Pesticidy v tocích se stále více stávají globálním problémem, ale existuje jen málo informací o bezpečné koncentraci vodních ekosystémů.V 30denním mezokosmickém experimentu byli původní bentičtí vodní bezobratlí vystaveni běžnému insekticidu fipronilu a čtyřem druhům degradačních produktů.Sloučenina fipronil způsobila změny ve vzcházení a trofické kaskádě.Byla vyvinuta účinná koncentrace (EC50), při které fipronil a jeho sulfidové, sulfonové a desulfinylové degradační produkty způsobují 50% odezvu.Taxany nejsou citlivé na fipronil.Nebezpečná koncentrace 5 % postižených druhů z 15 mezokosmických hodnot EC50 se používá k převedení koncentrace sloučeniny fipronilu v polním vzorku na součet toxických jednotek (∑TUFipronils).V 16 % proudů čerpaných z pěti regionálních studií přesáhl průměr ∑TUFipronil hodnotu 1 (indikující toxicitu).Indikátory ohrožených druhů bezobratlých negativně korelují s TUTUipronil ve čtyřech z pěti oblastí odběru vzorků.Toto hodnocení ekologických rizik ukazuje, že nízké koncentrace sloučenin fipronilu sníží společenstva potoků v mnoha částech Spojených států.
Přestože výroba syntetických chemikálií v posledních desetiletích značně vzrostla, dopad těchto chemikálií na necílové ekosystémy nebyl plně pochopen (1).V povrchových vodách, kde je ztraceno 90 % celosvětové zemědělské půdy, neexistují žádné údaje o zemědělských pesticidech, ale tam, kde údaje existují, je doba, kdy pesticidy překročí regulační prahové hodnoty, poloviční (2).Metaanalýza zemědělských pesticidů v povrchových vodách ve Spojených státech zjistila, že v 70 % míst odběru vzorků alespoň jeden pesticid překročil regulační práh (3).Tyto metaanalýzy (2, 3) se však zaměřují pouze na povrchové vody ovlivněné využíváním zemědělské půdy a jsou souhrnem samostatných studií.Pesticidy, zejména insekticidy, existují také ve vysokých koncentracích v odvodnění městské krajiny (4).Je vzácné provádět komplexní hodnocení pesticidů v povrchových vodách vypouštěných ze zemědělství a městské krajiny;proto není známo, zda pesticidy představují rozsáhlou hrozbu pro zdroje povrchových vod a jejich ekologickou integritu.
Benzopyrazoly a neonikotinoidy představovaly v roce 2010 jednu třetinu celosvětového trhu s pesticidy (5).V povrchových vodách ve Spojených státech jsou fipronil a jeho degradační produkty (fenylpyrazoly) nejběžnějšími pesticidními sloučeninami a jejich koncentrace obvykle překračují normy pro vodní prostředí (6-8).Ačkoli neonikotinoidy přitahují pozornost kvůli svým účinkům na včely a ptáky a jejich prevalenci (9), fipronil je toxičtější pro ryby a ptáky (10), zatímco jiné sloučeniny třídy fenylpyrazolů mají herbicidní účinky (5).Fipronil je systémový insekticid používaný k hubení škůdců v městském a zemědělském prostředí.Od vstupu fipronilu na světový trh v roce 1993 se používání fipronilu ve Spojených státech, Japonsku a Spojeném království značně zvýšilo (5).Ve Spojených státech se fipronil používá k hubení mravenců a termitů a používá se v plodinách včetně kukuřice (včetně ošetření semen), brambor a sadů (11, 12).Zemědělské využití fipronilu ve Spojených státech vyvrcholilo v roce 2002 (13).Ačkoli nejsou k dispozici žádné národní údaje o městském využití, městské využití v Kalifornii vyvrcholilo v letech 2006 a 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, přístupné 2. prosince 2019).Ačkoli se v potocích v některých zemědělských oblastech s vysokými aplikačními dávkami nacházejí vysoké koncentrace fipronilu (6,41 μg/l) (14), ve srovnání se zemědělskými toky mají městské toky ve Spojených státech obecně větší detekci a vyšší vysoké koncentrace, což je pozitivní pro s testem souvisí výskyt bouřek (6, 7, 14-17).
Fipronil se dostává do vodního ekosystému odtokem nebo vyluhováním z půdy do toku (7, 14, 18).Fipronil má nízkou těkavost (konstanta Henryho zákona 2,31 × 10-4 Pa m3 mol-1), nízkou až střední rozpustnost ve vodě (3,78 mg/l při 20 °C) a střední hydrofobnost (log Kow je 3,9 až 4,1). mobilita v půdě je velmi malá (log Koc je 2,6 až 3,1) (12, 19) a vykazuje nízkou až střední perzistenci v prostředí (20).Finazepril se rozkládá fotolýzou, oxidací, hydrolýzou a redukcí v závislosti na pH, přičemž se tvoří čtyři hlavní produkty degradace: dessulfoxyfenapril (ani sulfoxid), sulfon fenaprenip (sulfon), Filofenamid (amid) a sulfid filofenibu (sulfid).Produkty degradace fipronilu bývají stabilnější a trvanlivější než mateřská sloučenina (21, 22).
Toxicita fipronilu a jeho degradace na necílové druhy (jako jsou vodní bezobratlí) byla dobře zdokumentována (14, 15).Fipronil je neurotoxická sloučenina, která interferuje s průchodem chloridových iontů chloridovým kanálem regulovaným kyselinou gama-aminomáselnou u hmyzu, což má za následek dostatečnou koncentraci způsobující nadměrné vzrušení a smrt (20).Fipronil je selektivně toxický, takže má větší vazebnou afinitu k receptorům pro hmyz než savci (23).Insekticidní aktivita produktů degradace fipronilu je různá.Toxicita sulfonu a sulfidu pro sladkovodní bezobratlé je podobná nebo vyšší než toxicita mateřské sloučeniny.Desulfinyl má mírnou toxicitu, ale je méně toxický než původní sloučenina.Relativně netoxický (23, 24).Citlivost vodních bezobratlých k rozkladu fipronilu a fipronilu se v rámci taxonů i mezi nimi značně liší (15) a v některých případech dokonce řádově přesahuje (25).Konečně existují důkazy, že fenylpyrazoly jsou pro ekosystém toxičtější, než se dříve myslelo (3).
