamentu riceve l'acqua trattata, ognuna di quale cuntene cuncentrazioni constanti non replicate di composti di fipronil: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amide (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), gruppu di desulfurization. [Biblioteca di Pesticidi di l'Agenzia di Proteczione Ambientale di i Stati Uniti (EPA), CAS 205650-65-3], sulfone (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) è sulfuru (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); tutta purezza ≥ 97,8%.Secunnu i valori di risposta publicati (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33). Per dissolve u compostu di fipronil in metanolu (Thermo Fisher Scientific, Livellu di certificazione di a Società Chimica Americana), è dilute. cù l'acqua deionizzata à u voluminu necessariu per preparà una solu suluzione cuncentrata. Perchè a quantità di metanol in una dosa hè diversa, hè necessariu aghjunghje metanol à tutti i flussi di trattamentu cum'è necessariu. In i trè cuntrolli, per assicurà a listessa concentrazione di metanol ( 0,05 ml / L) in i flussi. A vista media di l'altri trè corsi di cuntrollu ricivutu l'acqua di u fiumu senza metanolu, altrimenti sò stati trattati cum'è tutti l'altri flussi.
U ghjornu 8, u 16 è u 26, a temperatura, u valore di pH, a conductività elettrica è a degradazione di fipronil è fipronil sò misurati in a membrana di flussu.Per seguità a degradazione di u fipronil cumpostu parentale durante a prova media, u fipronil (genitori) hè stata utilizata per trattà a mucosa intestinale fluida per altri trè ghjorni [ghjorni 5, 12 è 21 (n = 6)] per a temperatura, pH, Campioni di cunduttività, fipronil è degradazione di fipronil.I campioni di l'analisi di pesticidi sò stati cullati filtrà 10 ml d'acqua corrente in un vial di vetru ambra di 20 ml attraversu un filtru di siringa Whatman 0.7-μm GF/F equipatu cù una agulla di grande diametru.I campioni sò stati immediatamente congelati è mandati à u USGS National Water Quality Laboratory (NWQL) in Lakewood, Colorado, USA per analisi.Utilizendu un metudu migliuratu di u metudu publicatu prima, Fipronil è i prudutti di degradazione 4 in campioni d'acqua sò stati determinati da cromatografia liquida in iniezione diretta (DAI) spettrometria di massa tandem (LC-MS / MS; Agilent 6495).U nivellu di deteczione di l'instrumentu (IDL) hè stimatu per esse u standard di calibrazione minimu chì risponde à u standard di identificazione qualitativa;l'IDL di fipronil hè 0,005 μg/L, è l'IDL di l'altri quattru fipronil hè 0,001 μg/L.U materiale supplementu furnisce una descrizzione cumpleta di i metudi utilizati per misurà i composti di fipronil, cumprese i prucessi di cuntrollu di qualità è di assicurazione (per esempiu, ricuperazione di campioni, spikes, ispezioni di terze parti è spazii).
À a fine di l'esperimentu Mesocosmic di 30 ghjorni, l'enumerazione è l'identificazione di l'invertebrati adulti è larvali sò stati cumpletati (u puntu di cullizzioni di dati principali).L'adulti emergenti sò cullati da a reta ogni ghjornu è congelati in un tubu di centrifuga di Falcon 15 ml.À a fine di l'esperimentu (ghjornu 30), u cuntenutu di a membrana in ogni flussu hè stata lavata per sguassà qualsiasi invertebrati, è sieved (250 μm) è almacenatu in 80% etanol.Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) hà cumpletu l'identificazione tassonomica di larva è invertebrati adulti à u livellu taxonomicu più bassu pussibule, di solitu spezie.In i ghjorni 9, 19 è 29, a clorofilla a hè stata misurata in triplicate in a membrana mesoscopica di ogni flussu.Tutti i dati chimichi è biologichi cum'è parte di l'esperimentu mesoscopic sò furniti in a liberazione di dati accumpagnata (35).
L'inchiesta ecologica hè stata realizata in picculi corsi (wading) in cinque zoni maiò di i Stati Uniti, è i pesticidi sò stati monitorati durante u periodu di l'indice precedente.In corta, basatu annantu à l'usu agriculu è urbanu (36-40), da 77 à 100 lochi sò stati scelti in ogni regione (444 locu in totale).Duranti a primavera è l'estiu di un annu (2013-2017), i campioni d'acqua sò cullati una volta à settimana in ogni regione per 4 à 12 simane.U tempu specificu dipende da a regione è l'intensità di sviluppu.Tuttavia, e stazioni 11 in a regione nord-est sò quasi in u bacinu.Nisun sviluppu, salvu chì solu una mostra hè stata cullata.Siccomu i periodi di monitoraghju per i pesticidi in studii regiunale sò diffirenti, per paragunà, solu l'ultimi quattru campioni cullati in ogni situ sò cunsiderati quì.Si assume chì una sola mostra cullata in u situ di u Nordeste micca sviluppatu (n = 11) pò rapprisintà u periodu di campionamentu di 4 settimane.Stu metudu porta à u listessu numaru d'osservazioni nantu à i pesticidi (eccettu per i lochi 11 in u Nordeste) è a stessa durata di l'osservazione;si crede chì 4 simane hè abbastanza longu per l'esposizione à longu andà à a biota, ma abbastanza cortu chì a cumunità ecologica ùn deve micca ricuperà da questi cuntatti.
In u casu di flussu abbastanza, a mostra di l'acqua hè cullata per mezu di velocità constante è incrementi di larghezza constante (41).Quandu u flussu ùn hè micca abbastanza per usà stu metudu, pudete cullà campioni per una integrazione prufonda di e mostre o afferrandu da u centru di gravità di u flussu.Aduprate una siringa grande è un filtru di discu (0,7 μm) per cullà 10 ml di mostra filtrata (42).Per mezu di DAI LC-MS/MS/MS/MS, i campioni d'acqua sò stati analizati in NWQL per 225 pesticidi è prudutti di degradazione di pesticidi, cumprese fipronil è 7 prudutti di degradazione (desulfinyl fipronil, fipronil) Sulfuri, fipronil sulfone, deschlorofipronil, desthiol fipronil, amide, fipronil è fipronil).).I livelli minimi tipici di rapportu per studii di campu sò: fipronil, desmethylthio fluorobenzonitrile, fipronil sulfure, fipronil sulfone è deschlorofipronil 0.004 μg/L;desulfinyl fluorfenamide è A cuncentrazione di fipronil amide hè 0,009 μg / litru;a cuncentrazione di fipronil sulfonate hè 0,096 μg / litru.
