Pestitsiidid ojades on muutumas üha enam ülemaailmseks probleemiks, kuid veeökosüsteemide ohutu kontsentratsiooni kohta on vähe teavet.30-päevases mesokosmilises eksperimendis puutusid kohalikud põhjaveeselgrootud kokku tavalise insektitsiidiga fiproniili ja nelja liiki lagunemissaadustega.Fiproniilühend põhjustas muutusi tärkamises ja troofilises kaskaadis.Välja on töötatud efektiivne kontsentratsioon (EC50), mille juures fiproniil ja selle sulfiidi, sulfooni ja desulfinüüli lagunemissaadused põhjustavad 50% reaktsiooni.Taksaanid ei ole fiproniili suhtes tundlikud.Mõjutatud liikide 5% ohukontsentratsiooni alates 15 mesokosmilisest EC50 väärtusest kasutatakse väliproovis sisalduva fiproniili ühendi kontsentratsiooni teisendamiseks toksiliste ühikute (∑TUFiproniils) summaks.Viiest piirkondlikust uuringust saadud voogudest 16% ületas ∑TUFiproniili keskmine väärtus 1 (näitab toksilisust).Ohustatud liikide selgrootute näitajad on viiest proovivõtualast neljas TUTUiproniiliga negatiivses korrelatsioonis.See ökoloogiline riskihinnang näitab, et fiproniiliühendite madalad kontsentratsioonid vähendavad paljudes Ameerika Ühendriikide piirkondades voolukogukondi.
Kuigi sünteetiliste kemikaalide tootmine on viimastel aastakümnetel märkimisväärselt suurenenud, ei ole nende kemikaalide mõju mittesihtökosüsteemidele täielikult mõistetud (1).Pinnavees, kus kaob 90% ülemaailmsest põllumaast, puuduvad andmed põllumajanduslike pestitsiidide kohta, kuid seal, kus andmed on olemas, ületab pestitsiidide lubatud piirmäärad poole võrra (2).Ameerika Ühendriikide pinnavetes leiduvate põllumajanduslike pestitsiidide metaanalüüs näitas, et 70% proovivõtukohtadest ületas vähemalt üks pestitsiid regulatiivse läve (3).Need metaanalüüsid (2, 3) keskenduvad aga ainult põllumajandusmaakasutusest mõjutatud pinnaveele ja on diskreetsete uuringute kokkuvõte.Pestitsiide, eriti insektitsiide, leidub suures kontsentratsioonis ka linnamaastiku kuivenduses (4).Põllumajandusest ja linnamaastikest väljuva pinnavee pestitsiidide sisalduse põhjalikku hindamist tehakse harva;seetõttu ei ole teada, kas pestitsiidid kujutavad endast ulatuslikku ohtu pinnaveevarudele ja nende ökoloogilisele terviklikkusele.
Bensopürasoolid ja neonikotinoidid moodustasid 2010. aastal kolmandiku ülemaailmsest pestitsiidide turust (5).Ameerika Ühendriikide pinnavetes on fiproniil ja selle lagunemissaadused (fenüülpürasoolid) kõige levinumad pestitsiidsed ühendid ning nende kontsentratsioon ületab tavaliselt veekeskkonna norme (6–8).Kuigi neonikotinoidid on pälvinud tähelepanu oma mõju tõttu mesilastele ja lindudele ning levimuse tõttu (9), on fiproniil kaladele ja lindudele mürgisem (10), samas kui teistel fenüülpürasoolide klassi ühenditel on herbitsiidne toime (5).Fiproniil on süsteemne insektitsiid, mida kasutatakse kahjurite tõrjeks linna- ja põllumajanduskeskkonnas.Alates fiproniili tulekust maailmaturule 1993. aastal on fiproniili kasutamine Ameerika Ühendriikides, Jaapanis ja Ühendkuningriigis oluliselt suurenenud (5).Ameerika Ühendriikides kasutatakse fiproniili sipelgate ja termiitide tõrjeks ning seda kasutatakse põllukultuurides, sealhulgas maisis (sealhulgas seemnete töötlemine), kartulites ja viljapuuaedades (11, 12).Fiproniili kasutamine põllumajanduses saavutas Ameerika Ühendriikides haripunkti 2002. aastal (13).Kuigi riiklikud linnakasutuse andmed pole saadaval, saavutas California linnakasutus kõrgpunkti aastatel 2006 ja 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, juurdepääs 2. detsembril 2019).Kuigi mõnes suure kasutusnormiga põllumajanduspiirkonnas (14) leidub ojades fiproniili kõrgeid kontsentratsioone (6,41 μg/l), on võrreldes põllumajanduslike voogudega Ameerika Ühendriikide linnavoogudes üldiselt rohkem tuvastatav ja kõrgem kõrge kontsentratsioon, mis on positiivne tormide esinemist seostatakse testiga (6, 7, 14-17).
Fiproniil siseneb vee ökosüsteemi äravooluga või leostub pinnasest oja (7, 14, 18).Fiproniilil on madal lenduvus (Henry seaduse konstant 2,31 × 10-4 Pa m3 mol-1), madal kuni mõõdukas lahustuvus vees (3,78 mg/l temperatuuril 20 °C) ja mõõdukas hüdrofoobsus (log Kow on 3,9 kuni 4,1)). Liikuvus pinnases on väga väike (log Koc on 2,6–3,1) (12, 19) ja selle püsivus keskkonnas on madal kuni keskmine (20).Finasepriil laguneb fotolüüsi, oksüdatsiooni, pH-st sõltuva hüdrolüüsi ja redutseerimise teel, moodustades neli peamist lagunemissaadust: dessulfoksüfenapriil (ega sulfoksiid), fenapreniipsulfoon (sulfoon), filofenamiid (amiid) ja filofeniibsulfiid (sulfiid).Fiproniili lagunemissaadused kipuvad olema stabiilsemad ja vastupidavamad kui lähteühend (21, 22).
Fiproniili toksilisus ja selle lagunemine mittesihtliikideks (näiteks veeselgrootuteks) on hästi dokumenteeritud (14, 15).Fiproniil on neurotoksiline ühend, mis häirib kloriidioonide läbimist gamma-aminovõihappega reguleeritud kloriidikanali kaudu putukates, mille tulemuseks on piisav kontsentratsioon, et põhjustada liigset erutust ja surma (20).Fiproniil on selektiivselt toksiline, seega on sellel suurem retseptoriga seondumise afiinsus putukate suhtes kui imetajatel (23).Fiproniili lagunemissaaduste insektitsiidne toime on erinev.Sulfooni ja sulfiidi mürgisus magevee selgrootutele on samasugune või suurem kui lähteühendil.Desulfinüülil on mõõdukas toksilisus, kuid see on vähem toksiline kui lähteühend.Suhteliselt mittetoksiline (23, 24).Veeselgrootute vastuvõtlikkus fiproniili ja fiproniili lagunemise suhtes on taksonite sees ja vahel väga erinev (15), mõnel juhul isegi ületab suurusjärgu (25).Lõpuks on tõendeid selle kohta, et fenüülpürasoolid on ökosüsteemile toksilisemad, kui seni arvati (3).