Vodní biologické standardy založené na laboratorním testování toxicity mohou podceňovat riziko polních populací (26–28).Vodní standardy jsou obvykle stanoveny jednodruhovým laboratorním testováním toxicity za použití jednoho nebo několika druhů vodních bezobratlých (například Diptera: Chironomidae: Chironomus a Crustacea: Daphnia magna a Hyalella azteca).Tyto testovací organismy se obecně snadněji kultivují než ostatní bentické makrobezobratlé (například rod phe::) a v některých případech jsou méně citlivé na znečišťující látky.Například D. Magna je méně citlivý na mnoho kovů než určitý hmyz, zatímco A. zteca je méně citlivý na pyrethroidní insekticid bifenthrin než jeho citlivost na červy (29, 30).Dalším omezením stávajících benchmarků jsou koncové body použité ve výpočtech.Akutní referenční hodnoty jsou založeny na úmrtnosti (nebo pevné u korýšů), zatímco chronické referenční hodnoty jsou obvykle založeny na subletálních koncových bodech (jako je růst a reprodukce) (pokud existují).Existují však rozšířené subletální účinky, jako je růst, vznik, paralýza a vývojové zpoždění, které mohou ovlivnit úspěch taxonů a dynamiku komunity.V důsledku toho, ačkoli referenční hodnota poskytuje pozadí pro biologickou důležitost účinku, ekologický význam jako prahová hodnota toxicity je nejistý.
Aby bylo možné lépe porozumět účinkům sloučenin fipronilu na bentické vodní ekosystémy (bezobratlé a řasy), byla přirozená bentická společenstva přenesena do laboratoře a vystavena koncentračním gradientům během 30denního průtoku Fipronilu nebo jednoho ze čtyř experimentů degradace fipronilu.Cílem výzkumu je vytvořit druhově specifickou 50% účinnou koncentraci (hodnota EC50) pro každou sloučeninu fipronilu reprezentující široký taxon říčního společenstva a určit dopad znečišťujících látek na strukturu a funkci společenstva [tj. nebezpečnou koncentraci] 5 % postižených druhů (HC5) a nepřímé vlivy, jako je změna vzcházení a trofická dynamika].Poté byla prahová hodnota (hodnota HC5 specifická pro sloučeninu) získaná z mezoskopického experimentu aplikována na pole shromážděné organizací United States Geological Survey (USGS) z pěti oblastí Spojených států (severovýchod, jihovýchod, středozápad, severozápadní Pacifik a střední Kalifornie). Data Coastal Zone) jako součást hodnocení kvality regionálního toku USGS (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Pokud víme, jedná se o první hodnocení ekologických rizik.Komplexně zkoumá účinky fipronilových sloučenin na bentické organismy v kontrolovaném meso-prostředí a tyto výsledky pak aplikuje na terénní hodnocení v kontinentálním měřítku.
30denní mezokosmický experiment byl proveden v USGS Aquatic Laboratory (AXL) ve Fort Collins, Colorado, USA od 18. října do 17. listopadu 2017, po dobu 1 dne domestikace a 30 dnů experimentování.Metoda byla dříve popsána (29, 31) a podrobně popsána v doplňkovém materiálu.Nastavení mezo prostoru obsahuje 36 cirkulujících toků ve čtyřech aktivních tocích (nádrže na cirkulující vodu).Každý živý proud je vybaven chladičem pro udržení teploty vody a je osvětlen cyklem světlo-tma 16:8.Mezoúrovňový průtok je z nerezové oceli, která je vhodná pro hydrofobnost fipronilu (log Kow = 4,0) a vhodná pro organická čisticí rozpouštědla (obrázek S1).Voda použitá pro experiment v mezoměřítku byla shromážděna z řeky Cache La Poudre (zdroje proti proudu včetně národního parku Rocky Mountain, National Forest a Continental Divide) a uložena ve čtyřech polyetylenových skladovacích nádržích společnosti AXL.Předchozí hodnocení vzorků sedimentů a vody odebraných z lokality nenalezla žádné pesticidy (29).
Návrh experimentu v mezoměřítku se skládá z 30 procesních proudů a 6 kontrolních proudů.Do upravovacího proudu se dostává upravená voda, z nichž každá obsahuje nereplikované konstantní koncentrace fipronilových sloučenin: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amid (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), odsiřovací skupina [Knihovna pesticidů US Environmental Protection Agency (EPA), CAS 205650-65-3], sulfon (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) a sulfid (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); všechna čistota ≥ 97,8 %. Podle publikovaných hodnot odezvy (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33). Rozpuštěním sloučeniny fipronilu v methanolu (úroveň certifikace Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society) a zředěním deionizovanou vodou na požadovaný objem pro přípravu koncentrovaného zásobního roztoku. Protože množství methanolu v dávce je různé, je nutné přidat methanol do všech proudů úpravy podle potřeby. Ve třech kontrolách zajistit stejnou koncentraci methanolu ( 0,05 ml/l) v tocích Střední pohled na další tři kontrolní toky přijímal říční vodu bez metanolu, jinak se s nimi zacházelo jako se všemi ostatními toky.
8. den, 16. den a 26. den byla v průtokové membráně měřena teplota, hodnota pH, elektrická vodivost a degradace fipronilu a fipronilu.Aby bylo možné sledovat degradaci mateřské sloučeniny fipronilu během testu na médiu, byl fipronil (rodiče) použit k ošetření tekuté střevní sliznice po další tři dny [5., 12. a 21. den (n = 6)] pro teplotu, pH, Vzorkování vodivosti, fipronilu a degradace fipronilu.Vzorky pro analýzu pesticidů byly odebrány filtrací 10 ml tekoucí vody do 20 ml lahvičky z jantarového skla přes stříkačku Whatman 0,7 um GF/F opatřenou jehlou o velkém průměru.Vzorky byly okamžitě zmraženy a odeslány do USGS National Water Quality Laboratory (NWQL) v Lakewood, Colorado, USA k analýze.Použitím vylepšené metody dříve publikované metody byly Fipronil a 4 degradační produkty ve vzorcích vody stanoveny přímou vodní injekcí (DAI) kapalinovou chromatografií-tandemovou hmotnostní spektrometrií (LC-MS / MS; Agilent 6495).Úroveň detekce přístroje (IDL) se odhaduje jako minimální kalibrační standard, který splňuje kvalitativní identifikační standard;IDL fipronilu je 0,005 μg/l a IDL dalších čtyř fipronilu je 0,001 μg/l.Doplňkový materiál poskytuje úplný popis metod používaných k měření sloučenin fipronilu, včetně postupů kontroly kvality a zajišťování (například získávání vzorků, hroty, kontroly třetích stran a slepé vzorky).
Na konci 30denního mezokosmického experimentu byl dokončen výčet a identifikace dospělých a larválních bezobratlých (hlavní cíl sběru dat).Objevující se dospělci jsou každý den sbíráni ze sítě a zmraženi v čisté 15ml centrifugační zkumavce Falcon.Na konci experimentu (30. den) byl obsah membrány v každém proudu vyčištěn, aby se odstranili případní bezobratlí, a prosát (250 μm) a skladován v 80% ethanolu.Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) dokončila taxonomickou identifikaci larev a dospělých bezobratlých na nejnižší možnou taxonomickou úroveň, obvykle druhů.Ve dnech 9, 19 a 29 byl chlorofyl a měřen třikrát v mezoskopické membráně každého proudu.Všechna chemická a biologická data jako součást mezoskopického experimentu jsou poskytnuta v doprovodném datovém vydání (35).