I cumunità invertebrati sò campionati à a fine di ogni studiu di l'area (primavera / estiu), di solitu in u stessu tempu cù l'ultimu avvenimentu di campionamentu di pesticidi.Dopu à a stagione di crescita è l'usu pisanti di pesticidi, u tempu di campionamentu deve esse coherente cù e cundizioni di u flussu bassu, è deve coincide cù u tempu quandu a cumunità d'invertebrati di u fiumu maturu è hè principarmenti in u stadiu di vita larvale.Utilizendu un sampler Surber cù una maglia 500μm o una reta di D-frame, u campionamentu di a cumunità invertebrata hè stata cumpletata in 437 di 444 siti.U metudu di campionamentu hè descrittu in detail in u materiale supplementu.In NWQL, tutti l'invertebrati sò generalmente identificati è listati à u nivellu di genus o spezie.Tutti i dati chimichi è biologichi raccolti in questu campu è utilizati in stu manuscrittu ponu esse truvati in a liberazione di dati accumpagnata (35).
Per i cinque composti di fipronil utilizati in l'esperimentu mesoscopic, a cuncentrazione di l'invertebrati larvali ridutta da 20% o 50% hè stata calculata relative à u cuntrollu (ie EC20 è EC50).I dati [x = cuncentrazione di fipronil ponderata in u tempu (vede u materiale supplementu per i dettagli), y = abbundanza di larva o altre metrica] sò stati adattati à u pacchettu allargatu R (43) utilizendu un metudu di regressione logaritmica di trè paràmetri "drc".A curva s'adatta à tutte e spezie (larva) cù abbundanza abbastanza è scontra à altre metriche d'interessu (per esempiu, a ricchezza di taxa, l'abbundanza tutale di mayfly, è l'abbundanza tutale) per capiscenu più l'effettu di a cumunità.U coefficient Nash-Sutcliff (45) hè utilizatu per valutà l'adattamentu di u mudellu, induve un mudellu poviru adattatu pò riceve valori negativi infiniti, è u valore di un adattamentu perfettu hè 1.
Per scopra l'effetti di i composti di fipronil nantu à l'emergenza di insetti in l'esperimentu, i dati sò stati evaluati in dui maneri.Prima, sottraendu l'aspettu mediu di u meso di u flussu di cuntrollu da l'apparizione di ogni meso di u flussu di trattamentu, l'occurrenza cumulativa di ogni ghjornu di insetti da ogni meso di flussu (u numeru tutale di tutti l'individui) hè stata normalizzata à u cuntrollu.Tracciate sti valori contr'à u tempu per capisce a deviazione di u mediatore di fluidu di trattamentu da u mediatore di fluidu di cuntrollu in l'esperimentu di 30 ghjorni.Siconda, calculate u percentualità di l'occurrenza tutale di ogni mesophyll di flussu, chì hè definitu cum'è u rapportu di u numeru tutale di mesophylls in un flussu datu à u numeru mediu di larva è adulti in u gruppu di cuntrollu, è hè adattatu per a regressione logaritmica di trè paràmetri. .Tutti l'insetti di germinazione cullati eranu da duie subfamiglie di a famiglia Chironomidae, cusì un analisi cumminatu hè statu realizatu.
I cambiamenti in a struttura di a cumunità, cum'è a perdita di taxoni, pò esse dipendenu da l'effetti diretti è indiretti di sustanzi tossichi, è ponu purtà à cambiamenti in a funzione di a cumunità (per esempiu, cascata trofica).Per pruvà a cascata trofica, una reta causale simplice hè stata evaluata utilizendu u metudu di analisi di u percorsu (pacchettu R "piecewiseSEM") (46).Per esperimenti mesoscopic, si assume chì u fipronil, desulfinyl, sulfide è sulfone (micca testatu amide) in l'acqua per riduce a biomassa di u scraper, indirectamente portanu à un aumentu di a biomassa di clorofilla a (47).A cuncentrazione di compostu hè a variàbile predittore, è u scraper è a clorofilla a biomassa sò e variàbili di risposta.A statistica C di Fisher hè aduprata per valutà l'adattazione di u mudellu, cusì chì un valore P <0,05 indica un bonu modellu (46).
Per sviluppà un agentu di prutezzione di u sogliu eco-community basatu in risicu, ogni compostu hà ottenutu u 95% di e spezie affettate (HC5) a distribuzione di sensibilità cronica di e spezie (SSD) è a prutezzione di cuncentrazione di periculu.Trè seti di dati SSD sò stati generati: (i) solu set di dati meso, (ii) un set di dati chì cuntene tutte e dati meso è e dati raccolti da a dumanda di basa di dati EPA ECOTOX (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, accessed on March 14, 2019), a durata di studiu hè di 4 ghjorni o più, è (iii) un inseme di dati chì cuntene tutti i dati mesoscopic è dati ECOTOX, in quale dati ECOTOX (esposizione acuta) divisu da acuta à U rapportu di D. magna cronica ( 19.39) per spiegà a diffarenza in a durata di l'esposizione è apprussimava u valore EC50 cronicu (12).U nostru scopu di generà parechji mudelli SSD hè di (i) sviluppà i valori HC5 per paragunà cù dati di campu (solu per SSD per i media), è (ii) valutà chì i dati di i media sò più accettati da l'agenzii regulatori per l'inclusione in l'acquacultura. robustezza di i benchmarks di a vita è l'impostazione standard di e risorse di dati, è dunque a praticabilità di utilizà studii mesoscopic per u prucessu di aghjustamentu.