Laboratoorsetel toksilisuse katsetel põhinevad veebioloogilised võrdlusnäitajad võivad alahinnata põldpopulatsioonide riski (26–28).Veekeskkonna standardid kehtestatakse tavaliselt ühe liigi laboratoorsete toksilisuse katsetega, kasutades ühte või mitut veeselgrootu liiki (näiteks Diptera: Chironomidae: Chironomus ja Crustacea: Daphnia magna ja Hyalella azteca).Neid katseorganisme on üldiselt lihtsam kasvatada kui teisi põhjaelulisi makroselgrootuid (näiteks phe perekond::) ja mõnel juhul on nad saasteainete suhtes vähem tundlikud.Näiteks D. Magna on paljude metallide suhtes vähem tundlik kui teatud putukad, samas kui A. zteca on püretroid-insektitsiid bifentriini suhtes vähem tundlik kui tundlikkus usside suhtes (29, 30).Olemasolevate võrdlusaluste teine ​​piirang on arvutustes kasutatavad lõpp-punktid.Ägedad võrdlusnäitajad põhinevad suremusel (või koorikloomade puhul fikseeritud), samas kui kroonilised võrdlusnäitajad põhinevad tavaliselt subletaalsetel tulemusnäitajatel (nagu kasv ja paljunemine) (kui neid on).Siiski on laialt levinud subletaalsed mõjud, nagu kasv, tärkamine, halvatus ja arengupeetus, mis võivad mõjutada taksonite edukust ja kogukonna dünaamikat.Selle tulemusel, kuigi võrdlusnäitaja annab tausta mõju bioloogilisele tähtsusele, on ökoloogiline tähtsus toksilisuse künnisena ebakindel.
Selleks, et paremini mõista fiproniiliühendite mõju põhjaveeökosüsteemidele (selgrootutele ja vetikatele), toodi laborisse looduslikud põhjakooslused ja eksponeeriti kontsentratsioonigradientidele fiproniili 30-päevase voolu või ühe neljast fiproniili lagunemiskatsest.Uurimistöö eesmärk on luua liigispetsiifiline 50% toimekontsentratsioon (EC50 väärtus) iga fiproniiliühendi kohta, mis esindab jõekoosluse laia taksonit, ning määrata saasteainete mõju koosluse struktuurile ja funktsioonile [st ohukontsentratsioon]. Mõjutatud liikide (HC5) % ja kaudsed mõjud, nagu muutunud tärkamine ja troofiline dünaamika].Seejärel rakendati mesoskoopilises katses saadud läve (ühendispetsiifiline HC5 väärtus) väljale, mille Ameerika Ühendriikide Geoloogiakeskus (USGS) kogus Ameerika Ühendriikide viiest piirkonnast (kirde, kagu, kesk-lääne, Vaikse ookeani loodeosa ja kesk-California). Rannikuvööndi andmed) osana USGS piirkondliku oja kvaliteedi hindamisest (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Meile teadaolevalt on tegemist esimese ökoloogilise riskihinnanguga.Selles uuritakse põhjalikult fiproniiliühendite mõju põhjaorganismidele kontrollitud mesokeskkonnas ja seejärel rakendatakse neid tulemusi mandri mastaabis välitingimustes.
30-päevane mesokosmiline eksperiment viidi läbi USA-s Colorado osariigis Fort Collinsis asuvas USGS Aquatic Laboratory (AXL) veelaboris 18. oktoobrist 17. novembrini 2017 1 päeva kodustamiseks ja 30 päevaks katsetamiseks.Meetodit on eelnevalt kirjeldatud (29, 31) ja üksikasjalikult kirjeldatud lisamaterjalis.Mesoruumi seadistus sisaldab 36 ringlevat voolu neljas aktiivses voolus (tsirkuleerivad veepaagid).Iga elav oja on varustatud jahutiga, et hoida vee temperatuuri ja on valgustatud 16:8 hele-pimeduse tsükliga.Mesotasandi vool on roostevaba teras, mis sobib fiproniili hüdrofoobsusele (log Kow = 4,0) ja sobib orgaaniliste puhastuslahustite jaoks (joonis S1).Mesomõõtmelise katse jaoks kasutatud vesi koguti Cache La Poudre jõest (ülesvoolu allikad, sealhulgas Rocky Mountaini rahvuspark, National Forest ja Continental Divide) ja säilitati AXL-i neljas polüetüleenist mahutis.Leiukohalt kogutud sette- ja veeproovide varasemate hindamiste käigus pestitsiide ei leitud (29).
Meso-skaala katsekujundus koosneb 30 töötlemisvoost ja 6 kontrollvoost.Puhastusvoog saab töödeldud vett, millest igaüks sisaldab kordumatutes konstantsetes kontsentratsioonides fiproniiliühendeid: fiproniil (fiproniil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amiid (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), väävlitustamise rühm [USA keskkonnakaitseagentuuri (EPA) pestitsiidide raamatukogu, CAS 205650-65-3], sulfoon (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) ja sulfiid (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); kõik puhtusastmed ≥ 97,8%. Vastavalt avaldatud vastuse väärtustele (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33). Lahustada fiproniilühend metanoolis (Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society sertifikaadi tase) ja lahjendada deioniseeritud veega vajaliku mahuni, et valmistada kontsentreeritud põhilahus. Kuna metanooli kogus doosis on erinev, on vaja metanooli vastavalt vajadusele lisada kõikidesse töötlemisvoogudesse. Kolmes kontrollis, et tagada sama metanooli kontsentratsioon ( 0,05 ml/L) ojades. Ülejäänud kolme kontrollvoolu keskvaade sai jõevett ilma metanoolita, vastasel juhul käsitleti neid nagu kõiki teisi ojasid.
8., 16. ja 26. päeval mõõdeti voolumembraanis temperatuuri, pH väärtust, elektrijuhtivust ning fiproniili ja fiproniili lagunemist.Lähteühendi fiproniili lagunemise jälgimiseks söötmetesti ajal kasutati fiproniili (vanemad) vedela soole limaskesta töötlemiseks veel kolm päeva [päevadel 5, 12 ja 21 (n = 6)] temperatuuri, pH, Juhtivuse, fiproniili ja fiproniili lagunemise proovide võtmine.Pestitsiidide analüüsi proovid koguti, filtreerides 10 ml voolavat vett 20 ml merevaigukollasesse klaasviaali läbi Whatmani 0,7 μm GF/F süstlafiltri, mis oli varustatud suure läbimõõduga nõelaga.Proovid külmutati koheselt ja saadeti USA-s Colorado osariigis Lakewoodis asuvasse USGS National Water Quality Laboratory (NWQL) analüüsimiseks.Kasutades varem avaldatud meetodi täiustatud meetodit, määrati veeproovides fiproniil ja 4 lagunemissaadust otse vesisüstiga (DAI) vedelikkromatograafia-tandem-massispektromeetriaga (LC-MS / MS; Agilent 6495).Instrumendi tuvastamise tase (IDL) on hinnanguliselt minimaalne kalibreerimisstandard, mis vastab kvalitatiivsele identifitseerimisstandardile;fiproniili IDL on 0,005 μg/l ja ülejäänud nelja fiproniili IDL on 0,001 μg/l.Täiendav materjal sisaldab fiproniiliühendite mõõtmiseks kasutatud meetodite täielikku kirjeldust, sealhulgas kvaliteedikontrolli ja tagamise protseduure (näiteks proovide kogumine, naelu, kolmandate isikute kontrollid ja tühjad katsed).
