Pesticider i vandløb bliver i stigende grad en global bekymring, men der er få oplysninger om sikker koncentration af akvatiske økosystemer.I et 30-dages mesokosmisk eksperiment blev de hjemmehørende bentiske vandlevende hvirvelløse dyr udsat for det almindelige insekticid fipronil og fire slags nedbrydningsprodukter.Fipronilforbindelsen forårsagede ændringer i fremkomsten og trofisk kaskade.Den effektive koncentration (EC50), ved hvilken fipronil og dets sulfid-, sulfon- og desulfinylnedbrydningsprodukter forårsager en 50% respons, er blevet udviklet.Taxaner er ikke følsomme over for fipronil.Farekoncentrationen på 5 % af de berørte arter fra 15 mesokosmiske EC50-værdier bruges til at omdanne forbindelseskoncentrationen af ​​fipronil i feltprøven til summen af ​​toksiske enheder (∑TUFipronils).I 16 % af vandløbene fra fem regionale undersøgelser oversteg den gennemsnitlige ∑TUFipronil 1 (hvilket indikerer toksicitet).Invertebratindikatorer for arter i fare er negativt korreleret med TUTUipronil i fire af de fem prøveudtagningsområder.Denne økologiske risikovurdering viser, at lave koncentrationer af fipronilforbindelser vil reducere vandløbssamfund i mange dele af USA.
Selvom produktionen af ​​syntetiske kemikalier er steget kraftigt i de seneste årtier, er virkningen af ​​disse kemikalier på ikke-mål-økosystemer ikke blevet fuldt ud forstået (1).I overfladevand, hvor 90 % af den globale landbrugsjord går tabt, er der ingen data om pesticider i landbruget, men hvor der er data, er tiden for pesticider til at overskride regulatoriske tærskler halvdelen (2).En meta-analyse af landbrugspesticider i overfladevand i USA viste, at mindst ét ​​pesticid på 70 % af prøveudtagningsstederne overskred den lovmæssige tærskel (3).Disse metaanalyser (2, 3) fokuserer dog kun på overfladevand påvirket af landbrugets arealanvendelse og er et sammendrag af diskrete undersøgelser.Pesticider, især insekticider, findes også i høje koncentrationer i bylandskabsdræning (4).Det er sjældent, at der foretages en samlet vurdering af pesticider i overfladevand, der udledes fra landbrug og bylandskaber;derfor vides det ikke, om pesticider udgør en storstilet trussel mod overfladevandressourcer og deres økologiske integritet.
Benzopyrazoler og neonicotinoider tegnede sig for en tredjedel af det globale pesticidmarked i 2010 (5).I overfladevand i USA er fipronil og dets nedbrydningsprodukter (phenylpyrazoler) de mest almindelige pesticidforbindelser, og deres koncentrationer overstiger normalt de akvatiske standarder (6-8).Selvom neonicotinoider har tiltrukket sig opmærksomhed på grund af deres virkning på bier og fugle og deres udbredelse (9), er fipronil mere giftigt for fisk og fugle (10), mens andre phenylpyrazoler Klasse forbindelser har herbicid virkning (5).Fipronil er et systemisk insekticid, der bruges til at bekæmpe skadedyr i by- og landbrugsmiljøer.Siden fipronil kom på verdensmarkedet i 1993, er anvendelsen af ​​fipronil i USA, Japan og Storbritannien steget kraftigt (5).I USA bruges fipronil til at bekæmpe myrer og termitter og bruges i afgrøder, herunder majs (inklusive frøbehandling), kartofler og frugtplantager (11, 12).Landbrugsbrug af fipronil i USA toppede i 2002 (13).Selvom der ikke er tilgængelige nationale data om bybrug, toppede bybrug i Californien i 2006 og 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, tilgået den 2. december 2019.Selvom høje koncentrationer af fipronil (6,41 μg/L) findes i vandløb i nogle landbrugsområder med høje anvendelsesrater (14), sammenlignet med landbrugsvandløb, har bystrømme i USA generelt mere detektion og højere Høje koncentrationer, positivt for forekomst af storme er forbundet med testen (6, 7, 14-17).
Fipronil kommer ind i det akvatiske økosystem af afstrømning eller udvaskning fra jorden til vandløbet (7, 14, 18).Fipronil har lav flygtighed (Henrys lov konstant 2,31×10-4 Pa m3 mol-1), lav til moderat vandopløselighed (3,78 mg/l ved 20°C) og moderat hydrofobicitet (log Kow er 3,9 til 4,1)). mobiliteten i jorden er meget lille (log Koc er 2,6 til 3,1) (12, 19), og den udviser lav til medium persistens i miljøet (20).Finazepril nedbrydes ved fotolyse, oxidation, pH-afhængig hydrolyse og reduktion, og danner fire hovednedbrydningsprodukter: dessulfoxyphenapril (heller ikke sulfoxid), phenaprenipsulfon (sulfon), filofenamid (amid) og filofenibsulfid (sulfid).Fipronil-nedbrydningsprodukter har en tendens til at være mere stabile og holdbare end moderforbindelsen (21, 22).
Fipronils toksicitet og dets nedbrydning til ikke-målarter (såsom hvirvelløse vanddyr) er veldokumenteret (14, 15).Fipronil er en neurotoksisk forbindelse, der interfererer med chloridionpassage gennem chloridkanalen reguleret af gamma-aminosmørsyre i insekter, hvilket resulterer i tilstrækkelig koncentration til at forårsage overdreven ophidselse og død (20).Fipronil er selektivt toksisk, så det har en større receptorbindingsaffinitet for insekter end pattedyr (23).Den insekticide aktivitet af fipronil-nedbrydningsprodukter er anderledes.Toksiciteten af ​​sulfon og sulfid over for hvirvelløse ferskvandsdyr er tilsvarende eller højere end moderforbindelsens.Desulfinyl har moderat toksicitet, men er mindre giftigt end moderforbindelsen.Relativt ikke-toksisk (23, 24).Modtageligheden af ​​hvirvelløse vanddyr til fipronil og fipronil-nedbrydning varierer meget inden for og mellem taxa (15), og overstiger i nogle tilfælde endda en størrelsesorden (25).Endelig er der bevis for, at phenylpyrazoler er mere toksiske for økosystemet end tidligere antaget (3).
Akvatiske biologiske benchmarks baseret på laboratorietoksicitetstest kan undervurdere risikoen for feltpopulationer (26-28).Akvatiske standarder etableres sædvanligvis ved laboratorietoksicitetstestning af en enkelt art med en eller flere hvirvelløse vanddyrarter (f.eks. Diptera: Chironomidae: Chironomus og Crustacea: Daphnia magna og Hyalella azteca).Disse testorganismer er generelt nemmere at dyrke end andre bentiske makroinvertebrater (f.eks. phe-slægten::), og er i nogle tilfælde mindre følsomme over for forurenende stoffer.For eksempel er D. Magna mindre følsom over for mange metaller end visse insekter, mens A. zteca er mindre følsom over for pyrethroide insekticidet bifenthrin end dens følsomhed over for orme (29, 30).En anden begrænsning af eksisterende benchmarks er de endepunkter, der anvendes i beregningerne.Akutte benchmarks er baseret på dødelighed (eller fastsat for krebsdyr), mens kroniske benchmarks normalt er baseret på subletale endepunkter (såsom vækst og reproduktion) (hvis nogen).Der er dog udbredte subletale effekter, såsom vækst, fremkomst, lammelse og udviklingsforsinkelse, som kan påvirke succesen med taxa og samfundsdynamik.Selvom benchmark giver baggrund for effektens biologiske betydning, er den økologiske relevans som tærskel for toksicitet derfor usikker.