SSD hè statu sviluppatu per ogni settore di dati utilizendu u pacchettu R "ssdtools" (48).Aduprate u bootstrap (n = 10,000) per stimà a media HC5 è l'intervallu di cunfidenza (CI) da u SSD.Quaranta nove risposte di taxoni (tutti i taxoni chì sò stati identificati cum'è genus o spezie) sviluppati attraversu sta ricerca sò cumminati cù risposti di taxoni 32 compilati da sei studii publicati in a basa di dati ECOTOX, per un totale di 81 risposte Taxon pò esse usate per u sviluppu SSD. .Siccomu nisuna dati hè stata trovata in a basa di dati ECOTOX d'amidi, nisun SSD hè statu sviluppatu per amidi è solu una risposta EC50 hè stata ottenuta da u studiu attuale.Ancu se u valore EC50 di un solu gruppu sulfuru hè statu trovu in a basa di dati ECOTOX, l'attuale studiente graduatu hà 12 valori EC50.Dunque, SSD per i gruppi sulfinili sò stati sviluppati.
I valori specifichi HC5 di i composti di fipronil ottenuti da u set di dati SSD di Mesocosmos sò stati cumminati solu cù dati di campu per valutà l'esposizione è a tossicità potenziale di i composti di fipronil in 444 flussi da cinque regioni in i Stati Uniti.In l'ultima finestra di campionamentu di 4 settimane, ogni cuncentrazione di cumposti di fipronil rilevata (i cuncentrazioni micca rilevate sò zero) hè divisa da u so rispettivu HC5, è u rapportu cumpostu di ogni mostra hè sommatu per ottene L'unità di toxicità totale di fipronil (ΣTUFipronils), induve ΣTUFipronils> 1 significa tossicità.
Paragunendu a cuncentrazione di periculu di 50% di e spezie affettate (HC50) cù u valore EC50 di a ricchezza di taxa derivata da l'esperimentu di a membrana media, a SSD ottenuta da e dati di a membrana media hè stata evaluata per riflette a sensibilità di a cumunità ecologica più larga à u fipronil. gradu..Attraversu sta paraguni, a cunsistenza trà u mètudu SSD (cumpresi solu quelli taxa cù una relazione dosi-risposta) è u metudu EC50 (cumpresi tutti i taxa unicu osservatu in u spaziu mediu) cù u metudu EC50 di misurà a ricchezza taxa pò esse evaluatu Sexu.Relazione di dosa risposta.
Un indicatore di spezie à risicu di pesticidi (SPEARpesticides) hè statu calculatu per investigà a relazione trà u statu di salute di e cumunità d'invertebrati è ΣTUFipronil in 437 corsi di cullizzioni d'invertebrati.A metrica SPEARpesticides cunverte a cumpusizioni di l'invertebrati in una metrica di abbundanza per a tassonomia biologica cù caratteristiche fisiologiche è ecologiche, impartendu cusì sensibilità à i pesticidi.L'indicatore SPEARpesticides ùn hè micca sensibile à e covariate naturali (49, 50), anche se u so rendiment serà affettatu da a degradazione severa di l'habitat (51).I dati di abbundanza raccolti in situ per ogni taxon sò coordinati cù u valore chjave di u taxon ligatu à u software ASTERICS per valutà a qualità ecologica di u fiume (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Dopu importate e dati in u software Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (versione 18.05).In questu software, a basa di dati di caratteristiche europea è a basa di dati cù sensibilità fisiologica à i pesticidi sò usati per cunvertisce e dati di ogni situ in indicatore SPEARpesticides.Ciascuna di i cinque studii regiunale utilizatu u Modellu Additivu Generale (GAM) [pacchettu "mgcv" in R(52)) per scopre a relazione trà a metrica SPEARpesticides è ΣTUFipronils [log10 (X + 1) cunversione] Associated.Per infurmazione più dettagliata nantu à e metriche SPEARpesticides è per l'analisi di dati, vede i Materiali Supplementari.
L'indice di qualità di l'acqua hè coherente in ogni flussu mesoscopic è tuttu u periodu di esperimentu mesoscopic.A temperatura media, u pH è a conductività eranu 13.1 ° C (± 0.27 ° C), 7.8 (± 0.12) è 54.1 (± 2.1) μS / cm (35), rispettivamente.U carbone urganicu dissolutu misuratu in l'acqua pulita di u fiumu hè 3,1 mg/L.In a meso-vista di u fiumu induve u registratore MiniDOT hè implementatu, l'ossigenu dissolutu hè vicinu à a saturazione (media> 8.0 mg/L), chì indica chì u flussu hè cumpletamente circulatu.
I dati di cuntrollu di qualità è assicurazione di qualità nantu à fipronil sò furniti in a liberazione di dati accumpagnata (35).In brevi, i tassi di ricuperazione di spike di matrice di laboratoriu è campioni mesoscopici sò generalmente in intervalli accettabili (ricuperazioni da 70% à 130%), i standard IDL cunfirmanu u metudu quantitativo, è i spazii di laboratori è strumenti sò generalmente puliti. sti generalizazioni discutitu in u materiale supplementu..