Ekologické průzkumy byly prováděny v malých (brodivých) tocích v pěti hlavních oblastech Spojených států a pesticidy byly sledovány během předchozího indexového období.Stručně řečeno, na základě využití zemědělské a městské půdy (36-40) bylo v každém kraji vybráno 77 až 100 lokalit (celkem 444 lokalit).Během jara a léta jednoho roku (2013-2017) se vzorky vody odebírají jednou týdně v každém regionu po dobu 4 až 12 týdnů.Konkrétní doba závisí na regionu a intenzitě rozvoje.Nicméně 11 stanic v severovýchodní oblasti je téměř v povodí.Žádný vývoj, kromě toho, že byl odebrán pouze jeden vzorek.Vzhledem k tomu, že období monitorování pesticidů v regionálních studiích jsou různé, pro srovnání jsou zde uvažovány pouze poslední čtyři vzorky odebrané na každém místě.Předpokládá se, že jediný vzorek odebraný na nezastavěné severovýchodní lokalitě (n = 11) může představovat 4týdenní období odběru vzorků.Tato metoda vede ke stejnému počtu pozorování pesticidů (kromě 11 míst na severovýchodě) a ke stejné délce pozorování;předpokládá se, že 4 týdny jsou dostatečně dlouhé pro dlouhodobou expozici biotě, ale dostatečně krátké na to, aby se ekologická komunita z těchto kontaktů nevzpamatovala.
V případě dostatečného průtoku se vzorek vody odebírá pomocí konstantní rychlosti a konstantní šířky (41).Když průtok nestačí k použití této metody, můžete vzorky odebírat hlubokou integrací vzorků nebo uchopením z těžiště toku.Pomocí stříkačky s velkým otvorem a kotoučového filtru (0,7 μm) odeberte 10 ml filtrovaného vzorku (42).Prostřednictvím DAI LC-MS/MS/MS/MS byly vzorky vody analyzovány v NWQL na 225 pesticidů a produktů degradace pesticidů, včetně fipronilu a 7 produktů degradace (dessulfinyl fipronil, fipronil), sulfidy, fipronil sulfon, deschlorofipronil, desthiol fipronil, amid, fipronil a fipronil).).Typické minimální oznamovací úrovně pro terénní studie jsou: fipronil, desmethylthiofluorbenzonitril, fipronil sulfid, fipronil sulfon a deschlorofipronil 0,004 μg/l;dessulfinylfluorfenamid a Koncentrace fipronilamidu je 0,009 μg/litr;koncentrace fipronilsulfonátu je 0,096 μg/litr.
Společenstva bezobratlých se odebírají na konci každé plošné studie (jaro/léto), obvykle ve stejnou dobu jako poslední odběr vzorků pesticidů.Po vegetačním období a intenzivním používání pesticidů by doba odběru vzorků měla odpovídat podmínkám nízkého průtoku a měla by se shodovat s dobou, kdy společenstvo říčních bezobratlých dozrává a je převážně ve stádiu života larev.Pomocí vzorkovače Surber s oky 500 μm nebo D-frame sítí byl odběr společenstev bezobratlých dokončen na 437 ze 444 lokalit.Metoda odběru vzorků je podrobně popsána v doplňkovém materiálu.Na NWQL jsou všichni bezobratlí obvykle identifikováni a uvedeni na úrovni rodu nebo druhu.Všechny chemické a biologické údaje shromážděné v této oblasti a použité v tomto rukopisu lze nalézt v doprovodném vydání údajů (35).
Pro pět fipronilových sloučenin použitých v mezoskopickém experimentu byla vypočtena koncentrace larválních bezobratlých snížená o 20 % nebo 50 % vzhledem ke kontrole (tj. EC20 a EC50).Údaje [x = časově vážená koncentrace fipronilu (podrobnosti viz doplňkový materiál), y = početnost larev nebo jiné metriky] byly přizpůsobeny rozšířenému balíčku R(43) pomocí tříparametrové logaritmické regresní metody “drc”.Křivka se hodí pro všechny druhy (larvy) s dostatečným množstvím a splňuje další metriky zájmu (například bohatost taxonů, celkové množství jepic a celkové množství), aby bylo možné lépe porozumět účinku komunity.Nash-Sutcliffův koeficient (45) se používá k hodnocení přizpůsobení modelu, kde špatné přizpůsobení modelu může získat nekonečné záporné hodnoty a hodnota dokonalého přizpůsobení je 1.
Abychom prozkoumali účinky fipronilových sloučenin na výskyt hmyzu v experimentu, byla data vyhodnocena dvěma způsoby.Za prvé, odečtením průměrného výskytu kontrolního toku meso od výskytu každého ošetření toku meso, kumulativní denní výskyt hmyzu z každého toku meso (celkový počet všech jedinců) byl normalizován na kontrolu.Vyneste tyto hodnoty v závislosti na čase, abyste pochopili odchylku mediátoru léčebné tekutiny od mediátoru kontrolní tekutiny ve 30denním experimentu.Za druhé, vypočítejte celkové procento výskytu každého průtokového mezofylu, které je definováno jako poměr celkového počtu mezofylů v daném toku k průměrnému počtu larev a dospělců v kontrolní skupině a je vhodné pro tříparametrovou logaritmickou regresi. .Veškerý odebraný klíčící hmyz pocházel ze dvou podčeledí čeledi Chironomidae, proto byla provedena kombinovaná analýza.
Změny ve struktuře společenstva, jako je ztráta taxonů, mohou v konečném důsledku záviset na přímých a nepřímých účincích toxických látek a mohou vést ke změnám ve funkci společenstva (například trofická kaskáda).Pro testování trofické kaskády byla vyhodnocena jednoduchá kauzální síť pomocí metody analýzy cesty (R balíček „piecewiseSEM“) (46).Pro mezoskopické experimenty se předpokládá, že fipronil, desulfinyl, sulfid a sulfon (netestovaný amid) ve vodě za účelem snížení biomasy škrabky nepřímo vedou ke zvýšení biomasy chlorofylu a (47).Předpovědní proměnnou je koncentrace sloučeniny a proměnnými odezvy jsou škrabka a biomasa chlorofylu.Fisherova C statistika se používá k vyhodnocení shody modelu, takže hodnota P < 0,05 indikuje dobrou shodu modelu (46).
Aby bylo možné vyvinout prostředek prahové ochrany ekologického společenství na základě rizik, každá sloučenina získala 95 % ochrany chronické citlivosti vůči druhům (HC5) a ochrany koncentrace nebezpečí.Byly vygenerovány tři datové sady SSD: (i) pouze meso datová sada, (ii) datová sada obsahující všechna meso data a data shromážděná z databázového dotazu EPA ECOTOX (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, přístupná na 14. března 2019), doba trvání studie je 4 dny nebo déle, a (iii) soubor dat obsahující všechna mezoskopická data a data ECOTOX, ve kterých jsou data ECOTOX (akutní expozice) dělená akutní a poměrem chronické D. magna ( 19.39) k vysvětlení rozdílu v trvání expozice a přiblížení chronické hodnoty EC50 (12).Naším účelem generování více modelů SSD je (i) vyvinout hodnoty HC5 pro srovnání s terénními daty (pouze pro SSD pro média) a (ii) posoudit, že mediální data jsou pro zahrnutí do akvakultury akceptována více než regulační agentury. robustnost životních benchmarků a standardní nastavení zdrojů dat, a tedy i proveditelnost použití mezoskopických studií pro proces přizpůsobení.