For bedre at forstå virkningerne af fipronilforbindelser på bentiske akvatiske økosystemer (hvirvelløse dyr og alger), blev naturlige bentiske samfund bragt ind i laboratoriet og udsat for koncentrationsgradienter under 30-dages flowet Fipronil eller et af de fire fipronil-nedbrydningseksperimenter.Forskningsmålet er at producere en artsspecifik effektkoncentration på 50 % (EC50-værdi) for hver fipronilforbindelse, der repræsenterer en bred taxa af et flodsamfund, og at bestemme virkningen af ​​forurenende stoffer på samfundets struktur og funktion [dvs. farekoncentration] 5 % af berørte arter (HC5) og indirekte effekter såsom ændret fremkomst og trofisk dynamik].Derefter blev tærsklen (forbindelsesspecifik HC5-værdi) opnået fra det mesoskopiske eksperiment anvendt på feltet indsamlet af United States Geological Survey (USGS) fra fem regioner i USA (nordøst, sydøst, midtvest, nordvestlige Stillehav og Central Californien) Coastal Zone) Data) som en del af USGS regionale strømkvalitetsvurdering (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Så vidt vi ved, er dette den første økologiske risikovurdering.Den undersøger omfattende virkningerne af fipronilforbindelser på bentiske organismer i et kontrolleret meso-miljø og anvender derefter disse resultater til feltvurderinger i kontinental skala.
Det 30-dages mesokosmiske eksperiment blev udført på USGS Aquatic Laboratory (AXL) i Fort Collins, Colorado, USA fra den 18. oktober til den 17. november 2017 i 1 dag med domesticering og 30 dages eksperimentering.Metoden er tidligere beskrevet (29, 31) og uddybet i det supplerende materiale.Meso space-indstillingen indeholder 36 cirkulerende flows i de fire aktive flows (cirkulerende vandtanke).Hvert levende vandløb er udstyret med en køler for at holde vandtemperaturen og er oplyst med en lys-mørke-cyklus på 16:8.Meso-niveau flowet er rustfrit stål, som er velegnet til hydrofobiciteten af ​​fipronil (log Kow = 4,0) og velegnet til organiske rengøringsopløsningsmidler (Figur S1).Vandet, der blev brugt til eksperimentet i meso-skala, blev opsamlet fra Cache La Poudre-floden (opstrøms kilder, herunder Rocky Mountain National Park, National Forest og Continental Divide) og opbevaret i AXL's fire polyethylen-lagertanke.Tidligere vurderinger af sediment- og vandprøver indsamlet fra lokaliteten fandt ingen pesticider (29).
Meso-skala eksperimentdesignet består af 30 behandlingsstrømme og 6 kontrolstrømme.Behandlingsstrømmen modtager behandlet vand, som hver indeholder ukopierede konstante koncentrationer af fipronilforbindelser: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amid (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), afsvovlingsgruppe [US Environmental Protection Agency (EPA) Pesticide Library, CAS 205650-65-3], sulfon (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) og sulfid (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); alt renhed ≥ 97,8%. Ifølge offentliggjorte svarværdier (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33). Ved at opløse fipronilforbindelse i methanol (Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society certificeringsniveau) og fortynde med deioniseret vand til det nødvendige volumen for at fremstille en koncentreret stamopløsning. Fordi mængden af ​​methanol i en dosis er forskellig, er det nødvendigt at tilsætte methanol til alle behandlingsstrømme efter behov. I de tre kontroller, for at sikre den samme methanolkoncentration ( 0,05 ml/L) i vandløbene. Det midterste billede af de tre andre kontrolvandløb modtog flodvand uden methanol, ellers blev de behandlet som alle andre vandløb.
På 8. dag, 16. dag og 26. dag blev temperatur, pH-værdi, elektrisk ledningsevne og nedbrydning af fipronil og fipronil målt i flowmembranen.For at spore nedbrydningen af ​​moderforbindelsen fipronil under medietesten blev fipronil (forældre) brugt til at behandle den flydende tarmslimhinde i yderligere tre dage [dage 5, 12 og 21 (n = 6)] for temperatur, pH , Prøveudtagning af konduktivitet, fipronil og fipronil nedbrydning.Pesticidanalyseprøverne blev opsamlet ved at filtrere 10 ml strømmende vand ind i et 20 ml ravgult hætteglas gennem et Whatman 0,7 μm GF/F sprøjtefilter udstyret med en nål med stor diameter.Prøverne blev straks frosset og sendt til USGS National Water Quality Laboratory (NWQL) i Lakewood, Colorado, USA til analyse.Ved at bruge en forbedret metode af den tidligere publicerede metode blev Fipronil og 4 nedbrydningsprodukter i vandprøver bestemt ved direkte vandig injektion (DAI) væskekromatografi-tandem massespektrometri (LC-MS / MS; Agilent 6495).Instrumentdetektionsniveauet (IDL) estimeres til at være den mindste kalibreringsstandard, der opfylder den kvalitative identifikationsstandard;IDL for fipronil er 0,005 μg/L, og IDL for de fire andre fipronil er 0,001 μg/L.Det supplerende materiale giver en komplet beskrivelse af de metoder, der anvendes til at måle fipronilforbindelser, herunder kvalitetskontrol og -sikringsprocedurer (f.eks. prøvegenvinding, pigge, tredjepartsinspektioner og blindprøver).
Ved afslutningen af ​​det 30-dages mesokosmiske eksperiment blev optællingen og identifikationen af ​​voksne og larve hvirvelløse dyr afsluttet (det vigtigste dataindsamlingsendepunkt).De nye voksne indsamles fra nettet hver dag og fryses ned i et rent 15 ml Falcon centrifugerør.Ved afslutningen af ​​eksperimentet (dag 30) blev indholdet af membranen i hver strøm skrubbet for at fjerne eventuelle hvirvelløse dyr og sigtet (250 μm) og opbevaret i 80% ethanol.Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) har afsluttet den taksonomiske identifikation af larver og voksne hvirvelløse dyr til det lavest mulige taksonomiske niveau, normalt arter.På dag 9, 19 og 29 blev klorofyl a målt i tre eksemplarer i den mesoskopiske membran af hver strøm.Alle kemiske og biologiske data som en del af det mesoskopiske eksperiment er angivet i den medfølgende dataudgivelse (35).