A causa di u disignu di u sistema, a cuncentrazione misurata di fipronil hè di solitu più bassu di u valore di destinazione (Figura S2) (perchè ci vole à 4 à 10 ghjorni per ghjunghje à un statu stabile in cundizioni ideali) (30).Comparatu cù l'altri composti di fipronil, a cuncentrazione di desulfinyl è amide cambia pocu cù u tempu, è a variabilità di a cuncentrazione in u trattamentu hè più chjuca di a diffarenza trà i trattamenti eccettu per u trattamentu di cuncentrazione di sulfone è sulfuru.U intervalu di cuncentrazione misurata media ponderata in u tempu per ogni gruppu di trattamentu hè a siguenti: Fipronil, IDL à 9.07μg / L;Desulfinyl, IDL à 2,15 μg/L;Amide, IDL à 4,17 μg/L;sulfuru, IDL à 0,57 μg / litru;è sulfone, IDL hè 1,13 μg / litru (35).In certi flussi, sò stati rilevati composti di fipronil non-target, vale à dì, cumposti chì ùn sò micca stati sputichi in un trattamentu specificu, ma eranu cunnisciuti per esse prudutti di degradazione di u compostu di trattamentu.I membrani mesoscopic trattati cù u fipronil cumpostu parent anu u più altu numeru di prudutti di degradazione non-target detecati (quandu ùn sò micca utilizati cum'è compostu di trasfurmazioni, sò sulfinyl, amide, sulfide è sulfone);quessi pò esse duvuta à u prucessu di pruduzzione Cumposti impurità è / o prucessi di degradazione chì si trovanu durante l'almacenamiento di a suluzione di scorta è (o) in l'esperimentu mesoscopic piuttostu cà u risultatu di a contaminazione cruciata.Nisuna tendenza di cuncentrazione di degradazione hè stata osservata in u trattamentu di fipronil.I cumposti di degradazione non-target sò più comunmente detecati in u corpu cù a cuncentrazione di trattamentu più altu, ma a cuncentrazione hè menu di a cuncentrazione di questi composti non-target (vede a sezione dopu per a cuncentrazione).Per quessa, postu chì i cumposti di degradazione non-target sò generalmente micca rilevati in u trattamentu di u fipronil più bassu, è perchè a cuncentrazione rilevata hè più bassu di a concentrazione di l'effettu in u trattamentu più altu, hè cunclusu chì questi composti non-target anu un impattu minimu in l'analisi.
In l'esperimenti di media, i macroinvertebrati benthic eranu sensittivi à fipronil, desulfinyl, sulfone è sulfide [Table S1;dati di abbundanza originale hè furnitu in a versione di dati accumpagnata (35)].Fipronil amide hè solu per a mosca Rhithrogena sp.Tossicu (fatale), a so EC50 hè 2.05μg/L [±10.8(SE)].Curve di dosa-risposta di 15 taxa unichi sò stati generati.Ces taxons ont montré une mortalité dans l'intervalle de concentration testé (Tableau S1), et ciblés des taxons groupés (comme les mouches) (Figure S3) et des taxons riches (Figure 1).A cuncentrazione (EC50) di fipronil, desulfinyl, sulfone è sulfuru nantu à i taxa unichi di i taxoni più sensibili varianu da 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 è 0,005-0,043μg/L, rispettivamente.Rhithrogena sp.È Sweltsa sp.;Figure S4) sò più bassi di i taxa più tollerati (cum'è Micropsectra / Tanytarsus è Lepidostoma sp.) (Table S1).Sicondu l'EC50 mediu di ogni compostu in Table S1, sulfones è sulfuri sò i cumposti più efficausi, mentri l'invertebrati sò generalmente i menu sensibili à u desulfinyl (esclusi l'amidi).Metriche di u statu ecologicu generale, cum'è a ricchezza di taxa, l'abbundanza tutale, pentaploide tutale è a mosca di petra tutale, cumpresi i taxoni è l'abbundanza di certi taxoni, sò assai rari in meso è ùn ponu esse calculati Disegnate una curva di risposta di dosi separata.Dunque, questi indicatori ecologichi includenu risposti di taxon chì ùn sò micca inclusi in u SSD.
Ricchezza di Taxa (larva) cù una funzione logistica di trè livelli di (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfone, è (D) cuncentrazione di sulfuru.Ogni puntu di dati rapprisenta larva da un unicu flussu à a fine di l'esperimentu meso di 30 ghjorni.A ricchezza taxoniana hè u conte di taxa unichi in ogni flussu.U valore di cuncentrazione hè a media ponderata in u tempu di a cuncentrazione osservata di ogni flussu misurata à a fine di l'esperimentu di 30 ghjorni.Fipronil amide (micca mostrata) ùn hà micca relazione cù taxa ricchi.Per piacè nutate chì l'assi x hè in una scala logaritmica.EC20 è EC50 cù SE sò riportati in Table S1.
À a più alta cuncentrazione di tutti i cinque cumposti di fipronil, a rata di emergenza di Uetridae diminuì.A percentuale di germinazione (EC50) di sulfuru, sulfone, fipronil, amide è desulfinyl hè stata osservata per diminuisce da 50% à e cuncentrazioni di 0.03, 0.06, 0.11, 0.78 è 0.97μg/L rispettivamente (Figura 2 è Figura S5).In a maiò parte di l'esperimenti di 30 ghjorni, tutti i trattamenti di fipronil, desulfinyl, sulfone è sulfide sò stati ritardati, fora di qualchi trattamenti di cuncentrazione bassa (Figura 2), è a so apparenza hè stata impedita.In u trattamentu di l'amida, l'efluente accumulatu durante l'esperimentu tutale era più altu ch'è quellu di u cuntrollu, cun una concentrazione di 0.286μg/litre.A cuncintrazione più altu (4.164μg / litre) durante l'esperimentu tutale hà impeditu l'effluent, è a rata di effluent di u trattamentu intermediu era simile à quellu di u gruppu di cuntrollu.(figura 2).
L'emergenza cumulativa hè l'emergenza media di ogni ghjornu di ogni trattamentu minus (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfone, (D) sulfide è (E) amide in u flussu di cuntrollu L'emergenza media di ogni ghjornu di a membrana.Eccettu per u cuntrollu (n = 6), n = 1. U valore di cuncentrazione hè a media ponderata di u tempu di a cuncentrazione osservata in ogni flussu.