SSD byl vyvinut pro každou datovou sadu pomocí balíčku R „ssdtools“ (48).Použijte bootstrap (n = 10 000) k odhadu průměru HC5 a intervalu spolehlivosti (CI) z SSD.Čtyřicet devět odpovědí taxonů (všechny taxony, které byly identifikovány jako rod nebo druhy) vyvinutých prostřednictvím tohoto výzkumu je kombinováno s 32 odpověďmi taxonů sestavenými ze šesti publikovaných studií v databázi ECOTOX, takže pro vývoj SSD lze použít celkem 81 odpovědí taxonu. .Protože v databázi amidů ECOTOX nebyla nalezena žádná data, nebyl pro amidy vyvinut žádný SSD a ze současné studie byla získána pouze jedna odezva EC50.Přestože byla v databázi ECOTOX nalezena hodnota EC50 pouze jedné sulfidové skupiny, současný postgraduální student má 12 hodnot EC50.Proto byly vyvinuty SSD pro sulfinylové skupiny.
Specifické hodnoty HC5 fipronilových sloučenin získané pouze z datového souboru SSD Mesocosmos byly zkombinovány s terénními údaji pro posouzení expozice a potenciální toxicity fipronilových sloučenin ve 444 tocích z pěti oblastí ve Spojených státech.V posledním 4týdenním okně odběru vzorků se každá detekovaná koncentrace fipronilových sloučenin (nedetekované koncentrace jsou nulové) vydělí příslušným HC5 a poměr sloučenin v každém vzorku se sečte, aby se získala jednotka celkové toxicity fipronilu (ΣTUFipronils), kde ΣTUFipronils> 1 znamená toxicitu.
Porovnáním nebezpečné koncentrace 50 % postižených druhů (HC50) s hodnotou EC50 bohatosti taxonů odvozenou z experimentu se střední membránou byla SSD získaná z dat střední membrány vyhodnocena tak, aby odrážela citlivost širší ekologické komunity na fipronil stupeň..Prostřednictvím tohoto srovnání lze vyhodnotit konzistenci mezi metodou SSD (zahrnující pouze taxony se vztahem dávka-odpověď) a metodou EC50 (včetně všech jedinečných taxonů pozorovaných ve středním prostoru) pomocí metody EC50 měření bohatosti taxonů Pohlaví.Vztah reakce na dávku.
Ukazatel rizika pesticidů (SPEAR pesticides) byl vypočítán za účelem zjištění vztahu mezi zdravotním stavem společenstev bezobratlých a ΣTUFipronilem ve 437 tocích sbírajících bezobratlé živočichy.Metrika SPEAR pesticidů převádí složení bezobratlých na metriku četnosti pro biologickou taxonomii s fyziologickými a ekologickými charakteristikami, čímž propůjčuje citlivost na pesticidy.Indikátor SPEAR pesticidy není citlivý na přirozené kovariáty (49, 50), i když jeho výkonnost bude ovlivněna závažnou degradací stanovišť (51).Údaje o četnosti shromážděné na místě pro každý taxon jsou koordinovány s klíčovou hodnotou taxonu související se softwarem ASTERICS pro posouzení ekologické kvality řeky (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Poté importujte data do softwaru Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (verze 18.05).V tomto softwaru se používá databáze evropských vlastností a databáze s fyziologickou citlivostí na pesticidy k převodu dat každé lokality na indikátor pesticidů SPEAR.Každá z pěti regionálních studií použila obecný aditivní model (GAM) [balíček "mgcv" v R(52)) ke zkoumání vztahu mezi metrikou SPEAR pesticidů a ΣTUFipronils [log10(X + 1) konverze] Associated.Podrobnější informace o metrikách pesticidů SPEAR a analýze dat naleznete v doplňkových materiálech.
Index kvality vody je konzistentní v každém mezoskopickém průtoku a po celou dobu mezoskopického experimentu.Průměrná teplota, pH a vodivost byly 13,1 °C (±0,27 °C), 7,8 (±0,12) a 54,1 (±2,1) μS/cm (35).Naměřený rozpuštěný organický uhlík v čisté říční vodě je 3,1 mg/l.V mezo-pohledu na řeku, kde je nasazen záznamník MiniDOT, je rozpuštěný kyslík blízko nasycení (průměr > 8,0 mg/l), což naznačuje, že proud je plně cirkulován.
Údaje o kontrole kvality a zajištění kvality fipronilu jsou uvedeny v doprovodném vydání údajů (35).Stručně řečeno, míry výtěžnosti hrotů laboratorní matrice a mezoskopických vzorků jsou obvykle v přijatelných rozmezích (výtěžnost 70 % až 130 %), standardy IDL potvrzují kvantitativní metodu a laboratorní a přístrojové slepé vzorky jsou obvykle čisté Existuje jen velmi málo výjimek kromě tato zobecnění diskutovaná v doplňkovém materiálu..
Kvůli konstrukci systému je naměřená koncentrace fipronilu obvykle nižší než cílová hodnota (obr. S2) (protože dosažení ustáleného stavu za ideálních podmínek trvá 4 až 10 dní) (30).Ve srovnání s jinými fipronilovými sloučeninami se koncentrace desulfinylu a amidu v průběhu času mění jen málo a variabilita koncentrace při ošetření je menší než rozdíl mezi ošetřeními s výjimkou ošetření sulfonem a sulfidem s nízkou koncentrací.Časově vážený průměr naměřených koncentrací pro každou léčebnou skupinu je následující: Fipronil, IDL až 9,07 μg/l;desulfinyl, IDL až 2,15 μg/l;Amid, IDL do 4,17 μg/l;Sulfid, IDL Do 0,57 μg/litr;a sulfon, IDL je 1,13 μg/litr (35).V některých proudech byly detekovány necílové fipronilové sloučeniny, tj. sloučeniny, které nebyly přidány do specifické úpravy, ale bylo známo, že jsou produkty degradace upravované sloučeniny.Mezoskopické membrány ošetřené mateřskou sloučeninou fipronilem mají nejvyšší počet detekovaných necílových degradačních produktů (pokud nejsou použity jako zpracovatelská sloučenina, jsou to sulfinyl, amid, sulfid a sulfon);ty mohou být způsobeny spíše nečistotami ve sloučenině a/nebo degradačními procesy, ke kterým dochází během skladování zásobního roztoku a (nebo) v mezoskopickém experimentu, než výsledkem křížové kontaminace.Při léčbě fipronilem nebyl pozorován žádný trend degradační koncentrace.Necílové degradační sloučeniny jsou nejčastěji detekovány v těle s nejvyšší léčebnou koncentrací, ale koncentrace je nižší než koncentrace těchto necílových sloučenin (koncentrace viz další část).Protože tedy necílové degradační sloučeniny obvykle nejsou detekovány při nejnižším ošetření fipronilem a protože detekovaná koncentrace je nižší než účinná koncentrace při nejvyšším ošetření, dochází se k závěru, že tyto necílové sloučeniny mají minimální dopad na analýzu.