Økologiske undersøgelser blev udført i små (vade) vandløb i fem store områder i USA, og pesticider blev overvåget i den foregående indeksperiode.Kort sagt, baseret på landbrugs- og byarealudnyttelse (36-40) blev der udvalgt 77 til 100 steder i hver region (444 steder i alt).I løbet af foråret og sommeren et år (2013-2017) udtages vandprøver en gang om ugen i hver region i 4 til 12 uger.Det specifikke tidspunkt afhænger af regionen og udviklingsintensiteten.De 11 stationer i den nordøstlige region er dog næsten i vandskellet.Ingen udvikling, bortset fra at der kun blev indsamlet én prøve.Da overvågningsperioderne for pesticider i regionale undersøgelser er forskellige, er det til sammenligning kun de sidste fire prøver, der er indsamlet på hver lokalitet, der tages i betragtning her.Det antages, at en enkelt prøve indsamlet på det uudviklede nordøstlige sted (n = 11) kan repræsentere den 4-ugers prøveudtagningsperiode.Denne metode fører til det samme antal observationer af pesticider (bortset fra de 11 steder i det nordøstlige) og samme observationsvarighed;det menes, at 4 uger er lang nok til langvarig eksponering for biotaen, men kort nok til, at det økologiske samfund ikke skal komme sig over disse kontakter.
I tilfælde af tilstrækkelig strømning opsamles vandprøven ved hjælp af konstante hastigheds- og konstante breddeintervaller (41).Når flowet ikke er nok til at bruge denne metode, kan du indsamle prøver ved dyb integration af prøver eller at gribe fra flowets tyngdepunkt.Brug en sprøjte med stor boring og diskfilter (0,7 μm) til at opsamle 10 ml filtreret prøve (42).Gennem DAI LC-MS/MS/MS/MS blev vandprøver analyseret ved NWQL for 225 pesticider og pesticidnedbrydningsprodukter, herunder fipronil og 7 nedbrydningsprodukter (dessulfinylfipronil, fipronil) Sulfider, fipronilsulfon, deschlorofipronil, desthiolfipron, fipronil og fipronil).).Typiske minimumsrapporteringsniveauer for feltstudier er: fipronil, desmethylthiofluorbenzonitril, fipronilsulfid, fipronilsulfon og deschlorofipronil 0,004 μg/L;dessulfinyl fluorfenamide og Koncentrationen af ​​fipronilamid er 0,009 μg/liter;koncentrationen af ​​fipronilsulfonat er 0,096 μg/liter.
De hvirvelløse samfund udtages ved slutningen af ​​hvert områdestudie (forår/sommer), normalt samtidig med den sidste prøveudtagning af pesticider.Efter vækstsæsonen og den store brug af pesticider bør prøvetagningstiden være i overensstemmelse med de lave strømningsforhold og bør falde sammen med det tidspunkt, hvor flodens hvirvelløse samfund modnes og hovedsageligt er i larvestadiet.Ved at bruge en Surber-sampler med et 500 μm mesh eller et D-frame-net blev prøvetagning af hvirvelløse samfund gennemført på 437 ud af 444 steder.Prøveudtagningsmetoden er detaljeret beskrevet i det supplerende materiale.På NWQL er alle hvirvelløse dyr normalt identificeret og opført på slægts- eller artsniveau.Alle kemiske og biologiske data indsamlet i dette felt og brugt i dette manuskript kan findes i den medfølgende dataudgivelse (35).
For de fem fipronilforbindelser, der blev brugt i det mesoskopiske forsøg, blev koncentrationen af ​​de hvirvelløse larvedyr reduceret med 20 % eller 50 % beregnet i forhold til kontrollen (dvs. EC20 og EC50).Dataene [x = tidsvægtet fipronilkoncentration (se supplerende materiale for detaljer), y = larveoverflod eller andre målinger] blev tilpasset til den udvidede R(43)-pakke ved hjælp af en tre-parameter logaritmisk regressionsmetode "drc".Kurven passer til alle arter (larver) med tilstrækkelig overflod og opfylder andre målinger af interesse (for eksempel taxarigdom, total majflueoverflod og total overflod) for yderligere at forstå samfundseffekten.Nash-Sutcliff-koefficienten (45) bruges til at evaluere modeltilpasningen, hvor en dårlig modeltilpasning kan modtage uendelige negative værdier, og værdien af ​​en perfekt pasform er 1.
For at udforske virkningerne af fipronilforbindelser på fremkomsten af ​​insekter i eksperimentet, blev dataene evalueret på to måder.For det første blev den kumulative daglige forekomst af insekter fra hver flow-meso (det samlede antal af alle individer) normaliseret til kontrollen ved at trække det gennemsnitlige udseende af kontrolflow-mesoen fra udseendet af hver behandlingsflow-meso.Plot disse værdier mod tiden for at forstå afvigelsen af ​​behandlingsvæskemediatoren fra kontrolvæskemediatoren i 30-dages eksperimentet.For det andet skal du beregne den samlede forekomstprocent af hver flow mesofyl, som er defineret som forholdet mellem det samlede antal mesofyler i et givet flow og det gennemsnitlige antal larver og voksne i kontrolgruppen, og er velegnet til tre-parameter logaritmisk regression .Alle spirende insekter indsamlet var fra to underfamilier af Chironomidae-familien, så en kombineret analyse blev udført.
Ændringer i samfundsstrukturen, såsom tab af taxa, kan i sidste ende afhænge af de direkte og indirekte virkninger af giftige stoffer og kan føre til ændringer i samfundets funktion (for eksempel trofisk kaskade).For at teste den trofiske kaskade blev et simpelt kausalt netværk evalueret ved hjælp af stianalysemetoden (R-pakke "piecewiseSEM") (46).For mesoskopiske forsøg antages det, at fipronil, desulfinyl, sulfid og sulfon (ikke testet amid) i vandet for at reducere skraberens biomasse indirekte fører til en stigning i biomassen af ​​klorofyl a (47).Forbindelseskoncentrationen er prædiktorvariablen, og skraberen og klorofyl a-biomassen er responsvariablerne.Fishers C-statistik bruges til at evaluere modeltilpasning, således at en P-værdi <0,05 indikerer en god modeltilpasning (46).
For at udvikle et risikobaseret økosamfundstærskelbeskyttelsesmiddel har hver forbindelse opnået 95 % af de berørte arter (HC5) kronisk artsfølsomhedsfordeling (SSD) og farekoncentrationsbeskyttelse.Tre SSD-datasæt blev genereret: (i) kun mesodatasæt, (ii) et datasæt, der indeholder alle mesodata og data indsamlet fra EPA ECOTOX-databaseforespørgsel (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, tilgået på 14. marts 2019), er undersøgelsens varighed 4 dage eller længere, og (iii) et datasæt indeholdende alle mesoskopiske data og ECOTOX-data, hvor ECOTOX-data (akut eksponering) divideret med akut til Forholdet mellem kronisk D. magna ( 19.39) for at forklare forskellen i eksponeringsvarighed og tilnærme den kroniske EC50-værdi (12).Vores formål med at generere flere SSD-modeller er at (i) udvikle HC5-værdier til sammenligning med feltdata (kun for SSD'er til medier), og (ii) vurdere, at mediedata er mere almindeligt accepteret end regulerende agenturer for inklusion i akvakultur. robusthed af livsbenchmarks og standardindstilling af dataressourcer, og derfor praktisk anvendelighed af at bruge mesoskopiske undersøgelser til tilpasningsprocessen.