30-päevase mesokosmilise eksperimendi lõpus viidi lõpule täiskasvanud ja vastsetest selgrootute loendamine ja tuvastamine (peamine andmete kogumise tulemus).Tärkavaid täiskasvanuid kogutakse võrgust iga päev ja külmutatakse puhtas 15 ml Falconi tsentrifuugitorus.Katse lõpus (30. päev) puhastati iga voo membraani sisu selgrootute eemaldamiseks, sõeluti (250 μm) ja säilitati 80% etanoolis.Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) on lõpetanud vastsete ja täiskasvanud selgrootute taksonoomilise identifitseerimise madalaima võimaliku taksonoomilise tasemeni, tavaliselt liigid.Päevadel 9, 19 ja 29 mõõdeti klorofüll a kolmes korduses iga voolu mesoskoopilises membraanis.Kõik mesoskoopilise katse osana tehtavad keemilised ja bioloogilised andmed on toodud kaasasolevas andmeväljaandes (35).
Ökoloogilisi uuringuid viidi läbi USA viies suuremas piirkonnas väikestes (kahlavates) ojades ja pestitsiidide seiret tehti eelmisel indeksiperioodil.Lühidalt, lähtudes põllumajanduslikust ja linnalisest maakasutusest (36-40), valiti igas piirkonnas 77 kuni 100 asukohta (kokku 444 asukohta).Ühe aasta kevadsuvel (2013-2017) kogutakse veeproove igas piirkonnas kord nädalas 4-12 nädala jooksul.Konkreetne aeg sõltub piirkonnast ja arengu intensiivsusest.Kirdepiirkonna 11 jaama on aga peaaegu veelahkmes.Ei mingit arengut, välja arvatud see, et koguti ainult üks proov.Kuna piirkondlikes uuringutes on pestitsiidide seireperioodid erinevad, siis võrdluseks võetakse siinkohal arvesse ainult nelja viimast igas kohas kogutud proovi.Eeldatakse, et üks proov, mis on kogutud arendamata kirdepiirkonnast (n = 11), võib esindada 4-nädalast proovivõtuperioodi.Selle meetodi tulemusel tehakse pestitsiidide kohta sama arv vaatlusi (välja arvatud 11 asukohta kirdeosas) ja sama vaatluse kestus;arvatakse, et 4 nädalat on piisavalt pikk elustiku pikaajaliseks kokkupuuteks, kuid piisavalt lühike, et ökoloogiline kooslus ei peaks nendest kontaktidest taastuma.
Piisava vooluhulga korral kogutakse veeproov konstantse kiiruse ja konstantse laiuse sammuga (41).Kui voolust selle meetodi kasutamiseks ei piisa, saate proove koguda proovide sügava integreerimise või voolu raskuskeskmest haaramise teel.Kasutage suure avaga süstalt ja ketasfiltrit (0,7 μm), et koguda 10 ml filtreeritud proovi (42).DAI LC-MS/MS/MS/MS abil analüüsiti veeproove NWQL-is 225 pestitsiidi ja pestitsiidide lagunemissaaduste, sealhulgas fiproniili ja 7 lagunemissaaduse (dessulfinüülfiproniil, fiproniil) suhtes. Sulfiidid, fiproniilsulfoon, desklorofiproniil, destioolfiproniil, fiproniil ja fiproniil).).Tüüpilised miinimumtasemed väliuuringute jaoks on: fiproniil, desmetüültiofluorobensonitriil, fiproniilsulfiid, fiproniilsulfoon ja desklorofiproniil 0,004 μg/L;dessulfinüülfluorfenamiid ja Fiproniilamiidi kontsentratsioon on 0,009 μg/l;fiproniilsulfonaadi kontsentratsioon on 0,096 μg/l.
Selgrootute kooslustest võetakse proovid iga ala uuringu lõpus (kevad/suvi), tavaliselt samal ajal kui viimane pestitsiidide proovide võtmine.Pärast kasvuperioodi ja pestitsiidide rohket kasutamist peaks proovivõtuaeg olema kooskõlas madala vooluga ja peaks langema kokku ajaga, mil jõe selgrootute kooslus küpseb ja on peamiselt vastsete elujärgus.Kasutades 500 μm võrgusilma või D-raami võrguga Surberi proovivõtturit, viidi selgrootute kogukonna proovide võtmine lõpule 437 kohas 444-st.Proovivõtumeetodit kirjeldatakse üksikasjalikult lisamaterjalis.NWQL-is identifitseeritakse ja loetletakse tavaliselt kõik selgrootud perekonna või liigi tasandil.Kõik selles valdkonnas kogutud ja käesolevas käsikirjas kasutatud keemilised ja bioloogilised andmed on toodud kaasasolevas andmeväljaandes (35).
Mesoskoopilises katses kasutatud viie fiproniiliühendi puhul arvutati vastsete selgrootute kontsentratsioon 20% või 50% võrra vähenenud kontrollrühmaga võrreldes (st EC20 ja EC50).Andmed [x = ajaliselt kaalutud fiproniili kontsentratsioon (üksikasju vt lisamaterjalist), y = vastsete arvukus või muud mõõdikud] paigaldati R(43) laiendatud paketile, kasutades kolmeparameetrilist logaritmilist regressioonimeetodit "drc".Kõver sobib kõigile liikidele (vastsed) piisava arvukusega ja vastab muudele huvipakkuvatele näitajatele (näiteks taksonite rikkus, kogu maikuningriigi arvukus ja koguarvukus), et kogukonna mõju paremini mõista.Mudeli sobivuse hindamiseks kasutatakse Nash-Sutcliffi koefitsienti (45), kus mudeli kehv sobivus võib saada lõpmatult negatiivseid väärtusi ja täiusliku sobivuse väärtus on 1.
Uurimaks fiproniiliühendite mõju putukate tärkamisele katses, hinnati andmeid kahel viisil.Esiteks, lahutades iga töötlemisvoolu meso välimusest kontrollvoolu meso keskmise välimuse, normaliseeriti iga voolu meso putukate kumulatiivne igapäevane esinemine (kõigi isendite koguarv) kontrolliks.Joonistage need väärtused aja suhtes, et mõista ravivedeliku vahendaja kõrvalekaldeid kontrollvedeliku vahendajast 30-päevases katses.Teiseks arvutage iga voolu mesofülli esinemisprotsent, mis on defineeritud kui mesofüllide koguarvu suhe antud voolus kontrollrühma vastsete ja täiskasvanute keskmise arvuga ning sobib kolmeparameetriliseks logaritmiliseks regressiooniks. .Kõik kogutud idanevad putukad olid pärit Chironomidae perekonna kahest alamperekonnast, seega viidi läbi kombineeritud analüüs.