V experimentech s médii byli bentičtí makrobezobratlí citliví na fipronil, desulfinyl, sulfon a sulfid [tabulka S1;původní údaje o abundanci jsou uvedeny v doprovodné datové verzi (35)].Fipronil amid je pouze pro mouchu Rhithrogena sp.Toxický (fatální), jeho EC50 je 2,05 μg/l [±10,8(SE)].Byly vytvořeny křivky dávka-odpověď 15 unikátních taxonů.Tyto taxony vykazovaly mortalitu v testovaném koncentračním rozmezí (tabulka S1) a cílené skupinové taxony (jako jsou mouchy) (obrázek S3) a bohaté taxony (obrázek 1). Byla vytvořena křivka odpovědi na dávku.Koncentrace (EC50) fipronilu, desulfinylu, sulfonu a sulfidu na jedinečných taxonech nejcitlivějších taxonů se pohybuje v rozmezí 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 a 0,005-0,043 μg/l, v daném pořadí.Rhithrogena sp.a Sweltsa sp.;Obrázek S4) jsou nižší než u více tolerovaných taxonů (jako je Micropsectra / Tanytarsus a Lepidostoma sp.) (tabulka S1).Podle průměrné hodnoty EC50 každé sloučeniny v tabulce SI jsou nejúčinnějšími sloučeninami sulfony a sulfidy, zatímco bezobratlí jsou obecně nejméně citliví na desulfinyl (s výjimkou amidů).Metriky celkového ekologického stavu, jako je bohatost taxonů, celková abundance, celkový pentaploidní a celkový počet kamenných mušek, včetně taxonů a četnosti některých taxonů, jsou v meso velmi vzácné a nelze je vypočítat Nakreslete samostatnou křivku závislosti odpovědi na dávce.Proto tyto ekologické indikátory zahrnují odpovědi taxonu, které nejsou zahrnuty v SSD.
Bohatost taxonů (larva) s tříúrovňovou logistickou funkcí koncentrace (A) fipronilu, (B) desulfinylu, (C) sulfonu a (D) sulfidu.Každý datový bod představuje larvy z jednoho proudu na konci 30denního mezo experimentu.Bohatost taxonu je počet jedinečných taxonů v každém toku.Hodnota koncentrace je časově vážený průměr pozorované koncentrace každého proudu naměřeného na konci 30denního experimentu.Fipronil amid (nezobrazeno) nemá žádný vztah s bohatými taxony.Vezměte prosím na vědomí, že osa x je na logaritmické stupnici.EC20 a EC50 s SE jsou uvedeny v tabulce SI.
Při nejvyšší koncentraci všech pěti fipronilových sloučenin se míra výskytu Uetridae snížila.Bylo pozorováno, že procento klíčivosti (EC50) sulfidu, sulfonu, fipronilu, amidu a desulfinylu se snížilo o 50 % při koncentracích 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 a 0,97 μg/l (obrázek 2 a obrázek S5).Ve většině 30denních experimentů byla všechna ošetření fipronilem, desulfinylem, sulfonem a sulfidem zpožděna, s výjimkou některých ošetření s nízkou koncentrací (obrázek 2), a jejich výskyt byl inhibován.Při ošetření amidem byl akumulovaný výtok během celého experimentu vyšší než u kontroly, s koncentrací 0,286 μg/litr.Nejvyšší koncentrace (4,164 μg/litr) v průběhu celého experimentu inhibovala výtok a rychlost výtoku při přechodném ošetření byla podobná jako u kontrolní skupiny.(obrázek 2).
Kumulativní výskyt je průměrný denní průměrný výskyt každého ošetření mínus (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfon, (D) sulfid a (E) amid v kontrolním proudu Průměrný denní průměrný výskyt membrány.S výjimkou kontroly (n = 6), n = 1. Hodnota koncentrace je časově vážený průměr pozorované koncentrace v každém toku.
Křivka dávka-odpověď ukazuje, že kromě taxonomických ztrát dochází ke strukturálním změnám na úrovni komunity.Konkrétně v rozmezí testovaných koncentrací množství květu (obrázek S3) a množství taxonů (obrázek 1) vykazovalo významný vztah mezi dávkou a odezvou u fipronilu, desulfinylu, sulfonu a sulfidu.Testováním nutriční kaskády jsme proto zkoumali, jak tyto strukturální změny vedou ke změnám ve funkci komunity.Expozice vodních bezobratlých fipronilu, desulfinylu, sulfidu a sulfonu má přímý negativní dopad na biomasu škrabky (obrázek 3).Aby bylo možné kontrolovat negativní vliv fipronilu na biomasu škrabky, škrabka také negativně ovlivnila biomasu chlorofylu a (obrázek 3).Výsledkem těchto negativních dráhových koeficientů je čistý nárůst chlorofylu a se zvyšující se koncentrací fipronilu a degradantů.Tyto plně zprostředkované modely dráhy ukazují, že zvýšená degradace fipronilu nebo fipronilu vede ke zvýšení podílu chlorofylu a (obrázek 3).Předem se předpokládá, že přímý vliv mezi koncentrací fipronilu nebo degradační koncentrací a biomasou chlorofylu a chlorofylu je nulový, protože sloučeniny fipronilu jsou pesticidy a mají nízkou přímou toxicitu pro řasy (například základní koncentrace EPA akutní nevaskulární rostliny je 100 μg / l fipronil, disulfoxidová skupina, sulfon a sulfid; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), Všechny výsledky (platné modely) to podporují hypotéza.
Fipronil může významně snížit biomasu (přímý účinek) pastvy (skupinou škrabáků jsou larvy), ale nemá přímý vliv na biomasu chlorofylu a.Silným nepřímým účinkem fipronilu je však zvýšení biomasy chlorofylu a v reakci na menší pastvu.Šipka označuje standardizovaný koeficient dráhy a znaménko mínus (-) označuje směr asociace.* Označuje stupeň důležitosti.