A curva di dosa-risposta mostra chì, in più di pèrdite tassonomiche, cambiamenti strutturali à u livellu di a cumunità.Specificamenti, in u intervalu di cuncentrazione di teste, l'abbundanza di maghju (Figura S3) è l'abbundanza di taxa (Figura 1) mostravanu relazioni significative di dosa-risposta cù fipronil, desulfinyl, sulfone è sulfuru.Dunque, avemu esploratu cumu questi cambiamenti strutturali portanu à cambiamenti in a funzione di a cumunità pruvendu a cascata nutrizionale.L'esposizione di l'invertebrati acquatici à fipronil, desulfinyl, sulfide è sulfone hà un impattu negativu direttu nantu à a biomassa di u scraper (Figura 3).Per cuntrullà l'impattu negativu di fipronil nantu à a biomassa di u scraper, u scraper hà ancu affettatu negativamente a clorofilla a biomassa (Figura 3).U risultatu di sti coefficienti negativi di u percorsu hè un aumentu netu di a clorofilla a cum'è a cuncentrazione di fipronil è degradanti aumenta.Questi mudelli di via interamente mediati indicanu chì a degradazione aumentata di fipronil o fipronil porta à un aumentu di a proporzione di clorofilla a (Figura 3).Si assume in anticipu chì l'effettu direttu trà u fipronil o a concentrazione di degradazione è a clorofilla a biomassa hè zero, perchè i composti di fipronil sò pesticidi è anu una toxicità diretta bassu à l'alga (per esempiu, a concentrazione di basa di pianta non vascular aguda EPA hè 100μg / L). fipronil, gruppu disulfoxide, sulfone è sulfuru; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), Tutti i risultati (mudelli validi) sustenenu questu ipotesi.
Fipronil pò riduce significativamente a biomassa (effettu direttu) di pasture (u gruppu di scraper hè larva), ma ùn hà micca effettu direttu nantu à a biomassa di clorofilla a.Tuttavia, u forte effettu indirettu di fipronil hè di aumentà a biomassa di clorofilla a in risposta à menu pastura.A freccia indica u coefficientu di percorsu standardizatu, è u signu minus (-) indica a direzzione di l'associazione.* Indica u gradu di impurtanza.
I trè SSD (solu strata media, strata media più dati ECOTOX, è strata media più dati ECOTOX corrette per e differenze in a durata di l'esposizione) pruducianu valori HC5 nominali differenti (Table S3), ma i risultati eranu in a gamma SE.In u restu di stu studiu, avemu da fucalizza nantu à i dati SSD cù solu l'universu meso è u valore HC5 cunnessu.Per una descrizzione più completa di sti trè valutazioni SSD, fate riferimentu à i materiali supplementari (Tabelle S2 à S5 è Figure S6 è S7).A distribuzione di dati più adatta (puntu standard di l'infurmazioni Akaike più bassu) di i quattru composti di fipronil (Figura 4) utilizatu solu in a mappa SSD meso-solidu hè u log-gumbel di fipronil è sulfone, è u weibull di sulfide E desulfurized γ ( Table S3).I valori HC5 ottenuti per ogni compostu sò riportati in a Figura 4 per l'universu meso solu, è in a Tabella S3 i valori HC5 da tutti i trè setti di dati SSD sò riportati.I valori HC50 di i gruppi di fipronil, sulfuro, sulfone e desulfinyl [22,1±8,78 ng/L (95% CI, 11,4-46,2), 16,9±3,38 ng/L (95% CI, 11,2-24,0), 8 80±. 2,66 ng/L (95% CI, 5,44 à 15,8) è 83,4±32,9 ng/L (95% CI, 36,4 à 163)] Questi composti sò significativamente più bassi di a ricchezza di taxa EC50 (numaru tutale di taxa unichi) (Table S1) ; e note in a tabella di materiale supplementu sò microgrammi per litru).
In l'esperimentu di meso-scala, quandu esse esposti à (A) fipronil, (B) dessulfinyl fipronil, (C) fipronil sulfone, (D) fipronil sulfure per 30 ghjorni, a sensibilità di spezie hè descritta Hè u valore EC50 di taxon.A linea blu tratteggiata rapprisenta 95% CI.A linea tratteggiata horizontale rapprisenta HC5.U valore HC5 (ng / L) di ogni compostu hè cusì: Fipronil, 4,56 ng / L (95% CI, 2,59 à 10,2);Sulfide, 3,52 ng/L (1,36 à 9,20);Sulfone, 2,86 ng / Litre (1,93 à 5,29);è sulfinyl, 3,55 ng/litre (0,35 à 28,4).Per piacè nutate chì l'assi x hè in una scala logaritmica.
In i cinque studii regiunale, Fipronil (genitori) hè statu rilevatu in 22% di i 444 punti di campionamentu di campu (Table 1).A freccia di rilevazione di florfenib, sulfone è amide hè simile (18% à 22% di a mostra), a freccia di deteczione di sulfide è desulfinyl hè più bassu (11% à 13%), mentre chì i prudutti di degradazione restante sò assai altu.Pochi (1% o menu) o mai rilevati (Table 1)..Fipronil hè più frequentemente rilevatu in u sudeste (52% di i siti) è menu frequente in u norduvestu (9% di i siti), chì mette in risaltu a variabilità di l'usu di benzopyrazole è a vulnerabilità potenziale di u flussu in tuttu u paese.I degradanti di solitu mostranu mudelli regiunali simili, cù a più alta frequenza di rilevazione in u sud-est è a più bassa in u nord-ovest o a costa di a California.A cuncentrazione misurata di fipronil era a più alta, seguita da u compostu parentale fipronil (90% percentuale di 10.8 è 6.3 ng / L, rispettivamente) (Table 1) (35).A più alta cuncentrazione di fipronil (61,4 ng/L), disulfinyl (10,6 ng/L) è sulfide (8,0 ng/L) hè stata determinata in u sudeste (in l'ultimi quattru settimani di a mostra).A più altu concentrazione di sulfone hè stata determinata in u punente.(15,7 ng/L), amide (42,7 ng/L), desulfinyl flupirnamide (14 ng/L) è fipronil sulfonate (8,1 ng/L) (35).Florfenide sulfone era l'unicu compostu chì hè statu osservatu per superà HC5 (Table 1).U ΣTUFipronils mediu trà e diverse regioni varieghja assai (Table 1).A media naziunale di ΣTUFipronils hè 0,62 (tutti i lochi, tutte e regioni), è 71 siti (16%) anu ΣTUFipronils> 1, chì indicanu chì pò esse tossicu per i macroinvertebrati benthichi.In quattru di e cinque regioni studiate (eccettu u Midwest), ci hè una relazione significativa trà SPEARpesticides è ΣTUFipronil, cù R2 ajustatu chì varieghja da 0,07 longu a costa di California à 0,34 in u sudeste (Figura 5).