Muutused koosluse struktuuris, nagu taksonite kadu, võivad lõppkokkuvõttes sõltuda toksiliste ainete otsesest ja kaudsest mõjust ning põhjustada muutusi koosluse funktsioonis (näiteks troofiline kaskaad).Troofilise kaskaadi testimiseks hinnati lihtsat põhjuslikku võrku, kasutades teeanalüüsi meetodit (R-pakett “piecewiseSEM”) (46).Mesoskoopiliste katsete puhul eeldatakse, et kaabitsa biomassi vähendamiseks vees sisalduv fiproniil, desulfinüül, sulfiid ja sulfoon (mitte testitud amiid) põhjustavad kaudselt klorofüll a biomassi suurenemist (47).Ühendi kontsentratsioon on ennustav muutuja ning kaabitsa ja klorofülli biomass on vastuse muutujad.Fisheri C-statistikat kasutatakse mudeli sobivuse hindamiseks, nii et P väärtus <0,05 näitab head mudeli sobivust (46).
Riskipõhise ökokoosluse lävekaitsevahendi väljatöötamiseks on iga ühend saanud 95% mõjutatud liikide (HC5) kroonilise liigitundlikkuse jaotuse (SSD) ja ohukontsentratsiooni kaitse.Loodi kolm SSD andmekogumit: (i) ainult mesoandmekogum, (ii) andmekogum, mis sisaldab kõiki mesoandmeid ja EPA ECOTOX andmebaasi päringust kogutud andmeid (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, millele pääseb juurde 14. märts 2019), on uuringu kestus 4 päeva või pikem ja (iii) andmekogum, mis sisaldab kõiki mesoskoopilisi andmeid ja ECOTOX-i andmeid, milles ECOTOX-i andmed (äge kokkupuude) jagatud ägeda ja kroonilise D. magna ( 19.39), et selgitada kokkupuute kestuse erinevust ja lähendada kroonilist EC50 väärtust (12).Meie eesmärk luua mitu SSD mudelit on (i) töötada välja HC5 väärtused, et neid võrrelda väliandmetega (ainult meediumite SSD-de puhul) ja (ii) hinnata, et meediumiandmed on vesiviljelusse kaasamiseks laiemalt aktsepteeritud kui reguleerivad asutused. eluea võrdlusaluste tugevus ja andmeressursside standardne seadistus ning seega ka mesoskoopiliste uuringute kasutamise otstarbekus kohandamisprotsessis.
SSD töötati välja iga andmekogumi jaoks, kasutades R-paketti “ssdtools” (48).Kasutage alglaadimisriba (n = 10 000), et hinnata SSD-lt HC5 keskmist ja usaldusvahemikku (CI).Selle uuringu käigus välja töötatud 49 taksonivastust (kõik taksonid, mis on identifitseeritud kui perekonnad või liigid) on kombineeritud 32 taksoni vastusega, mis on koostatud kuuest ECOTOXi andmebaasis avaldatud uuringust, kokku saab SSD arendamiseks kasutada 81 taksoni vastust. .Kuna ECOTOX amiidide andmebaasist andmeid ei leitud, siis amiidide jaoks SSD-d ei välja töötatud ja praegusest uuringust saadi ainult üks EC50 vastus.Kuigi ECOTOX-i andmebaasist leiti ainult ühe sulfiidirühma EC50 väärtus, on praegusel magistrandil 12 EC50 väärtust.Seetõttu on sulfinüülrühmade jaoks välja töötatud SSD-d.
Ainult Mesocosmose SSD andmekogust saadud fiproniiliühendite spetsiifilised HC5 väärtused ühendati väliandmetega, et hinnata fiproniiliühendite kokkupuudet ja potentsiaalset toksilisust 444 voos viiest Ameerika Ühendriikide piirkonnast.Viimase 4-nädalase proovivõtu aknas jagatakse iga tuvastatud fiproniiliühendite kontsentratsioon (avastamata kontsentratsioonid on null) vastava HC5-ga ja iga proovi ühendite suhe liidetakse, et saada fiproniili kogutoksilisuse ühik (ΣTUFiproniils), kus ΣTUFiproniilid> 1 tähendab toksilisust.
Võrreldes 50% mõjutatud liikide (HC50) ohukontsentratsiooni keskmise membraanikatsest saadud taksonirikkuse EC50 väärtusega, hinnati keskmise membraani andmete põhjal saadud SSD-d, mis peegeldavad laiema ökoloogilise kogukonna tundlikkust fiproniili suhtes. kraadi..Selle võrdluse kaudu saab hinnata SSD-meetodi (sealhulgas ainult need taksonid, millel on doosi-vastuse seos) ja EC50 meetodi (sealhulgas kõik keskmises ruumis täheldatud ainulaadsed taksonid) vahelist kooskõla, kasutades EC50-meetodit taksonirikkuse mõõtmiseks.Annuse ja reaktsiooni suhe.
Arvutati pestitsiidide riskiliikide (SPEARpesticides) indikaator, et uurida selgrootute koosluste tervisliku seisundi ja ΣTUFiproniili vahelist seost 437 selgrootute kogumise voolus.SPEARpestitsiidide mõõdik muudab selgrootute koosseisu füsioloogiliste ja ökoloogiliste omadustega bioloogilise taksonoomia arvukuse mõõdikuks, suurendades seeläbi tundlikkust pestitsiidide suhtes.SPEARpestitsiidide indikaator ei ole looduslike ühismuutujate suhtes tundlik (49, 50), kuigi selle toimivust mõjutab elupaikade tõsine halvenemine (51).Iga taksoni kohta kohapeal kogutud arvukusandmed on kooskõlastatud ASTERICSi tarkvaraga seotud taksoni võtmeväärtusega, et hinnata jõe ökoloogilist kvaliteeti (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home . html).Seejärel importige andmed tarkvara Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (versioon 18.05).Selles tarkvaras kasutatakse Euroopa tunnuste andmebaasi ja pestitsiidide suhtes füsioloogilise tundlikkusega andmebaasi, et teisendada iga saidi andmed SPEARpesticides indikaatoriks.Igas viies piirkondlikus uuringus kasutati üldist lisandite mudelit (GAM) ["mgcv" paketti R(52)), et uurida seost SPEARpesticides mõõdiku ja ΣTUFipronilide [log10(X + 1) konversioon] Associated vahel.Üksikasjalikuma teabe saamiseks SPEARpestitsiidide mõõdikute ja andmete analüüsi kohta vaadake lisamaterjale.
Vee kvaliteediindeks on ühtlane iga mesoskoopilise voolu ja kogu mesoskoopilise katseperioodi jooksul.Keskmine temperatuur, pH ja juhtivus olid vastavalt 13,1°C (±0,27°C), 7,8 (±0,12) ja 54,1 (±2,1) μS/cm (35).Mõõdetud lahustunud orgaanilise süsiniku sisaldus puhtas jõevees on 3,1 mg/L.Jõe mesovaates, kus MiniDOT-salvesti on kasutusel, on lahustunud hapnik küllastumise lähedal (keskmiselt> 8,0 mg/L), mis näitab, et oja on täielikult tsirkuleeritud.