Tři SSD (pouze střední vrstva, střední vrstva plus data ECOTOX a střední vrstva plus data ECOTOX korigovaná na rozdíly v trvání expozice) produkovaly nominálně odlišné hodnoty HC5 (tabulka S3), ale výsledky byly v rozsahu SE.Ve zbytku této studie se zaměříme na datový SSD pouze s meso vesmírem a související hodnotou HC5.Úplnější popis těchto tří hodnocení SSD naleznete v doplňkových materiálech (tabulky S2 až S5 a obrázky S6 a S7).Nejlépe vyhovující distribuce dat (nejnižší skóre informačního standardu Akaike) ze čtyř fipronilových sloučenin (obrázek 4) použitých pouze v meso-solidní SSD mapě je log-gumbel fipronilu a sulfonu a weibull sulfid a odsířený γ ( Tabulka S3).Hodnoty HC5 získané pro každou sloučeninu jsou uvedeny na obrázku 4 pouze pro meso vesmír a v tabulce S3 jsou uvedeny hodnoty HC5 ze všech tří sad dat SSD.Hodnoty HC50 fipronilových, sulfidových, sulfonových a desulfinylových skupin [22,1 ± 8,78 ng/l (95 % CI, 11,4 až 46,2), 16,9 ± 3,38 ng/l (95 % CI, 11,2 až 24,0), 8 80 ± 2,66 ng/L (95% CI, 5,44 až 15,8) a 83,4±32,9 ng/L (95% CI, 36,4 až 163)] Tyto sloučeniny jsou výrazně nižší než bohatost EC50 taxonů (celkový počet unikátních taxonů) (tabulka S1 poznámky v tabulce doplňkových materiálů jsou mikrogramy na litr).
V experimentu v mezoměřítku, při vystavení (A) fipronilu, (B) dessulfinyl fipronilu, (C) fipronil sulfonu, (D) fipronil sulfidu po dobu 30 dnů, je druhová citlivost popsána Je to hodnota EC50 taxonu.Modrá přerušovaná čára představuje 95% CI.Vodorovná přerušovaná čára představuje HC5.Hodnota HC5 (ng/l) každé sloučeniny je následující: Fipronil, 4,56 ng/l (95% CI, 2,59 až 10,2);Sulfid, 3,52 ng/l (1,36 až 9,20);Sulfon, 2,86 ng/litr (1,93 až 5,29);a sulfinyl, 3,55 ng/litr (0,35 až 28,4).Vezměte prosím na vědomí, že osa x je na logaritmické stupnici.
V pěti regionálních studiích byl Fipronil (rodiče) detekován ve 22 % ze 444 terénních odběrových míst (tabulka 1).Frekvence detekce florfenibu, sulfonu a amidu je podobná (18 % až 22 % vzorku), frekvence detekce sulfidu a desulfinylu je nižší (11 % až 13 %), zatímco zbývající produkty degradace jsou velmi vysoké.Málo (1 % nebo méně) nebo nikdy nebylo zjištěno (tabulka 1)..Fipronil je nejčastěji detekován na jihovýchodě (52 % lokalit) a nejméně často na severozápadě (9 % lokalit), což zdůrazňuje variabilitu užívání benzopyrazolu a potenciální zranitelnost toků v celé zemi.Degradanti obvykle vykazují podobné regionální vzorce, s nejvyšší frekvencí detekce na jihovýchodě a nejnižší na severozápadě nebo na pobřeží Kalifornie.Naměřená koncentrace fipronilu byla nejvyšší, následovala mateřská sloučenina fipronil (90% procento 10,8 a 6,3 ng/l, v daném pořadí) (tabulka 1) (35).Nejvyšší koncentrace fipronilu (61,4 ng/l), disulfinylu (10,6 ng/l) a sulfidu (8,0 ng/l) byla stanovena na jihovýchodě (v posledních čtyřech týdnech vzorku).Nejvyšší koncentrace sulfonu byla zjištěna na západě.(15,7 ng/l), amid (42,7 ng/l), dessulfinyl flupirnamid (14 ng/l) a fipronil sulfonát (8,1 ng/l) (35).Florfenidsulfon byl jedinou sloučeninou, u které bylo pozorováno, že překračuje HC5 (tabulka 1).Průměrné ΣTUFipronils mezi různými regiony se velmi liší (tabulka 1).Celostátní průměr ΣTUFipronilů je 0,62 (všechny lokality, všechny regiony) a 71 míst (16 %) má ΣTUFipronils > 1, což naznačuje, že může být toxický pro bentické makrobezobratlé.Ve čtyřech z pěti studovaných oblastí (kromě středozápadu) existuje významný vztah mezi pesticidy SPEAR a ΣTUFipronil, s upraveným R2 v rozmezí od 0,07 podél pobřeží Kalifornie do 0,34 na jihovýchodě (obrázek 5).
*Sloučeniny používané v mezoskopických experimentech.†ΣTUFipronils, medián součtu jednotek toxinu [pozorovaná polní koncentrace čtyř fipronilových sloučenin/nebezpečná koncentrace každé sloučeniny z pátého percentilu druhů infikovaných SSD (obrázek 4)] U týdenních vzorků fipronilu poslední 4 týdny byly vypočítány vzorky pesticidů odebrané na každém místě.‡Počet míst, kde se měří pesticidy.§90. percentil je založen na maximální koncentraci pozorované na místě během posledních 4 týdnů odběru vzorků pesticidů.s procentem testovaných vzorků.¶ K výpočtu CI použijte 95% CI hodnoty HC5 (obrázek 4 a tabulka S3, pouze meso).Dechloroflupinib byl analyzován ve všech regionech a nikdy nebyl nalezen.ND, nezjištěno.
Toxická jednotka Fipronilu je naměřená koncentrace fipronilu dělená hodnotou HC5 specifickou pro sloučeninu, která je určena SSD získanou z experimentu s médiem (viz obrázek 4).Černá čára, zobecněný aditivní model (GAM).Červená přerušovaná čára má CI 95 % pro GAM.ΣTUFipronils se převede na log10 (ΣTUFipronils+1).
Nežádoucí účinky fipronilu na necílové vodní druhy byly dobře zdokumentovány (15, 21, 24, 25, 32, 33), ale toto je první studie, ve které je v kontrolovaném laboratorním prostředí citlivý.Společenstva taxonů byla vystavena fipronilovým sloučeninám a výsledky byly extrapolovány v kontinentálním měřítku.Výsledky 30denního mezokosmického experimentu mohou vytvořit 15 samostatných skupin vodního hmyzu (tabulka S1) s neuvedenou koncentrací v literatuře, mezi nimiž je vodní hmyz v databázi toxicity nedostatečně zastoupen (53, 54).Křivky závislosti odpovědi na dávce specifické pro taxony (jako je EC50) se odrážejí ve změnách na úrovni komunity (jako je bohatost taxonů a ztráta hojnosti taxonů) a funkčních změnách (jako jsou nutriční kaskády a změny vzhledu).Účinek mezoskopického vesmíru byl extrapolován na pole.Ve čtyřech z pěti výzkumných oblastí ve Spojených státech byla koncentrace fipronilu naměřená v terénu korelována s poklesem vodního ekosystému v tekuté vodě.