SSD blev udviklet til hvert datasæt ved hjælp af R-pakken "ssdtools" (48).Brug bootstrap (n = 10.000) til at estimere HC5-gennemsnittet og konfidensintervallet (CI) fra SSD'en.49 taxa-responser (alle taxa, der er blevet identificeret som slægt eller art) udviklet gennem denne forskning er kombineret med 32 taxa-responser samlet fra seks publicerede undersøgelser i ECOTOX-databasen, for i alt 81 Taxon-responser kan bruges til SSD-udvikling .Da der ikke blev fundet data i ECOTOX-databasen over amider, blev der ikke udviklet nogen SSD til amider, og der blev kun opnået ét EC50-svar fra den aktuelle undersøgelse.Selvom EC50-værdien af ​​kun én sulfidgruppe blev fundet i ECOTOX-databasen, har den nuværende kandidatstuderende 12 EC50-værdier.Derfor er der udviklet SSD'er til sulfinylgrupper.
De specifikke HC5-værdier af fipronilforbindelser opnået fra SSD-datasættet af Mesocosmos kun blev kombineret med feltdata for at vurdere eksponeringen og den potentielle toksicitet af fipronilforbindelser i 444 strømme fra fem regioner i USA.I det sidste 4-ugers prøveudtagningsvindue divideres hver koncentration af fipronilforbindelser påvist (uopdagede koncentrationer er nul) med dens respektive HC5, og forbindelsesforholdet for hver prøve summeres for at opnå den totale toksicitetsenhed for fipronil (ΣTUFipronils), hvor ΣTUFipronils> 1 betyder toksicitet.
Ved at sammenligne farekoncentrationen af ​​50 % af de berørte arter (HC50) med EC50-værdien af ​​taxa-rigdom afledt af mediummembraneksperimentet, blev SSD opnået fra mediummembrandataene evalueret for at afspejle det bredere økologiske samfunds følsomhed over for fipronil grad..Gennem denne sammenligning kan overensstemmelsen mellem SSD-metoden (herunder kun de taxaer med et dosis-responsforhold) og EC50-metoden (herunder alle unikke taxa observeret i mellemrummet) ved hjælp af EC50-metoden til måling af taxa-rigdom evalueres.Dosis respons forhold.
En indikator for pesticidrisikoarter (SPEARpesticides) blev beregnet for at undersøge sammenhængen mellem sundhedsstatus for hvirvelløse samfund og ΣTUFipronil i 437 vandløb, der samler hvirvelløse dyr.SPEAR-pesticid-metrikken konverterer sammensætningen af ​​hvirvelløse dyr til en overflodsmetrik for biologisk taksonomi med fysiologiske og økologiske karakteristika, og giver derved følsomhed over for pesticider.SPEAR-pesticidindikatoren er ikke følsom over for naturlige kovariater (49, 50), selvom dens ydeevne vil blive påvirket af alvorlig habitatforringelse (51).Overflodsdataene indsamlet på stedet for hver taxon er koordineret med nøgleværdien af ​​taxonet relateret til ASTERICS-softwaren for at vurdere flodens økologiske kvalitet (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Importer derefter dataene til Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) software (version 18.05).I denne software bruges den europæiske egenskabsdatabase og databasen med fysiologisk følsomhed over for pesticider til at konvertere dataene fra hvert sted til SPEAR-pesticider-indikatorer.Hver af de fem regionale undersøgelser brugte General Additive Model (GAM) ["mgcv"-pakken i R(52)) til at udforske forholdet mellem SPEARpesticides-metrikken og ΣTUFipronils [log10(X + 1)-konvertering] Associated.For mere detaljeret information om SPEAR-pesticider og for dataanalyse, se venligst det supplerende materiale.
Vandkvalitetsindekset er konsistent i hver flow mesoskopisk og hele mesoskopisk forsøgsperiode.Den gennemsnitlige temperatur, pH og ledningsevne var henholdsvis 13,1°C (±0,27°C), 7,8 (±0,12) og 54,1 (±2,1) μS/cm (35).Det målte opløste organiske kulstof i rent flodvand er 3,1 mg/L.I meso-visningen af ​​floden, hvor MiniDOT-optageren er placeret, er den opløste ilt tæt på mætning (gennemsnit > 8,0 mg/L), hvilket indikerer, at strømmen er fuldt cirkuleret.
Kvalitetskontrol og kvalitetssikringsdata om fipronil er angivet i den medfølgende dataudgivelse (35).Kort sagt er genvindingsraterne for laboratoriematrixspidser og mesoskopiske prøver normalt inden for acceptable områder (genvindinger på 70 % til 130 %), IDL-standarder bekræfter den kvantitative metode, og laboratorie- og instrumentemner er normalt rene. Der er meget få undtagelser bortset fra disse generaliseringer diskuteret i det supplerende materiale..
På grund af systemdesign er den målte koncentration af fipronil normalt lavere end målværdien (Figur S2) (fordi det tager 4 til 10 dage at nå en stabil tilstand under ideelle forhold) (30).Sammenlignet med andre fipronilforbindelser ændres koncentrationen af ​​desulfinyl og amid lidt over tid, og variabiliteten af ​​koncentrationen inden for behandlingen er mindre end forskellen mellem behandlingerne bortset fra lavkoncentrationsbehandlingen af ​​sulfon og sulfid.Det tidsvægtede gennemsnitlige målte koncentrationsområde for hver behandlingsgruppe er som følger: Fipronil, IDL til 9,07μg/L;Desulfinyl, IDL til 2,15μg/L;Amid, IDL til 4,17μg/L;Sulfid, IDL Til 0,57μg/liter;og sulfon, IDL er 1,13μg/liter (35).I nogle vandløb blev non-target fipronil-forbindelser påvist, det vil sige forbindelser, der ikke blev tilsat en specifik behandling, men som var kendt for at være nedbrydningsprodukter af behandlingsforbindelsen.De mesoskopiske membraner behandlet med moderforbindelsen fipronil har det højeste antal ikke-målnedbrydningsprodukter, der er påvist (når de ikke anvendes som en procesforbindelse, er de sulfinyl, amid, sulfid og sulfon);disse kan skyldes produktionsprocessen Sammensatte urenheder og/eller nedbrydningsprocesser, der opstår under opbevaringen af ​​stamopløsningen og (eller) i det mesoskopiske eksperiment snarere end resultatet af krydskontaminering.Der blev ikke observeret nogen tendens til nedbrydningskoncentration ved fipronilbehandling.Ikke-mål-nedbrydningsforbindelser påvises oftest i kroppen med den højeste behandlingskoncentration, men koncentrationen er mindre end koncentrationen af ​​disse ikke-målforbindelser (se næste afsnit for koncentrationen).Da ikke-mål-nedbrydningsforbindelser normalt ikke påvises i den laveste fipronilbehandling, og fordi den påviste koncentration er lavere end effektkoncentrationen i den højeste behandling, konkluderes det derfor, at disse ikke-målforbindelser har minimal indvirkning på analysen.