* Cumposti usati in esperimenti mesoscopichi.†ΣTUFipronils, a mediana di a somma di unità di tossina [cuncentrazione di campu osservata di quattru composti di fipronil / cuncentrazione di periculu di ogni compostu da u quintu percentile di e spezie infettate da SSD (Figura 4)] Per i campioni settimanali di fipronil, l'ultimi 4 settimane di campioni di pesticidi raccolti in ogni situ sò stati calculati.‡U numaru di lochi induve i pesticidi sò misurati.§U percentile 90 hè basatu annantu à a cuncentrazione massima osservata in u situ durante l'ultime 4 settimane di campionamentu di pesticidi.cù u percentuale di campioni testati.¶ Aduprà u 95% CI di u valore HC5 (Figura 4 è Table S3, solu meso) per calculà u CI.Dechloroflupinib hè statu analizatu in tutte e regioni è ùn hè mai statu trovu.ND, micca rilevatu.
L'unità tossica di Fipronil hè a cuncentrazione misurata di fipronil divisa da u valore HC5 specificu di compostu, chì hè determinatu da u SSD ottenutu da l'esperimentu media (vede a Figura 4).Linea negra, mudellu additivu generalizatu (GAM).A linea tratteggiata rossa hà un CI di 95% per GAM.ΣTUFipronils hè cunvertitu in log10 (ΣTUFipronils+1).
L'effetti avversi di fipronil nantu à e spezie aquatiche non target sò stati ben documentati (15, 21, 24, 25, 32, 33), ma questu hè u primu studiu in u quale hè sensibile in un ambiente di laboratoriu cuntrullatu.E cumunità di i taxoni sò stati esposti à composti di fipronil, è i risultati sò stati extrapolati à una scala cuntinentale.I risultati di l'esperimentu mesocosmicu di 30 ghjorni ponu pruduce 15 gruppi di insetti aquatichi discreti (Table S1) cun cuncentrazione senza rapportu in a literatura, trà i quali l'insetti aquatichi in a basa di dati di toxicità sò sottumessi (53, 54).Taxa-specifica curve di dosi-risposta (cum'è EC50) sò riflessi in i cambiamenti à livellu di a cumunità (cum'è a ricchezza di taxa è pò vulà a perdita di abbundanza) è cambiamenti funziunali (cum'è cascate nutrizionale è cambiamenti in l'apparenza).L'effettu di l'universu mesoscopic hè statu extrapolatu à u campu.In quattru di i cinque zoni di ricerca in i Stati Uniti, a cuncentrazione di fipronil misurata in u campu hè stata correlata cù a decadenza di l'ecosistema aquaticu in l'acqua fluente.
U valore HC5 di u 95% di e spezie in l'esperimentu di a membrana media hà un effettu protettivu, chì indica chì e cumunità di invertebrati acquatici in generale sò più sensibili à i composti di fipronil di ciò chì era capitu prima.U valore HC5 ottenutu (florfenib, 4,56 ng / litru; desulfoxirane, 3,55 ng / litru; sulfone, 2,86 ng / litru; sulfuru, 3,52 ng / litru) hè parechje volte (florfenib) à trè volte Più di un ordine di grandezza (desulfinyl). ) sottu à l'attuale EPA chronic invertebrate benchmark [fipronil, 11 ng / litru;desulfinyl, 10.310 ng/litre;sulfone, 37 ng / litru;è sulfuru, per 110 ng/litre (8)].L'esperimenti mesoscopici anu identificatu parechji gruppi chì sò sensibili à fipronil invece di quelli indicati da u benchmark di l'invertebrati cronichi EPA (4 gruppi chì sò più sensibili à fipronil, 13 coppie di desulfinyl, 11 coppie di sulfone è 13 coppie) Sensibilità di sulfuru) (Figura 4 è table) S1).Questu mostra chì i benchmarks ùn ponu micca prutezzione di parechje spezie chì sò ancu osservati in u mondu mediu, chì sò ancu diffusi in l'ecosistema aquaticu.A diffarenza trà i nostri risultati è u benchmark attuale hè principalmente dovuta à a mancanza di dati di prova di toxicità di fipronil applicabile à una gamma di taxa d'insetti acquatici, soprattuttu quandu u tempu di esposizione supera i 4 ghjorni è u fipronil si degrada.Duranti l'esperimentu mesocosmicu di 30 ghjorni, a maiò parte di l'insetti in a cumunità invertebrata eranu più sensittivi à u fipronil chì l'urganismu di teste cumuni Aztec (crustacean), ancu dopu a correzione di l'Azteca L'EC50 di Teike face u listessu dopu a trasfurmazioni aguda.(Di solitu 96 ore) à u tempu di esposizione cronica (Figura S7).Un cunsensu megliu hè statu righjuntu trà l'esperimentu di a membrana media è u studiu rapportatu in ECOTOX utilizendu l'organismu di teste standard Chironomus dilutus (un insetti).Ùn hè micca surprisante chì l'insetti aquatichi sò particularmente sensittivi à i pesticidi.Senza aghjustà u tempu d'esposizione, l'esperimentu di meso-scala è i dati cumpleti di a basa di dati ECOTOX anu dimustratu chì parechji taxoni sò stati osservati per esse più sensibili à i composti di fipronil cà Clostridium diluitu (Figura S6).Toutefois, en ajustant le temps d'exposition, Dilution Clostridium est l'organisme le plus sensible au fipronil (parent) et au sulfure, bien qu'il ne soit pas sensible au sulfone (Figura S7).Questi risultati illustranu l'impurtanza di cumprendi parechji tippi d'urganismi acquatici (cumpresi insetti multipli) per pruduce concentrazioni di pesticidi attuali chì ponu prutege l'organisimi acquatici.