Hodnota HC5 u 95 % druhů v experimentu se střední membránou má ochranný účinek, což naznačuje, že celková společenstva vodních bezobratlých jsou citlivější na sloučeniny fipronilu, než se dříve vědělo.Získaná hodnota HC5 (florfenib, 4,56 ng/l; desulfoxiran, 3,55 ng/l; sulfon, 2,86 ng/l; sulfid, 3,52 ng/l) je několikanásobná (florfenib) až trojnásobná více než řádově (desulfinyl ) pod současnou referenční hodnotou EPA pro chronické bezobratlé [fipronil, 11 ng/litr;desulfinyl, 10 310 ng/litr;sulfon, 37 ng/litr;a sulfid, pro 110 ng/litr (8)].Mezoskopické experimenty identifikovaly mnoho skupin, které jsou citlivé na fipronil místo skupin indikovaných benchmarkem pro chronické bezobratlé EPA (4 skupiny, které jsou citlivější na fipronil, 13 párů desulfinylu, 11 párů sulfonu a 13 párů) Senzitivita na sulfidy) (obrázek 4 a tabulka) S1).To ukazuje, že referenční hodnoty nemohou chránit několik druhů, které jsou také pozorovány ve středním světě a které jsou také rozšířeny ve vodních ekosystémech.Rozdíl mezi našimi výsledky a současnou referenční hodnotou je způsoben především nedostatkem údajů z testů toxicity fipronilu použitelných na řadu taxonů vodního hmyzu, zejména pokud doba expozice přesáhne 4 dny a fipronil se rozkládá.Během 30denního mezokosmického experimentu byla většina hmyzu ve společenstvu bezobratlých citlivější na fipronil než běžný testovací organismus Aztec (korýš), a to i po úpravě hodnoty Aztec EC50 Teike je po akutní transformaci stejný.(Obvykle 96 hodin) až po dobu chronické expozice (obrázek S7).Lepšího konsenzu bylo dosaženo mezi experimentem se střední membránou a studií uvedenou v ECOTOX za použití standardního testovacího organismu Chironomus dilutus (hmyz).Není divu, že vodní hmyz je zvláště citlivý na pesticidy.Bez úpravy doby expozice ukázaly experiment v mezoměřítku a obsáhlá data databáze ECOTOX, že mnoho taxonů bylo pozorováno jako citlivějších na fipronilové sloučeniny než zředěné Clostridium (obrázek S6).Po úpravě doby expozice je však Dilution Clostridium nejcitlivějším organismem na fipronil (rodičovský) a sulfid, ačkoli není citlivý na sulfon (obrázek S7).Tyto výsledky ilustrují důležitost zahrnutí více typů vodních organismů (včetně více druhů hmyzu) pro produkci skutečných koncentrací pesticidů, které mohou chránit vodní organismy.
Metoda SSD může chránit vzácné nebo necitlivé taxony, jejichž EC50 nelze určit, jako je Cinygmula sp., Isoperla fulva a Brachycentrus americanus.Hodnoty EC50 četnosti taxonů a četnosti mohou létat odrážející změny ve složení komunity jsou v souladu s hodnotami HC50 SSD fipronilu, sulfonu a sulfidu.Protokol podporuje následující myšlenku: Metoda SSD použitá k odvození prahových hodnot může chránit celou komunitu, včetně vzácných nebo necitlivých taxonů v komunitě.Prahová hodnota vodních organismů stanovená z SSD na základě pouze několika taxonů nebo necitlivých taxonů může být pro ochranu vodních ekosystémů značně nedostatečná.To je případ desulfinylu (obrázek S6B).Kvůli nedostatku údajů v databázi ECOTOX je výchozí koncentrace chronických bezobratlých EPA 10 310 ng/l, což je o čtyři řády více než 3,55 ng/l HC5.Výsledky různých souborů odpovědí taxonů získané v mezoskopických experimentech.Nedostatek údajů o toxicitě je zvláště problematický u rozložitelných sloučenin (obrázek S6), což může vysvětlovat, proč jsou stávající biologické standardy pro vodní prostředí pro sulfon a sulfid asi 15 až 30krát méně citlivé než hodnota SSD HC5 založená na China Universe.Výhodou metody střední membrány je, že v jediném experimentu lze stanovit více hodnot EC50, což je dostatečné k vytvoření kompletního SSD (například desulfinyl; obrázek 4B a obrázky S6B a S7B) a má významný dopad o přírodních taxonech chráněného ekosystému Mnoho odpovědí.
Mezoskopické experimenty ukazují, že fipronil a jeho degradační produkty mohou mít zjevné subletální a nepřímé nepříznivé účinky na funkci komunity.V mezoskopickém experimentu se ukázalo, že všech pět fipronilových sloučenin ovlivňuje výskyt hmyzu.Výsledky srovnání nejvyšší a nejnižší koncentrace (inhibice a stimulace individuálního vzcházení nebo změny doby vzcházení) jsou v souladu s dříve uváděnými výsledky mezo experimentů s použitím insekticidu bifenthrin (29).Výskyt dospělých jedinců zajišťuje důležité ekologické funkce a může být ovlivněn znečišťujícími látkami, jako je fipronil (55, 56).Současné vzcházení není rozhodující pouze pro reprodukci hmyzu a perzistenci populace, ale také pro přísun dospělého hmyzu, který může být použit jako potrava pro vodní i suchozemské živočichy (56).Zabránění vzejití semenáčků může nepříznivě ovlivnit výměnu potravy mezi vodními ekosystémy a břehovými ekosystémy a rozšířit účinky vodních polutantů do suchozemských ekosystémů (55, 56).Snížení četnosti škrabadel (hmyz živící se řasami) pozorované v experimentu v mezoměřítku mělo za následek snížení spotřeby řas, což mělo za následek zvýšení chlorofylu a (obrázek 3).Tato trofická kaskáda mění toky uhlíku a dusíku v kapalné potravní síti, podobně jako studie, která hodnotila účinky pyretroidního bifenthrinu na bentická společenství (29).Proto fenylpyrazoly, jako je fipronil a jeho degradační produkty, pyretroidy a možná i další typy insekticidů, mohou nepřímo podporovat nárůst biomasy řas a narušení uhlíku a dusíku v malých tocích.Další dopady se mohou rozšířit na zničení koloběhu uhlíku a dusíku mezi vodními a suchozemskými ekosystémy.
Informace získané ze středního membránového testu nám umožnily vyhodnotit ekologickou relevanci koncentrací fipronilové sloučeniny měřené v rozsáhlých polních studiích provedených v pěti oblastech Spojených států.Ve 444 malých tocích překročilo 17 % průměrné koncentrace jedné nebo více sloučenin fipronilu (průměr za 4 týdny) hodnotu HC5 získanou z testu média.Použijte SSD z experimentu v mezoměřítku k převodu naměřené koncentrace fipronilové sloučeniny na index související s toxicitou, tj. součet jednotek toxicity (ΣTUFipronils).Hodnota 1 znamená toxicitu nebo kumulativní expozice fipronilové sloučenině překračuje známou ochranu Druh v hodnotě 95 %.Významný vztah mezi ΣTUFipronilem ve čtyřech z pěti regionů a indikátorem zdraví bezobratlých pesticidů SPEAR naznačuje, že fipronil může nepříznivě ovlivnit společenstva bentických bezobratlých v řekách v mnoha oblastech Spojených států.Tyto výsledky podporují hypotézu Wolframa et al.(3) Riziko fenpyrazolových insekticidů pro povrchové vody ve Spojených státech není zcela pochopeno, protože dopad na vodní hmyz se vyskytuje pod současnou regulační prahovou hodnotou.