Andmed fiproniili kvaliteedikontrolli ja kvaliteedi tagamise kohta on esitatud lisatud andmeväljaandes (35).Lühidalt öeldes jäävad laboratoorsete maatriksite ja mesoskoopiliste proovide taastumismäärad tavaliselt vastuvõetavatesse vahemikesse (saagis 70% kuni 130%), IDL standardid kinnitavad kvantitatiivset meetodit ning labori- ja instrumenditoorikud on tavaliselt puhtad. On väga vähe erandeid peale neid üldistusi käsitleti lisamaterjalis..
Süsteemi ülesehituse tõttu on fiproniili mõõdetud kontsentratsioon tavaliselt sihtväärtusest madalam (joonis S2) (kuna ideaaltingimustes kulub püsiseisundi saavutamiseks 4–10 päeva) (30).Võrreldes teiste fiproniilühenditega, muutub desulfinüüli ja amiidi kontsentratsioon aja jooksul vähe ning kontsentratsiooni varieeruvus töötlemisel on väiksem kui erinevus töötluste vahel, välja arvatud sulfooni ja sulfiidi madala kontsentratsiooniga töötlemine.Iga ravirühma ajaliselt kaalutud keskmine mõõdetud kontsentratsioonivahemik on järgmine: fiproniil, IDL kuni 9,07 μg/L;desulfinüül, IDL kuni 2,15 μg/L;amiid, IDL kuni 4,17 μg/L;Sulfiid, IDL Kuni 0,57 μg/l;ja sulfoon, IDL on 1,13 μg/l (35).Mõnes voos tuvastati mittesihtmärgiks olevaid fiproniiliühendeid, st ühendeid, mida ei lisatud konkreetsesse töötlusse, kuid mis olid teadaolevalt töötlusühendi lagunemissaadused.Põhiühendi fiproniiliga töödeldud mesoskoopilistel membraanidel on tuvastatud kõige rohkem mittesihtmärgiks olevaid lagunemissaadusi (kui seda ei kasutata töötlemisühendina, on need sulfinüül, amiid, sulfiid ja sulfoon);need võivad olla pigem tingitud tootmisprotsessist liitlisanditest ja/või lagunemisprotsessidest, mis esinevad põhilahuse säilitamisel ja (või) mesoskoopilises katses, mitte ristsaastumise tulemusena.Fiproniiliga töötlemisel ei täheldatud lagunemiskontsentratsiooni trendi.Mittesihtmärgiks olevad lagunemisühendid tuvastatakse organismis kõige sagedamini kõrgeima ravikontsentratsiooniga, kuid kontsentratsioon on väiksem kui nende mittesihtühendite kontsentratsioon (kontsentratsiooni leiate järgmisest jaotisest).Seetõttu, kuna madalaima fiproniiliga töötlemisel tavaliselt ei tuvastata sihtmärgiks mittekuuluvaid lagundavaid ühendeid ja kuna tuvastatud kontsentratsioon on madalam kui kõrgeima töötlemise mõjukontsentratsioon, järeldatakse, et nendel mittesihtühenditel on analüüsile minimaalne mõju.
Söötmekatsetes olid põhjaelustiku makroselgrootud tundlikud fiproniili, desulfinüüli, sulfooni ja sulfiidi suhtes [tabel S1;algsed arvukuse andmed on esitatud lisatud andmete versioonis (35)].Fiproniilamiid on mõeldud ainult kärbsele Rhithrogena sp.Mürgine (surmav), selle EC50 on 2,05 μg/L [±10,8(SE)].Loodi 15 unikaalse taksoni annuse-vastuse kõverad.Need taksonid näitasid suremust testitud kontsentratsioonivahemikus (tabel S1) ja sihtmärgiks olid rühmitatud taksonid (näiteks kärbsed) (joonis S3) ja rikkad taksonid (joonis 1). Loodi doosi-vastuse kõver.Fiproniili, desulfinüüli, sulfooni ja sulfiidi kontsentratsioon (EC50) kõige tundlikumate taksonite ainulaadsetel taksonitel on vastavalt 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 ja 0,005-0,043 μg/L.Rhithrogena sp.Ja Sweltsa sp.;Joonis S4) on madalamad kui paremini talutavad taksonid (nagu Micropsectra / Tanytarsus ja Lepidostoma sp.) (tabel S1).Tabeli S1 iga ühendi keskmise EC50 järgi on sulfoonid ja sulfiidid kõige tõhusamad ühendid, samas kui selgrootud on desulfinüüli suhtes (välja arvatud amiidid) üldiselt kõige vähem tundlikud.Üldise ökoloogilise seisundi mõõdikud, nagu taksonite rikkus, koguarvukus, kogu pentaploidne ja kivikärbes, sealhulgas taksonid ja mõnede taksonite arvukus, on mesosoos väga haruldased ja neid ei saa arvutada. Joonistage eraldi annuse-vastuse kõver.Seetõttu hõlmavad need ökoloogilised näitajad taksonite vastuseid, mida SSD ei sisalda.
Taksorikkus (vastne) kolmetasandilise logistilise funktsiooniga (A) fiproniili, (B) desulfinüüli, (C) sulfooni ja (D) sulfiidi kontsentratsiooniga.Iga andmepunkt tähistab vastseid ühest voost 30-päevase mesokperimendi lõpus.Taksonite rikkus on unikaalsete taksonite arv igas voos.Kontsentratsiooni väärtus on iga voo vaadeldava kontsentratsiooni ajaline keskmine, mõõdetuna 30-päevase katse lõpus.Fiproniilamiidil (pole näidatud) pole seost rikaste taksonitega.Pange tähele, et x-telg on logaritmilisel skaalal.EC20 ja EC50 SE korral on esitatud tabelis S1.
Kõigi viie fiproniiliühendi kõrgeima kontsentratsiooni korral vähenes Uetridae tärkamise määr.Sulfiidi, sulfooni, fiproniili, amiidi ja desulfinüüli idanemisprotsent (EC50) vähenes vastavalt 50% kontsentratsioonidel vastavalt 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 ja 0,97 μg/L (joonis 2 ja joonis S5).Enamikus 30-päevastest katsetest hilinesid kõik fiproniili, desulfinüüli, sulfooni ja sulfiidi ravid, välja arvatud mõned madala kontsentratsiooniga ravimeetodid (joonis 2), ja nende väljanägemine oli pärsitud.Amiidiga töötlemisel oli kogu katse vältel kogunenud heitvesi suurem kui kontrollproovil, kontsentratsiooniga 0,286 μg/l.Kõrgeim kontsentratsioon (4,164 μg/l) kogu katse jooksul pärssis heitvett ning vahetöötluse heitvee kiirus oli sarnane kontrollrühma omaga.(joonis 2).