U metudu SSD pò prutege i taxa rari o insensibili chì l'EC50 ùn pò esse determinatu, cum'è Cinygmala sp., Isoperla fulva è Brachycentrus americanus.I valori EC50 di l'abbundanza di taxa è l'abbundanza di vola chì riflette i cambiamenti in a cumpusizioni di a cumunità sò coerenti cù i valori HC50 di u SSD di fipronil, sulfone è sulfuru.U protokollu sustene l'idea seguente: U metudu SSD utilizatu per derivà i soglia pò prutege a cumunità sana, cumprese i taxa rari o insensibili in a cumunità.U sogliu di l'urganismi acquatici determinatu da i SSD basati solu nantu à uni pochi di taxa o taxa insensibile pò esse assai insufficiente in a prutezzione di l'ecosistema acquaticu.Questu hè u casu di desulfinyl (Figura S6B).A causa di a mancanza di dati in a basa di dati ECOTOX, a cuncentrazione di basa di l'invertebrati cronichi EPA hè 10,310 ng / L, chì hè quattru ordini di grandezza più altu ch'è 3.55 ng / L di HC5.I risultati di diversi gruppi di risposta di taxon pruduciuti in esperimenti mesoscopic.A mancanza di dati di toxicità hè particularmente problematica per i composti degradabili (Figura S6), chì pò spiegà perchè i punti di riferimentu biologicu acquaticu esistenti per sulfone è sulfuru sò circa 15 à 30 volte menu sensibili cà u valore SSD HC5 basatu annantu à l'Universu Chine.U vantaghju di u metudu di a membrana media hè chì parechji valori EC50 ponu esse determinati in un unicu esperimentu, chì hè abbastanza per furmà un SSD cumpletu (per esempiu, desulfinyl; Figura 4B è Figure S6B è S7B), è avè un impattu significativu. nantu à i tassi naturali di l'ecosistema prutettu Molti risposti.
Esperimenti mesoscopici mostranu chì u fipronil è i so prudutti di degradazione ponu avè effetti avversi subletali è indiretti evidenti nantu à a funzione di a cumunità.In l'esperimentu mesoscopic, tutti i cinque cumposti di fipronil parevanu affettà l'emergenza di insetti.I risultati di a paraguni trà e cuncintrazioni più altu è più bassu (inhibizione è stimulazione di l'emergenza individuale o cambiamenti in u tempu di emergenza) sò coerenti cù i risultati di l'esperimenti meso chì utilizanu l'insecticida bifenthrin (29).L'emergenza di l'adulti furnisce funzioni ecologiche impurtanti è ponu esse alterati da contaminanti cum'è fipronil (55, 56).L'emergenza simultanea ùn hè micca solu critica per a ripruduzzione di l'insetti è a persistenza di a pupulazione, ma ancu per u fornimentu di insetti maturi, chì ponu esse utilizati com'è alimentariu per l'animali aquatichi è terrestri (56).A prevenzione di l'emergenza di e piantini pò influenzà negativamente u scambiu di l'alimentu trà l'ecosistema aquaticu è l'ecosistema ripariu, è sparghje l'effetti di i contaminanti acquatici in l'ecosistema terrestre (55, 56).A diminuzione di l'abbundanza di scrapers (insetti algae-eating) osservatu in l'esperimentu meso-scala hà risultatu in una diminuzione di u cunsumu d'alga, chì hà risultatu in un aumentu di a clorofilla a (Figura 3).Questa cascata trofica cambia i flussi di carbonu è nitrogenu in a rete alimentaria liquida, simile à un studiu chì hà evaluatu l'effetti di a bifentrina piretroidea nantu à e cumunità bentochi (29).Per quessa, i fenilpirazoli, cum'è u fipronil è i so prudutti di degradazione, i piretroidi, è forsi altri tipi di insetticidi, ponu prumove indirettamente l'aumentu di a biomassa algale è a perturbazione di u carbonu è u nitrogenu in picculi flussi.Altri impatti ponu estendersi à a distruzzione di i ciculi di carbonu è nitrogenu trà l'ecosistema acquaticu è terrestre.
L'infurmazione ottenuta da a prova di a membrana media ci hà permessu di valutà a rilevanza ecologica di a cuncentrazione di compostu di fipronil misurata in studii di campu à grande scala realizati in cinque regioni di i Stati Uniti.In 444 picculi flussi, 17% di a cuncentrazione media di unu o più composti di fipronil (media più di 4 settimane) superava u valore HC5 ottenutu da a prova di media.Aduprate l'SSD da l'esperimentu meso-scala per cunvertisce a cuncentrazione di compostu di fipronil misurata in un indice di tossicità, vale à dì a somma di unità di toxicità (ΣTUFipronils).U valore di 1 indica a toxicità o l'esposizione cumulativa di u compostu di fipronil supera a prutezzione cunnisciuta Spezie vale 95%.A relazione significativa trà ΣTUFipronil in quattru di e cinque regioni è l'indicatore SPEARpesticides di a salute di a cumunità invertebrata indica chì u fipronil pò affettà negativamente e cumunità di invertebrati bentochi in i fiumi in parechje regioni di i Stati Uniti.Questi risultati sustene l'ipotesi di Wolfram et al.(3) U risicu di l'insecticidi phenpyrazole à l'acqua di a superficia in i Stati Uniti ùn hè micca sanu cumpresu perchè l'impattu nantu à l'insetti aquatici si trova sottu à u limitu regulatori attuale.