I medieeksperimenter var bentiske makroinvertebrater følsomme over for fipronil, desulfinyl, sulfon og sulfid [Tabel S1;originale overflodsdata findes i den medfølgende dataversion (35)].Fipronilamid er kun til fluen Rhithrogena sp.Giftig (dødelig), dens EC50 er 2,05 μg/L [±10,8(SE)].Dosis-respons-kurver på 15 unikke taxa blev genereret.Disse taxa viste dødelighed inden for det testede koncentrationsområde (tabel S1), og målrettede klyngede taxa (såsom fluer) (figur S3) og rige taxa (figur 1) En dosisresponskurve blev genereret.Koncentrationen (EC50) af fipronil, desulfinyl, sulfon og sulfid på de unikke taxaer af de mest følsomme taxaer går fra henholdsvis 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 og 0,005-0,043μg/L.Rhithrogena sp.Og Sweltsa sp.;Figur S4) er lavere end de mere tolererede taxa (såsom Micropsectra / Tanytarsus og Lepidostoma sp.) (tabel S1).Ifølge den gennemsnitlige EC50 for hver forbindelse i tabel S1 er sulfoner og sulfider de mest effektive forbindelser, mens hvirvelløse dyr generelt er de mindst følsomme over for desulfinyl (undtagen amider).Målinger for den overordnede økologiske status, såsom taxarigdom, total forekomst, total pentaploid og total stenflue, inklusive taxa og forekomsten af ​​nogle taxa, disse er meget sjældne i meso og kan ikke beregnes. Tegn en separat dosisresponskurve.Derfor inkluderer disse økologiske indikatorer taxon-svar, der ikke er inkluderet i SSD'en.
Taxarigdom (larve) med en logistisk funktion i tre niveauer af (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfon og (D) sulfidkoncentration.Hvert datapunkt repræsenterer larver fra en enkelt strøm i slutningen af ​​det 30-dages meso-eksperiment.Taksonrigdom er antallet af unikke taxaer i hver strøm.Koncentrationsværdien er det tidsvægtede gennemsnit af den observerede koncentration af hver strøm målt ved slutningen af ​​30-dages forsøget.Fipronilamid (ikke vist) har intet forhold til rige taxa.Bemærk venligst, at x-aksen er på en logaritmisk skala.EC20 og EC50 med SE er rapporteret i tabel S1.
Ved den højeste koncentration af alle fem fipronilforbindelser faldt fremkomsthastigheden af ​​Uetridae.Procentdelen af ​​spiring (EC50) af sulfid, sulfon, fipronil, amid og desulfinyl blev observeret at falde med 50 % ved koncentrationerne på henholdsvis 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 og 0,97μg/L (Figur 2 og Figur S5) .I de fleste af de 30-dages eksperimenter blev alle behandlinger af fipronil, desulfinyl, sulfon og sulfid forsinket, bortset fra nogle lavkoncentrationsbehandlinger (figur 2), og deres udseende blev hæmmet.I amidbehandlingen var det akkumulerede spildevand under hele forsøget højere end kontrollen med en koncentration på 0,286μg/liter.Den højeste koncentration (4,164 μg/liter) under hele forsøget hæmmede spildevandet, og udløbshastigheden for den mellemliggende behandling svarede til kontrolgruppens.(figur 2).
Kumulativ fremkomst er den gennemsnitlige daglige gennemsnitlige fremkomst af hver behandling minus (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfon, (D) sulfid og (E) amid i kontrolstrømmen Den gennemsnitlige daglige gennemsnitlige fremkomst af membranen.Bortset fra kontrol (n = 6), n = 1. Koncentrationsværdien er det tidsvægtede gennemsnit af den observerede koncentration i hvert flow.
Dosis-respons-kurven viser, at ud over taksonomiske tab også strukturelle ændringer på samfundsniveau.Specifikt inden for testkoncentrationsområdet viste forekomsten af ​​maj (Figur S3) og taxa-overflod (Figur 1) signifikante dosis-respons-forhold med fipronil, desulfinyl, sulfon og sulfid.Derfor undersøgte vi, hvordan disse strukturelle ændringer fører til ændringer i samfundets funktion ved at teste den ernæringsmæssige kaskade.Eksponering af hvirvelløse vanddyr for fipronil, desulfinyl, sulfid og sulfon har en direkte negativ indvirkning på skraberens biomasse (Figur 3).For at kontrollere fipronils negative indvirkning på skraberens biomasse påvirkede skraberen også klorofyl a-biomassen negativt (figur 3).Resultatet af disse negative vejkoefficienter er en nettostigning i klorofyl a, når koncentrationen af ​​fipronil og nedbrydningsmidler stiger.Disse fuldt medierede pathway-modeller indikerer, at øget nedbrydning af fipronil eller fipronil fører til en stigning i andelen af ​​klorofyl a (figur 3).Det antages på forhånd, at den direkte effekt mellem fipronil eller nedbrydningskoncentration og klorofyl a-biomasse er nul, fordi fipronilforbindelser er pesticider og har lav direkte toksicitet over for alger (for eksempel er EPA's akutte ikke-vaskulære plantebaselinekoncentration 100μg/L fipronil, disulfoxidgruppe, sulfon og sulfid; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), Alle resultater (gyldige modeller) understøtter dette hypotese.
Fipronil kan reducere biomassen (direkte effekt) af afgræsning markant (skrabergruppen er larver), men har ingen direkte effekt på biomassen af ​​klorofyl a.Den stærke indirekte effekt af fipronil er dog at øge biomassen af ​​klorofyl a som reaktion på mindre græsning.Pilen angiver den standardiserede vejkoefficient, og minustegnet (-) angiver associationsretningen.* Angiver graden af ​​vigtighed.
De tre SSD'er (kun mellemlag, mellemlag plus ECOTOX-data og mellemlag plus ECOTOX-data korrigeret for forskelle i eksponeringsvarighed) producerede nominelt forskellige HC5-værdier (tabel S3), men resultaterne var inden for SE-området.I resten af ​​denne undersøgelse vil vi fokusere på data-SSD'en med kun meso-universet og den relaterede HC5-værdi.For en mere fuldstændig beskrivelse af disse tre SSD-evalueringer henvises til de supplerende materialer (Tabel S2 til S5 og figur S6 og S7).Den bedst passende datafordeling (laveste Akaike-informationsstandardscore) af de fire fipronilforbindelser (figur 4), der kun anvendes i det meso-solid SSD-kort, er log-gumbelen af ​​fipronil og sulfon, og weibullen af ​​sulfid og afsvovlet γ ( Tabel S3).De opnåede HC5-værdier for hver forbindelse er kun rapporteret i figur 4 for meso-universet, og i tabel S3 er HC5-værdierne fra alle tre SSD-datasæt rapporteret.HC50-værdierne for fipronil-, sulfid-, sulfon- og desulfinylgrupper [22,1±8,78 ng/L (95% CI, 11,4 til 46,2), 16,9±3,38 ng/L (95% CI, 11,2 til 24,0), 8 800 2,66 ng/L (95 % CI, 5,44 til 15,8) og 83,4±32,9 ng/L (95 % CI, 36,4 til 163)] Disse forbindelser er signifikant lavere end EC50 taxa rigdommen (samlet antal unikke taxa) (tabel S1) ; noterne i den supplerende materialetabel er mikrogram pr. liter).