Kumulatiivne tärkamine on iga töötluse keskmine päevane keskmine tärkamine, millest on maha arvatud (A) fiproniil, (B) desulfinüül, (C) sulfoon, (D) sulfiid ja (E) amiid kontrollvoos. Membraani keskmine päevane keskmine tärkamine.Välja arvatud kontroll (n = 6), n = 1. Kontsentratsiooni väärtus on igas voolus täheldatud kontsentratsiooni ajaliselt kaalutud keskmine.
Doosi-vastuse kõver näitab, et lisaks taksonoomilistele kadudele toimuvad ka struktuurimuutused kogukonna tasandil.Täpsemalt näitas katsekontsentratsioonivahemikus mai (joonis S3) ja taksonite arvukus (joonis 1) märkimisväärset doosi-vastuse seost fiproniili, desulfinüüli, sulfooni ja sulfiidiga.Seetõttu uurisime toitumiskaskaadi testimisega, kuidas need struktuurimuutused põhjustavad muutusi kogukonna funktsioonis.Veeselgrootute kokkupuude fiproniili, desulfinüüli, sulfiidi ja sulfooniga mõjutab otseselt negatiivselt kaabitsa biomassi (joonis 3).Kontrollimaks fiproniili negatiivset mõju kaabitsa biomassile, mõjutas kaabits negatiivselt ka klorofüll a biomassi (joonis 3).Nende negatiivsete teekoefitsientide tulemuseks on klorofülli a netokasv, kuna fiproniili ja degradantide kontsentratsioon suureneb.Need täielikult vahendatud rajamudelid näitavad, et fiproniili või fiproniili suurenenud lagunemine põhjustab klorofüll a osakaalu suurenemist (joonis 3).Eeldatakse, et otsene mõju fiproniili või lagunemiskontsentratsiooni ja klorofülli biomassi vahel on null, kuna fiproniiliühendid on pestitsiidid ja neil on madal otsene toksilisus vetikatele (näiteks EPA akuutse mittevaskulaarse taime lähtekontsentratsioon on 100 μg / L fiproniil, disulfoksiidrühm, sulfoon ja sulfiid; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), kõik tulemused (kehtivad mudelid) toetavad seda hüpotees.
Fiproniil võib oluliselt vähendada karjatamise biomassi (otsene mõju) (kaabitsarühmaks on vastsed), kuid sellel puudub otsene mõju klorofülli biomassile a.Fiproniili tugev kaudne toime seisneb aga klorofüll a biomassi suurenemises vastusena karjatamise vähendamisele.Nool näitab standardiseeritud teekoefitsienti ja miinusmärk (-) näitab seose suunda.* Näitab tähtsuse astet.
Kolm SSD-d (ainult keskmine kiht, keskmine kiht pluss ECOTOX-i andmed ja keskmine kiht pluss ECOTOX-i andmed, mida on korrigeeritud kokkupuute kestuse erinevuste järgi) andsid nominaalselt erinevaid HC5 väärtusi (tabel S3), kuid tulemused jäid SE vahemikku.Selle uuringu ülejäänud osas keskendume andme-SSD-le, millel on ainult mesouniversum ja sellega seotud HC5 väärtus.Nende kolme SSD hinnangu täielikuma kirjelduse saamiseks vaadake lisamaterjale (tabelid S2 kuni S5 ja joonised S6 ja S7).Ainult meso-tahke SSD kaardil kasutatud nelja fiproniiliühendi (joonis 4) kõige sobivam andmete jaotus (madalaim Akaike teabe standardskoor) on fiproniili ja sulfooni log-gumbel ning sulfiidi ja desulfureeritud γ ( Tabel S3).Iga ühendi kohta saadud HC5 väärtused on esitatud joonisel 4 ainult mesouniversumi kohta ja tabelis S3 on esitatud kõigi kolme SSD andmekogumi HC5 väärtused.Fiproniili, sulfiidi, sulfooni ja desulfinüülrühmade HC50 väärtused [22,1±8,78 ng/L (95% CI, 11,4 kuni 46,2), 16,9 ± 3,38 ng/L (95% CI, 11,2 kuni 24,0), 880 2,66 ng/L (95% CI, 5,44 kuni 15,8) ja 83,4±32,9 ng/L (95% CI, 36,4 kuni 163)] Need ühendid on oluliselt madalamad kui EC50 taksonirikkus (unikaalsete taksonite koguarv) (tabel S1 ; lisamaterjalide tabeli märkused on mikrogrammides liitri kohta).
Mesomastaabis eksperimendis kirjeldatakse liikide tundlikkust 30 päeva jooksul kokkupuutel (A) fiproniili, (B) dessulfinüülfiproniili, (C) fiproniilsulfooni, (D) fiproniilsulfiidiga. See on taksoni EC50 väärtus.Sinine katkendjoon tähistab 95% CI.Horisontaalne katkendjoon tähistab HC5.Iga ühendi HC5 väärtus (ng/l) on järgmine: fiproniil, 4,56 ng/l (95% CI, 2,59 kuni 10,2);sulfiid, 3,52 ng/L (1,36 kuni 9,20);sulfoon, 2,86 ng/liiter (1,93 kuni 5,29);ja sulfinüül, 3,55 ng/l (0,35 kuni 28,4).Pange tähele, et x-telg on logaritmilisel skaalal.
Viies piirkondlikus uuringus tuvastati fiproniili (vanemad) 22% 444 proovivõtukohast (tabel 1).Florfeniibi, sulfooni ja amiidi tuvastamise sagedus on sarnane (18% kuni 22% proovist), sulfiidi ja desulfinüüli tuvastamise sagedus on madalam (11% kuni 13%), ülejäänud lagunemissaadused on aga väga kõrged.Vähe (1% või vähem) või ei tuvastatud kunagi (tabel 1)..Fiproniili tuvastatakse kõige sagedamini kaguosas (52% leiukohtadest) ja kõige harvemini loodes (9% leiukohtadest), mis toob esile bensopürasooli kasutamise varieeruvuse ja potentsiaalse voolu haavatavuse kogu riigis.Degradandid näitavad tavaliselt sarnaseid piirkondlikke mustreid, kõrgeim avastamissagedus on kaguosas ja madalaim California loodeosas või rannikupiirkonnas.Mõõdetud fiproniili kontsentratsioon oli kõrgeim, järgnes lähteühend fiproniil (90% protsentides vastavalt 10,8 ja 6,3 ng/L) (tabel 1) (35).Suurim fiproniili (61,4 ng/L), disulfinüüli (10,6 ng/L) ja sulfiidi (8,0 ng/L) kontsentratsioon määrati kagus (proovi viimasel neljal nädalal).Suurim sulfooni kontsentratsioon määrati läänes.(15,7 ng/L), amiid (42,7 ng/L), dessulfinüülflupiramiid (14 ng/L) ja fiproniilsulfonaat (8,1 ng/L) (35).Florfeniidsulfoon oli ainus ühend, mis ületas HC5 (tabel 1).Keskmine ΣTUFiproniil eri piirkondade vahel on väga erinev (tabel 1).Riigi keskmine ΣTUFiproniil on 0,62 (kõik asukohad, kõik piirkonnad) ja 71 kohas (16%) on ΣTUFiproniilid> 1, mis näitab, et see võib olla toksiline põhjaelustiku makroselgrootutele.Neljas viiest uuritud piirkonnast (välja arvatud Kesk-Lääne) on SPEARpesticidide ja ΣTUFiproniili vahel oluline seos, kohandatud R2 on vahemikus 0, 07 piki California rannikut kuni 0, 34 kagus (joonis 5).