A maiò parte di i flussi cù u cuntenutu di fipronil sopra u livellu tossicu sò situati in a regione sud-est relativamente urbanizata (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).A valutazione previa di l'area ùn hè micca solu cunclusu chì fipronil hè u principale stressor chì affetta a struttura di a cumunità invertebrata in u torrente, ma ancu chì l'ossigenu dissolutu bassu, l'aumentu di nutrienti, i cambiamenti di flussu, a degradazione di l'habitat è altri pesticidi è A categuria contaminante hè un impurtante. fonte di stress (57).Questa mistura di stressors hè coherente cù u "sindrome di u fiumu urbanu", chì hè a degradazione di l'ecosistema di u fiumu cumunimenti osservata in relazione à l'usu di a terra urbana (58, 59).I segni di l'usu di a terra urbana in a regione Sud-Est sò in crescita è sò previsti per aumentà cum'è a pupulazione di a regione cresce.L'impattu di u futuru sviluppu urbanu è di i pesticidi nantu à u rughjone urbanu hè previstu di aumentà (4).Se l'urbanizazione è l'usu di fipronil cuntinueghjanu à cultivà, l'usu di stu pesticidi in e cità pò influenzà sempre più e cumunità di flussu.Ancu s'è a meta-analisi cuncludi chì l'usu di pesticidi agriculi minaccia l'ecosistema di u flussu glubale (2, 60), assumemu chì queste valutazioni sottovalutanu l'impattu globale globale di i pesticidi escludendu l'usi urbani.
Diversi stressors, cumpresi i pesticidi, ponu influenzà e cumunità di macroinvertebrati in bacini idrografici sviluppati (urbani, agriculi è usi misti di a terra) è ponu esse ligati à l'usu di a terra (58, 59, 61).Ancu s'ellu stu studiu hà utilizatu l'indicatore SPEARpesticides è e caratteristiche di toxicità di u fipronil specificu per l'organismu acquaticu per minimizzà l'impattu di i fatturi di cunfusione, u rendiment di l'indicatore SPEARpesticides pò esse affettatu da a degradazione di l'habitat, è u fipronil pò esse paragunatu cù altri Pesticidi in relazione (4, 17, 51, 57).Tuttavia, un mudellu di stressor multiple sviluppatu utilizendu misure di campu da i primi dui studii regiunale (Midwest è Sud-Est) hà dimustratu chì i pesticidi sò un impurtante stressor upstream per e cundizioni di a cumunità di macroinvertebrati in i fiumi wading.In questi mudelli, variabili esplicative impurtanti includenu pesticidi (in particulare bifenthrin), nutrienti è caratteristiche di l'habitat in a maiò parte di i corsi agriculi in u Midwest, è pesticidi (in particulare fipronil) in a maiò parte di e cità in u sudeste.Cambiamenti in l'ossigenu, nutrienti è flussu (61, 62).Dunque, ancu se i studii regiunale tentanu di affruntà l'impattu di i stressors non-pesticidi nantu à l'indicatori di risposta è aghjustà l'indicatori predittivi per descriverà l'impattu di fipronil, i risultati di u campu di sta indagine sustenenu a vista di fipronil.) Deve esse cunsideratu una di e fonti più influenti di pressione in i fiumi americani, in particulare in u sudeste di i Stati Uniti.
L'occurrence di a degradazione di pesticidi in l'ambiente hè raramente documentata, ma a minaccia per l'organisimi aquatichi pò esse più dannusu chì u corpu parentale.In u casu di fipronil, studii di campu è esperimenti di meso-scala anu dimustratu chì i prudutti di degradazione sò cumunu cum'è u corpu parentale in i flussi campionati è anu a stessa toxicità o più altu (Table 1).In l'esperimentu di a membrana media, u fluorobenzonitrile sulfone era u più tossicu di i prudutti di degradazione di pesticidi studiati, è era più tossicu di u compostu parentale, è hè statu ancu rilevatu à una freccia simile à quella di u compostu parent.Sì solu i pesticidi parenti sò misurati, l'eventi potenziali di toxicità ùn ponu micca esse nutati, è a relativa mancanza di informazione di toxicità durante a degradazione di pesticidi significa chì a so occurrence è e cunsequenze ponu esse ignorate.Per esempiu, per mancanza d'infurmazioni nantu à a toxicità di i prudutti di degradazione, una valutazione cumpleta di i pesticidi in i flussi svizzeri hè stata realizata, cumprese 134 prudutti di degradazione di pesticidi, è solu u compostu parentale hè statu cunsideratu cum'è u cumpostu parent in a so valutazione di risichi ecotoxicologicu.
I risultati di sta valutazione di u risicu ecologicu indicanu chì i composti di fipronil anu effetti negativi nantu à a salute di u fiumu, cusì pò esse ragiunate inferitu chì l'effetti avversi ponu esse osservati in ogni locu induve i composti di fipronil superanu u livellu HC5.I risultati di l'esperimenti mesoscopic sò indipindenti da u locu, chì indicanu chì a cuncentrazione di fipronil è i so prudutti di degradazione in parechji taxoni di u flussu hè assai più bassu di quelli registrati prima.Cridemu chì sta scuperta hè prubabilmente allargata à a protobiota in i flussi pristine in ogni locu.I risultati di l'esperimentu meso-scala sò stati appiicati à studii di campu à grande scala (444 picculi flussi cumposti da usi urbani, agriculi è terreni misti in cinque regioni maiò in i Stati Uniti), è hè statu trovu chì a cuncentrazione di parechji flussi. induve u fipronil hè statu scupertu hè previstu di esse A toxicità risultatu suggerisce chì questi risultati ponu estendersi à altri paesi induve u fipronil hè utilizatu.Sicondu i rapporti, u numeru di persone chì utilizanu Fipronil hè in crescita in Giappone, u Regnu Unitu è ​​​​i Stati Uniti (7).Fipronil hè presente in quasi tutti i cuntinenti, cumprese l'Australia, l'America Sudamerica è l'Africa (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).I risultati di i studii meso-to-field presentati quì indicanu chì l'usu di fipronil pò avè un significatu ecologicu à una scala globale.
Per materiali supplementarii per questu articulu, vede http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
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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
I studii anu dimustratu chì i pesticidi cumuni chì sò spessu rilevati in i flussi americani sò più tossichi di ciò chì si pensava prima.
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