I forsøget i mesoskala, når det udsættes for (A) fipronil, (B) dessulfinylfipronil, (C) fipronilsulfon, (D) fipronilsulfid i 30 dage, beskrives artsfølsomheden. Det er EC50-værdien af ​​taxon.Den blå stiplede linje repræsenterer 95 % CI.Den vandrette stiplede linje repræsenterer HC5.HC5-værdien (ng/L) af hver forbindelse er som følger: Fipronil, 4,56 ng/L (95 % CI, 2,59 til 10,2);Sulfid, 3,52 ng/L (1,36 til 9,20);Sulfon, 2,86 ng/liter (1,93 til 5,29);og sulfinyl, 3,55 ng/liter (0,35 til 28,4).Bemærk venligst, at x-aksen er på en logaritmisk skala.
I de fem regionale undersøgelser blev Fipronil (forældre) påvist i 22 % af de 444 feltprøvepunkter (tabel 1).Detektionsfrekvensen for florfenib, sulfon og amid er ens (18 % til 22 % af prøven), påvisningsfrekvensen for sulfid og desulfinyl er lavere (11 % til 13 %), mens de resterende nedbrydningsprodukter er meget høje.Få (1 % eller mindre) eller aldrig opdaget (tabel 1)..Fipronil påvises hyppigst i sydøst (52 % af lokaliteterne) og mindst hyppigt i nordvest (9 % af lokaliteterne), hvilket fremhæver variationen af ​​benzopyrazolanvendelse og potentiel vandløbssårbarhed over hele landet.Nedbrydningsmidler viser normalt lignende regionale mønstre med den højeste detektionsfrekvens i sydøst og den laveste i det nordvestlige eller kystnære Californien.Den målte koncentration af fipronil var den højeste, efterfulgt af moderforbindelsen fipronil (90 % procent af henholdsvis 10,8 og 6,3 ng/L) (tabel 1) (35).Den højeste koncentration af fipronil (61,4 ng/L), disulfinyl (10,6 ng/L) og sulfid (8,0 ng/L) blev bestemt i sydøst (i de sidste fire uger af prøven).Den højeste koncentration af sulfon blev bestemt i vest.(15,7 ng/L), amid (42,7 ng/L), dessulfinylflupirnamid (14 ng/L) og fipronilsulfonat (8,1 ng/L) (35).Florfenidsulfon var den eneste forbindelse, der blev observeret at overstige HC5 (tabel 1).De gennemsnitlige ΣTUFiproniler mellem de forskellige regioner varierer meget (tabel 1).Det nationale gennemsnit for ΣTUFipronils er 0,62 (alle lokaliteter, alle regioner), og 71 lokaliteter (16%) har ΣTUFipronils> 1, hvilket indikerer, at det kan være giftigt for bentiske makroinvertebrater.I fire af de fem undersøgte regioner (undtagen Midtvesten) er der en signifikant sammenhæng mellem SPEAR-pesticider og ΣTUFipronil, med justeret R2 fra 0,07 langs Californiens kyst til 0,34 i sydøst (figur 5).
*Forbindelser brugt i mesoskopiske eksperimenter.†ΣTUFipronils, medianen af ​​summen af ​​toksinenheder [observeret feltkoncentration af fire fipronilforbindelser/farekoncentration af hver forbindelse fra den femte percentil af den SSD-inficerede art (figur 4)] For de ugentlige prøver af fipronil, de sidste 4 ugers pesticidprøver indsamlet på hvert sted blev beregnet.‡Antallet af steder, hvor pesticider måles.§ 90. percentilen er baseret på den maksimale koncentration observeret på stedet i løbet af de sidste 4 ugers pesticidprøvetagning.med procentdelen af ​​testede prøver.¶ Brug 95 % CI af HC5-værdien (Figur 4 og Tabel S3, kun meso) til at beregne CI.Dechlorofupinib er blevet analyseret i alle regioner og er aldrig blevet fundet.ND, ikke fundet.
Fipronil-toksisk enhed er den målte fipronilkoncentration divideret med den forbindelsesspecifikke HC5-værdi, som bestemmes af SSD'en opnået fra medieeksperimentet (se figur 4).Sort streg, generaliseret additiv model (GAM).Den røde stiplede linje har en CI på 95 % for GAM.ΣTUFipronils konverteres til log10 (ΣTUFipronils+1).
De negative virkninger af fipronil på ikke-målarter i vand er veldokumenterede (15, 21, 24, 25, 32, 33), men dette er det første studie, hvor det er følsomt i et kontrolleret laboratoriemiljø.Samfundene i taxaen blev udsat for fipronilforbindelser, og resultaterne blev ekstrapoleret på en kontinental skala.Resultaterne af det 30-dages mesokosmiske eksperiment kan producere 15 diskrete akvatiske insektgrupper (tabel S1) med urapporteret koncentration i litteraturen, blandt hvilke de akvatiske insekter i toksicitetsdatabasen er underrepræsenteret (53, 54).Taxa-specifikke dosis-respons-kurver (såsom EC50) afspejles i ændringer på samfundsniveau (såsom taxa-rigdom og tab af flyveoverflod) og funktionelle ændringer (såsom ernæringskaskader og ændringer i udseende).Effekten af ​​det mesoskopiske univers blev ekstrapoleret til feltet.I fire af de fem forskningsområder i USA var den feltmålte fipronilkoncentration korreleret med nedgangen i det akvatiske økosystem i det flydende vand.