*Mesoskoopilistes katsetes kasutatud ühendid.†ΣTUFiproniilid, toksiiniühikute summa mediaan [nelja fiproniiliühendi vaadeldud välikontsentratsioon / iga ühendi ohukontsentratsioon SSD-ga nakatunud liikide viiendast protsentiilist (joonis 4)] Iganädalaste fiproniiliproovide puhul on viimased 4 Arvutati igas kohas kogutud pestitsiidiproovid nädala jooksul.‡Pestitsiidide mõõtmise kohtade arv.§90. protsentiil põhineb pestitsiidiproovide võtmise viimase 4 nädala jooksul kohapeal täheldatud maksimaalsel kontsentratsioonil.koos testitud proovide protsendiga.¶ Kasutage CI arvutamiseks 95% CI-d HC5 väärtusest (joonis 4 ja tabel S3, ainult meso).Dekloroflupiniibi on analüüsitud kõigis piirkondades ja seda pole kunagi leitud.ND, ei tuvastatud.
Fiproniili toksiline ühik on mõõdetud fiproniili kontsentratsioon jagatud ühendispetsiifilise HC5 väärtusega, mis määratakse söötme katsest saadud SSD abil (vt joonis 4).Must joon, üldistatud lisandmudel (GAM).Punasel katkendjoonel on GAM-i CI 95%.ΣTUFiproniils teisendatakse log10-ks (ΣTUFiproniils+1).
Fiproniili kahjulik mõju mittesihtveeliikidele on hästi dokumenteeritud (15, 21, 24, 25, 32, 33), kuid see on esimene uuring, kus see on kontrollitud laborikeskkonnas tundlik.Taksonite kooslused puutusid kokku fiproniiliühenditega ja tulemused ekstrapoleeriti mandri skaalal.30-päevase mesokosmilise katse tulemused võivad tekitada 15 eraldiseisvat veeputukate rühma (tabel S1), mille kontsentratsioon on kirjanduses teatamata, mille hulgas on toksilisuse andmebaasis olevad veeputukad alaesindatud (53, 54).Taksonispetsiifilised annuse-vastuse kõverad (nagu EC50) kajastuvad kogukonna tasandi muutustes (nagu taksonite rikkus ja lendude arvukuse vähenemine) ja funktsionaalsetes muutustes (nt toitumiskaskaadid ja välimuse muutused).Mesoskoopilise universumi mõju ekstrapoleeriti väljale.Ameerika Ühendriikide viiest uurimisvaldkonnast neljas oli välitingimustes mõõdetud fiproniili kontsentratsioon korrelatsioonis veeökosüsteemi langusega voolavas vees.
HC5 väärtusel 95% liikide keskmise membraani katses on kaitsev toime, mis näitab, et üldised veeselgrootute kooslused on fiproniiliühendite suhtes tundlikumad, kui varem mõisteti.Saadud HC5 väärtus (florfeniib, 4,56 ng/l; desulfoksiraan, 3,55 ng/l; sulfoon, 2,86 ng/l; sulfiid, 3,52 ng/l) on mitu korda (florfeniib) kuni kolm korda suurem kui suurusjärk (desulfinüül). ) alla praeguse EPA kroonilise selgrootute võrdlusaluse [fiproniil, 11 ng/l;desulfinüül, 10 310 ng/l;sulfoon, 37 ng/l;ja sulfiid, 110 ng/l (8)].Mesoskoopilised katsed tuvastasid EPA kroonilise selgrootute võrdlusaluse asemel palju fiproniili suhtes tundlikke rühmi (4 rühma, mis on fiproniili suhtes tundlikumad, 13 paari desulfinüüli, 11 paari sulfooni ja 13 paari) Sulfiidtundlikkus) (joonis 4 ja tabel) S1).See näitab, et võrdlusalused ei suuda kaitsta mitut liiki, mida täheldatakse ka keskmises maailmas ja mis on samuti levinud veeökosüsteemides.Meie tulemuste ja praeguse võrdlusaluse erinevus tuleneb peamiselt paljude veeputukate taksonite kohta kohaldatavate fiproniili toksilisuse katseandmete puudumisest, eriti kui kokkupuuteaeg ületab 4 päeva ja fiproniil laguneb.30-päevase mesokosmilise eksperimendi käigus olid enamik selgrootute koosluse putukaid fiproniili suhtes tundlikumad kui tavaline testorganism Asteek (koorikloom), isegi pärast asteekide korrigeerimist Teike EC50 muudab selle pärast ägedat transformatsiooni samaks.(tavaliselt 96 tundi) kuni kroonilise kokkupuuteajani (joonis S7).Parem konsensus saavutati keskmise membraanikatse ja ECOTOXis kirjeldatud uuringu vahel, kasutades standardset testorganismi Chironomus dilutus (putukas).Pole üllatav, et veeputukad on pestitsiidide suhtes eriti tundlikud.Ilma kokkupuuteaega kohandamata näitasid mesoskaalalised katsed ja ECOTOX-i andmebaasi põhjalikud andmed, et paljud taksonid olid fiproniiliühendite suhtes tundlikumad kui lahjendatud Clostridium (joonis S6).Kuid kokkupuuteaega kohandades on Dilution Clostridium kõige tundlikum organism fiproniili (ema) ja sulfiidi suhtes, kuigi see ei ole tundlik sulfooni suhtes (joonis S7).Need tulemused näitavad, kui oluline on kaasata mitut tüüpi veeorganisme (sealhulgas mitut putukat), et tekitada tegelikke pestitsiidide kontsentratsioone, mis võivad veeorganisme kaitsta.
SSD-meetod võib kaitsta haruldasi või mittetundlikke taksoneid, mille EC50 ei ole võimalik määrata, näiteks Cinygmula sp., Isoperla fulva ja Brachycentrus americanus.Koosluse koostise muutusi kajastavad taksonite arvukuse ja lendude arvukuse EC50 väärtused on kooskõlas fiproniili, sulfooni ja sulfiidi SSD HC50 väärtustega.Protokoll toetab järgmist ideed: SSD-meetod, mida kasutatakse künniste tuletamiseks, võib kaitsta kogu kogukonda, sealhulgas kogukonna haruldasi või tundetuid taksoneid.Ainult mõne taksoni või tundetu taksoni põhjal SSD-de põhjal määratud veeorganismide künnis võib olla veeökosüsteemide kaitsmiseks väga ebapiisav.See kehtib desulfinüüli puhul (joonis S6B).Andmete puudumise tõttu ECOTOX andmebaasis on EPA kroonilise selgrootu lähtekontsentratsioon 10 310 ng/L, mis on neli suurusjärku kõrgem kui HC5 3,55 ng/l.Mesoskoopilistes katsetes saadud erinevate taksonite vastusekomplektide tulemused.Toksilisuse andmete puudumine on eriti problemaatiline lagunevate ühendite puhul (joonis S6), mis võib selgitada, miks olemasolevad sulfooni ja sulfiidi veekeskkonna bioloogilised võrdlusalused on umbes 15–30 korda vähem tundlikud kui Hiina universumil põhinev SSD HC5 väärtus.Keskmise membraani meetodi eeliseks on see, et ühe katsega saab määrata mitu EC50 väärtust, mis on piisav täieliku SSD (näiteks desulfinüül; joonis 4B ning joonised S6B ja S7B) moodustamiseks ning millel on märkimisväärne mõju. kaitstud ökosüsteemi looduslike taksonite kohta Paljud vastused.