Většina toků s obsahem fipronilu nad toxickou úrovní se nachází v relativně urbanizovaném jihovýchodním regionu (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Předchozí hodnocení oblasti nejen dospělo k závěru, že fipronil je hlavním stresorem ovlivňujícím strukturu společenstva bezobratlých v potoce, ale také že nízký obsah rozpuštěného kyslíku, zvýšené množství živin, změny proudění, degradace stanovišť a další pesticidy a kategorie znečišťujících látek je důležitou zdroj stresu (57).Tato směs stresorů je v souladu se „syndromem městských řek“, což je degradace říčních ekosystémů běžně pozorovaná ve vztahu k městskému využívání půdy (58, 59).Známky využití městské půdy v jihovýchodním regionu rostou a očekává se, že se budou zvyšovat s tím, jak roste počet obyvatel regionu.Očekává se, že vliv budoucího rozvoje měst a pesticidů na odtok z měst se zvýší (4).Pokud bude urbanizace a používání fipronilu nadále růst, může používání tohoto pesticidu ve městech stále více ovlivňovat komunity potoků.Ačkoli metaanalýza dochází k závěru, že používání zemědělských pesticidů ohrožuje ekosystémy globálního toku (2, 60), předpokládáme, že tato hodnocení podceňují celkový globální dopad pesticidů vyloučením použití ve městech.
Různé stresory, včetně pesticidů, mohou ovlivnit společenstva makrobezobratlých v rozvinutých povodích (městské, zemědělské a smíšené využití půdy) a mohou souviset s využíváním půdy (58, 59, 61).Ačkoli tato studie používala indikátor SPEAR pesticidy a charakteristiky toxicity fipronilu specifické pro vodní organismy k minimalizaci dopadu matoucích faktorů, výkonnost indikátoru SPEAR pesticidů může být ovlivněna degradací stanovišť a fipronil lze srovnávat s jinými souvisejícími s pesticidy (4, 17, 51, 57).Model vícenásobného stresoru vyvinutý pomocí terénních měření z prvních dvou regionálních studií (středozápadní a jihovýchodní) však ukázal, že pesticidy jsou důležitým stresorem proti proudu pro podmínky společenstva makrobezobratlých v brodivých řekách.V těchto modelech patří mezi důležité vysvětlující proměnné pesticidy (zejména bifenthrin), živiny a charakteristiky stanovišť ve většině zemědělských toků na Středozápadě a pesticidy (zejména fipronil) ve většině měst na jihovýchodě.Změny kyslíku, živin a průtoku (61, 62).Přestože se tedy regionální studie pokoušejí zabývat se dopadem nepesticidních stresorů na indikátory odezvy a upravit prediktivní indikátory tak, aby popisovaly dopad fipronilu, terénní výsledky tohoto průzkumu podporují názor fipronilu.) Měl by být považován za jeden z nejvlivnějších zdrojů tlaku v amerických řekách, zejména na jihovýchodě Spojených států.
Výskyt degradace pesticidů v životním prostředí je zřídka dokumentován, ale ohrožení vodních organismů může být škodlivější než mateřské tělo.V případě fipronilu polní studie a experimenty v mezoměřítku ukázaly, že degradační produkty jsou ve vzorkovaných tocích stejně běžné jako mateřská látka a mají stejnou nebo vyšší toxicitu (tabulka 1).V experimentu se střední membránou byl fluorobenzonitrilsulfon nejtoxičtější ze studovaných produktů degradace pesticidů a byl toxičtější než mateřská sloučenina a byl také detekován s frekvencí podobnou jako u mateřské sloučeniny.Pokud jsou měřeny pouze rodičovské pesticidy, potenciální toxické události nemusí být zaznamenány a relativní nedostatek informací o toxicitě během degradace pesticidů znamená, že jejich výskyt a důsledky mohou být ignorovány.Například z důvodu nedostatku informací o toxicitě produktů rozkladu bylo provedeno komplexní posouzení pesticidů ve švýcarských tocích, včetně 134 produktů rozkladu pesticidů, a pouze mateřská sloučenina byla v hodnocení ekotoxikologického rizika považována za mateřskou.
Výsledky tohoto hodnocení ekologických rizik naznačují, že sloučeniny fipronilu mají nepříznivé účinky na zdraví řek, takže lze důvodně usuzovat, že nepříznivé účinky lze pozorovat všude, kde sloučeniny fipronilu překračují hladinu HC5.Výsledky mezoskopických experimentů jsou nezávislé na umístění, což ukazuje, že koncentrace fipronilu a jeho degradačních produktů v mnoha tokových taxonech je mnohem nižší, než bylo dříve zaznamenáno.Věříme, že tento objev bude pravděpodobně rozšířen na protobiotu v nedotčených tocích kdekoli.Výsledky experimentu v mezoměřítku byly aplikovány na rozsáhlé terénní studie (444 malých toků složených z městského, zemědělského a smíšeného využití půdy v pěti hlavních regionech ve Spojených státech) a bylo zjištěno, že koncentrace mnoha toků kde byl zjištěn fipronil. Výsledná toxicita naznačuje, že tyto výsledky se mohou rozšířit do dalších zemí, kde se fipronil používá.Podle zpráv se počet lidí užívajících Fipronil zvyšuje v Japonsku, Spojeném království a USA (7).Fipronil je přítomen téměř na všech kontinentech, včetně Austrálie, Jižní Ameriky a Afriky (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Výsledky zde prezentovaných mezo-polních studií naznačují, že použití fipronilu může mít ekologický význam v celosvětovém měřítku.
Doplňkové materiály k tomuto článku naleznete na http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Toto je článek s otevřeným přístupem distribuovaný za podmínek licence Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, která umožňuje použití, distribuci a reprodukci na jakémkoli médiu, pokud konečné použití není pro komerční zisk a předpokladem je, že původní práce je správná.Odkaz.
Poznámka: Uveďte svou e-mailovou adresu pouze proto, aby osoba, kterou na stránku doporučujete, věděla, že chcete, aby e-mail viděla a že se nejedná o spam.Nebudeme zaznamenávat žádné e-mailové adresy.
Tato otázka se používá k testování, zda jste návštěvník, a k zamezení automatického odesílání spamu.
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
Studie ukázaly, že běžné pesticidy, které jsou často detekovány v amerických tocích, jsou toxičtější, než se dříve myslelo.
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
Studie ukázaly, že běžné pesticidy, které jsou často detekovány v amerických tocích, jsou toxičtější, než se dříve myslelo.
©2021 American Association for the Advancement of Science.všechna práva vyhrazena.AAAS je partnerem HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef a COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.