HC5-værdien for 95 % af arterne i mediummembraneksperimentet har en beskyttende effekt, hvilket indikerer, at overordnede akvatiske hvirvelløse samfund er mere følsomme over for fipronilforbindelser end tidligere forstået.Den opnåede HC5-værdi (florfenib, 4,56 ng/liter; desulfoxiran, 3,55 ng/liter; sulfon, 2,86 ng/liter; sulfid, 3,52 ng/liter) er flere gange (florfenib) til tre gange mere end en størrelsesorden (desulfinyl) ) under det nuværende EPA benchmark for kronisk hvirvelløse dyr [fipronil, 11 ng/liter;desulfinyl, 10.310 ng/liter;sulfon, 37 ng/liter;og sulfid for 110 ng/liter (8)].Mesoskopiske eksperimenter identificerede mange grupper, der er følsomme over for fipronil i stedet for dem, der er angivet af EPAs benchmark for kroniske hvirvelløse dyr (4 grupper, der er mere følsomme over for fipronil, 13 par desulfinyl, 11 par sulfon og 13 par) Sulfidfølsomhed4) (figur tabel) S1).Dette viser, at benchmarks ikke kan beskytte flere arter, der også er observeret i mellemverdenen, som også er udbredt i akvatiske økosystemer.Forskellen mellem vores resultater og det nuværende benchmark skyldes hovedsageligt manglen på fipronil-toksicitetstestdata gældende for en række akvatiske insekttaxa, især når eksponeringstiden overstiger 4 dage og fipronil nedbrydes.Under det 30-dages mesokosmiske eksperiment var de fleste insekter i hvirvelløse dyr mere følsomme over for fipronil end den almindelige testorganisme Aztec (krebsdyr), selv efter at have korrigeret Aztec. EC50 fra Teike gør det det samme efter akut transformation.(Sædvanligvis 96 timer) til kronisk eksponeringstid (Figur S7).Der blev opnået en bedre konsensus mellem mediummembraneksperimentet og undersøgelsen rapporteret i ECOTOX under anvendelse af standardtestorganismen Chironomus dilutus (et insekt).Det er ikke overraskende, at akvatiske insekter er særligt følsomme over for pesticider.Uden at justere eksponeringstiden viste meso-skala-eksperimentet og de omfattende data fra ECOTOX-databasen, at mange taxa blev observeret at være mere følsomme over for fipronilforbindelser end fortyndet Clostridium (Figur S6).Ved at justere eksponeringstiden er Dilution Clostridium imidlertid den mest følsomme organisme over for fipronil (forælder) og sulfid, selvom den ikke er følsom over for sulfon (figur S7).Disse resultater illustrerer vigtigheden af ​​at inkludere flere typer af akvatiske organismer (herunder flere insekter) for at producere faktiske pesticidkoncentrationer, der kan beskytte akvatiske organismer.
SSD-metoden kan beskytte sjældne eller ufølsomme taxa, hvis EC50 ikke kan bestemmes, såsom Cinygmula sp., Isoperla fulva og Brachycentrus americanus.EC50-værdierne for taxa-overflod og kan flyve-overflod, der afspejler ændringer i samfundets sammensætning, er i overensstemmelse med HC50-værdierne for SSD'en for fipronil, sulfon og sulfid.Protokollen understøtter følgende idé: SSD-metoden, der bruges til at udlede tærskler, kan beskytte hele samfundet, inklusive sjældne eller ufølsomme taxa i samfundet.Tærsklen for akvatiske organismer bestemt ud fra SSD'er baseret på kun få taxa eller ufølsomme taxa kan være meget utilstrækkelig til at beskytte akvatiske økosystemer.Dette er tilfældet for desulfinyl (figur S6B).På grund af manglen på data i ECOTOX-databasen er EPA's kroniske hvirvelløse baseline-koncentration 10.310 ng/L, hvilket er fire størrelsesordener højere end de 3,55 ng/L af HC5.Resultaterne af forskellige taxon-responssæt produceret i mesoskopiske eksperimenter.Manglen på toksicitetsdata er særligt problematisk for nedbrydelige forbindelser (Figur S6), hvilket kan forklare, hvorfor de eksisterende akvatiske biologiske benchmarks for sulfon og sulfid er omkring 15 til 30 gange mindre følsomme end SSD HC5-værdien baseret på China Universe.Fordelen ved middelmembranmetoden er, at flere EC50-værdier kan bestemmes i et enkelt eksperiment, hvilket er tilstrækkeligt til at danne en komplet SSD (f.eks. desulfinyl; figur 4B og figur S6B og S7B), og har en betydelig indvirkning om de naturlige taxaer i det beskyttede økosystem Mange svar.
Mesoskopiske eksperimenter viser, at fipronil og dets nedbrydningsprodukter kan have åbenlyse subletale og indirekte negative virkninger på samfundets funktion.I det mesoskopiske eksperiment så alle fem fipronilforbindelser ud til at påvirke fremkomsten af ​​insekter.Resultaterne af sammenligningen mellem de højeste og laveste koncentrationer (hæmning og stimulering af individuel fremkomst eller ændringer i fremkomsttid) stemmer overens med de tidligere rapporterede resultater af meso-eksperimenter med insekticidet bifenthrin (29).Fremkomsten af ​​voksne giver vigtige økologiske funktioner og kan ændres af forurenende stoffer som fipronil (55, 56).Samtidig fremkomst er ikke kun kritisk for insekternes reproduktion og bestandens bestandighed, men også for forsyningen af ​​modne insekter, som kan bruges som føde for vand- og landdyr (56).Forebyggelse af fremkomsten af ​​frøplanter kan have en negativ indvirkning på fødevareudvekslingen mellem akvatiske økosystemer og flodøkosystemer og sprede virkningerne af akvatiske forurenende stoffer til terrestriske økosystemer (55, 56).Faldet i mængden af ​​skrabere (algeædende insekter) observeret i forsøget i mesoskala resulterede i et fald i algeforbruget, hvilket resulterede i en stigning i klorofyl a (Figur 3).Denne trofiske kaskade ændrer kulstof- og nitrogenstrømmene i det flydende fødenet, svarende til en undersøgelse, der evaluerede virkningerne af pyrethroid bifenthrin på bentiske samfund (29).Derfor kan phenylpyrazoler, såsom fipronil og dets nedbrydningsprodukter, pyrethroider og måske andre typer insekticider, indirekte fremme stigningen i algebiomasse og forstyrrelsen af ​​kulstof og nitrogen i små vandløb.Andre påvirkninger kan strække sig til ødelæggelsen af ​​kulstof- og nitrogenkredsløb mellem akvatiske og terrestriske økosystemer.
Oplysningerne opnået fra mediummembrantesten gjorde det muligt for os at evaluere den økologiske relevans af fipronilforbindelseskoncentrationer målt i storskala feltundersøgelser udført i fem regioner i USA.I 444 små vandløb oversteg 17 % af den gennemsnitlige koncentration af en eller flere fipronilforbindelser (gennemsnit over 4 uger) HC5-værdien opnået fra medietesten.Brug SSD'en fra meso-skala-eksperimentet til at konvertere den målte fipronilforbindelseskoncentration til et toksicitetsrelateret indeks, det vil sige summen af ​​toksicitetsenheder (ΣTUFipronils).Værdien 1 angiver toksicitet, eller den kumulative eksponering af fipronilforbindelse overstiger den kendte beskyttelse Arter værd 95%.Det signifikante forhold mellem ΣTUFipronil i fire af de fem regioner og SPEAR-pesticidindikatoren for invertebratsamfunds sundhed indikerer, at fipronil kan have en negativ indvirkning på bunddyrs-hvirvelløse samfund i floder i flere regioner i USA.Disse resultater understøtter hypotesen fra Wolfram et al.(3) Risikoen for phenpyrazol-insekticider til overfladevand i USA er ikke fuldt ud forstået, fordi indvirkningen på akvatiske insekter sker under den nuværende lovgivningsmæssige tærskel.
De fleste vandløb med indhold af fipronil over det toksiske niveau er placeret i den relativt urbaniserede sydøstlige region (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Den tidligere vurdering af området konkluderede ikke kun, at fipronil er den vigtigste stressfaktor, der påvirker strukturen af ​​hvirvelløse dyr i åen, men også, at lavt opløst ilt, øgede næringsstoffer, flowændringer, habitatnedbrydning og andre pesticider, og kategorien forurenende stoffer er en vigtig kilde til stress (57).Denne blanding af stressfaktorer er i overensstemmelse med "urban river syndrome", som er den nedbrydning af flodøkosystemer, der almindeligvis observeres i forhold til urban arealanvendelse (58, 59).Skiltene for arealanvendelse i byer i den sydøstlige region vokser og forventes at stige, efterhånden som befolkningen i regionen vokser.Virkningen af ​​fremtidig byudvikling og pesticider på byafstrømningen forventes at stige (4).Hvis urbaniseringen og brugen af ​​fipronil fortsætter med at vokse, kan brugen af ​​dette pesticid i byer i stigende grad påvirke vandløbssamfund.Selvom metaanalysen konkluderer, at brugen af ​​landbrugspesticider truer globale strømøkosystemer (2, 60), antager vi, at disse vurderinger undervurderer pesticiders samlede globale påvirkning ved at udelukke byanvendelser.
Forskellige stressfaktorer, herunder pesticider, kan påvirke makroinvertebratsamfund i udviklede vandskel (by-, landbrugs- og blandet arealanvendelse) og kan være relateret til arealanvendelse (58, 59, 61).Selvom denne undersøgelse brugte SPEAR-pesticidindikatoren og akvatiske organismespecifikke fipronil-toksicitetskarakteristika for at minimere virkningen af ​​forvirrende faktorer, kan ydeevnen af ​​SPEAR-pesticidindikatoren blive påvirket af habitatnedbrydning, og fipronil kan sammenlignes med andre pesticidrelaterede (4, 17, 51, 57).En model med flere stressfaktorer udviklet ved hjælp af feltmålinger fra de to første regionale undersøgelser (Midvesten og Sydøstlig) viste imidlertid, at pesticider er en vigtig opstrømsstressfaktor for samfundsforhold for makroinvertebrater i vadefloder.I disse modeller omfatter vigtige forklaringsvariable pesticider (især bifenthrin), næringsstoffer og habitatkarakteristika i de fleste landbrugsstrømme i Midtvesten og pesticider (især fipronil) i de fleste byer i den sydøstlige del.Ændringer i ilt, næringsstoffer og flow (61, 62).Derfor, selvom regionale undersøgelser forsøger at adressere virkningen af ​​ikke-pesticid-stressorer på responsindikatorer og justere de prædiktive indikatorer for at beskrive virkningen af ​​fipronil, understøtter feltresultaterne af denne undersøgelse fipronils opfattelse.) Bør betragtes som en af ​​de mest indflydelsesrige kilder til tryk i amerikanske floder, især i det sydøstlige USA.
Forekomsten af ​​pesticidnedbrydning i miljøet er sjældent dokumenteret, men truslen mod vandlevende organismer kan være mere skadelig end moderkroppen.I tilfælde af fipronil har feltstudier og forsøg i mesoskala vist, at nedbrydningsprodukter er lige så almindelige som moderlegemet i de udtagne vandløb og har samme eller højere toksicitet (tabel 1).I mediummembraneksperimentet var fluorbenzonitrilsulfon det mest toksiske af de undersøgte pesticidnedbrydningsprodukter, og det var mere giftigt end moderforbindelsen og blev også påvist med en frekvens svarende til moderforbindelsens.Hvis kun forældrepesticiderne måles, vil potentielle toksicitetsbegivenheder muligvis ikke blive bemærket, og den relative mangel på toksicitetsinformation under pesticidnedbrydning betyder, at deres forekomst og konsekvenser kan ignoreres.Eksempelvis blev der på grund af manglende information om nedbrydningsprodukters toksicitet gennemført en omfattende vurdering af pesticider i schweiziske vandløb, herunder 134 pesticidnedbrydningsprodukter, og kun moderstoffet blev betragtet som moderstoffet i sin økotoksikologiske risikovurdering.
Resultaterne af denne økologiske risikovurdering indikerer, at fipronilforbindelser har negative virkninger på flodsundheden, så det kan med rimelighed udledes, at negative effekter kan observeres overalt, hvor fipronilforbindelser overstiger HC5-niveauet.Resultaterne af mesoskopiske eksperimenter er uafhængige af lokalitet, hvilket indikerer, at koncentrationen af ​​fipronil og dets nedbrydningsprodukter i mange stream taxa er meget lavere end tidligere registreret.Vi mener, at denne opdagelse sandsynligvis vil blive udvidet til protobiotaen i uberørte vandløb overalt.Resultaterne af eksperimentet i meso-skala blev anvendt på storskala feltstudier (444 små vandløb bestående af by-, landbrugs- og jordblandede anvendelser på tværs af fem store regioner i USA), og det blev fundet, at koncentrationen af ​​mange vandløb hvor fipronil blev påvist forventes at være. Den resulterende toksicitet tyder på, at disse resultater kan udvides til andre lande, hvor fipronil anvendes.Ifølge rapporter er antallet af personer, der bruger Fipronil, stigende i Japan, Storbritannien og USA (7).Fipronil er til stede på næsten alle kontinenter, inklusive Australien, Sydamerika og Afrika (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Resultaterne af de meso-til-felt undersøgelser, der præsenteres her, indikerer, at brugen af ​​fipronil kan have økologisk betydning på globalt plan.
For supplerende materialer til denne artikel, se venligst http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Dette er en artikel med åben adgang distribueret under vilkårene i Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, som tillader brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, så længe den endelige brug ikke er til kommerciel vinding, og forudsætningen er, at det originale arbejde er korrekt.Reference.
Bemærk: Vi beder dig kun om at oplyse din e-mailadresse, så den person, du anbefaler til siden, ved, at du ønsker, at de skal se e-mailen, og at det ikke er spam.Vi vil ikke fange nogen e-mailadresser.
Dette spørgsmål bruges til at teste, om du er en besøgende og forhindre automatisk indsendelse af spam.
Janet L. Miller, Travis S. Schmidt, Peter C. Van Metre, Barbara Mahler ( Barbara J. Mahler, Mark W. Sandstrom, Lisa H. Nowell, Daren M. Carlisle, Patrick W. Moran
Undersøgelser har vist, at almindelige pesticider, der ofte påvises i amerikanske vandløb, er mere giftige end hidtil antaget.
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
Undersøgelser har vist, at almindelige pesticider, der ofte påvises i amerikanske vandløb, er mere giftige end hidtil antaget.
©2021 American Association for the Advancement of Science.alle rettigheder forbeholdes.AAAS er partner af HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef og COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.