Mesoskoopilised katsed näitavad, et fiproniilil ja selle lagunemissaadustel võib olla ilmselge subletaalne ja kaudne kahjulik mõju kogukonna funktsioonile.Mesoskoopilises katses näisid, et kõik viis fiproniiliühendit mõjutasid putukate tärkamist.Kõrgeima ja madalaima kontsentratsiooni võrdluse tulemused (individuaalse tärkamise pärssimine ja stimuleerimine või tärkamisaja muutused) on kooskõlas eelnevalt teatatud mesokatsete tulemustega, kus kasutati putukamürki bifentriini (29).Täiskasvanute ilmumine täidab olulisi ökoloogilisi funktsioone ja seda võivad saasteained, nagu fiproniil, muuta (55, 56).Samaaegne tärkamine ei ole kriitilise tähtsusega mitte ainult putukate paljunemise ja populatsiooni püsimise jaoks, vaid ka küpsete putukate varustamiseks, mida saab kasutada vee- ja maismaaloomade toiduna (56).Seemnete tekke vältimine võib kahjustada toiduvahetust veeökosüsteemide ja kaldaökosüsteemide vahel ning levitada veesaasteainete mõju maismaaökosüsteemidesse (55, 56).Mesomõõtmelises katses täheldatud kaabitsate (vetikaid söövate putukate) arvukuse vähenemine tõi kaasa vetikate tarbimise vähenemise, mille tulemusena suurenes klorofüll a (joonis 3).See troofiline kaskaad muudab süsiniku ja lämmastiku voogu vedelas toiduvõrgus, sarnaselt uuringule, milles hinnati püretroidbifentriini mõju põhjaelustikule (29).Seetõttu võivad fenüülpürasoolid, nagu fiproniil ja selle lagunemissaadused, püretroidid ja võib-olla muud tüüpi insektitsiidid, kaudselt soodustada vetikate biomassi suurenemist ning süsiniku ja lämmastiku häirimist väikestes voogudes.Muud mõjud võivad ulatuda vee- ja maismaaökosüsteemide vaheliste süsiniku- ja lämmastikutsüklite hävimiseni.
Keskmise membraani testiga saadud teave võimaldas meil hinnata fiproniiliühendi kontsentratsioonide ökoloogilist tähtsust, mida mõõdeti USA viies piirkonnas läbi viidud suuremahulistes väliuuringutes.444 väikeses joas ületas 17% ühe või mitme fiproniiliühendi keskmisest kontsentratsioonist (keskmine 4 nädala jooksul) söötmetestis saadud HC5 väärtust.Kasutage mesomõõtmelise katse SSD-d, et teisendada mõõdetud fiproniiliühendi kontsentratsioon toksilisusega seotud indeksiks, st toksilisuse ühikute (ΣTUFiproniils) summaks.Väärtus 1 näitab toksilisust või fiproniilühendi kumulatiivne kokkupuude ületab teadaoleva kaitse Liigi väärtusega 95%.Märkimisväärne seos ΣTUFiproniili vahel viiest piirkonnast neljas ja selgrootute kogukonna tervise näitaja SPEARpesticides näitab, et fiproniil võib kahjustada põhjaelustiku selgrootute kooslusi jõgedes mitmes Ameerika Ühendriikide piirkonnas.Need tulemused toetavad Wolframi jt hüpoteesi.(3) Fenpürasooli insektitsiidide mõju pinnavetele Ameerika Ühendriikides ei ole täielikult teada, kuna mõju veeputukatele jääb allapoole kehtivat regulatiivset künnist.
Enamik ojasid, mille fiproniilisisaldus ületab mürgisuse taseme, asuvad suhteliselt linnastunud kagupiirkonnas (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Piirkonna eelmine hindamine ei järeldanud mitte ainult, et fiproniil on peamine stressor, mis mõjutab selgrootute koosluse struktuuri ojas, vaid ka seda, et madal lahustunud hapnik, suurenenud toitainete sisaldus, vooluhulga muutused, elupaikade lagunemine ja muud pestitsiidid ning saasteainete kategooria on oluline. stressiallikas (57).See stressorite segu on kooskõlas "linna jõe sündroomiga", mis on jõgede ökosüsteemide lagunemine, mida tavaliselt täheldatakse seoses linna maakasutusega (58, 59).Kagupiirkonna linnade maakasutusmärgid kasvavad ja piirkonna elanike arvu kasvades suurenevad.Eeldatakse, et tulevase linnaarengu ja pestitsiidide mõju linnade äravoolule suureneb (4).Kui linnastumine ja fiproniili kasutamine jätkub, võib selle pestitsiidi kasutamine linnades üha enam mõjutada ojakogukondi.Kuigi metaanalüüsis jõutakse järeldusele, et põllumajanduslike pestitsiidide kasutamine ohustab ülemaailmseid ökosüsteeme (2, 60), eeldame, et need hinnangud alahindavad pestitsiidide üldist ülemaailmset mõju, jättes linnakasutusi välja.
Mitmesugused stressitegurid, sealhulgas pestitsiidid, võivad mõjutada makroselgrootute kogukondi arenenud vesikondades (linna-, põllumajandus- ja segamaakasutus) ning olla seotud maakasutusega (58, 59, 61).Kuigi selles uuringus kasutati segavate tegurite mõju minimeerimiseks SPEARpesticidide indikaatorit ja veeorganismidele spetsiifilisi fiproniili toksilisuse omadusi, võib elupaiga halvenemine mõjutada indikaatori SPEARpesticides toimivust ja fiproniili saab võrrelda teiste pestitsiididega seotud ainetega (4, 17, 51, 57).Kahe esimese piirkondliku uuringu (Kesk-Lääne ja Kagu) välimõõtmistel välja töötatud mitme stressiteguri mudel näitas aga, et pestitsiidid on kahlavate jõgede makroselgrootute kogukonna tingimuste jaoks oluline ülesvoolu stressor.Nendes mudelites hõlmavad olulised selgitavad muutujad pestitsiide (eriti bifentriin), toitaineid ja elupaikade omadusi enamikus Kesk-Lääne põllumajandusvooludes ning pestitsiide (eriti fiproniili) enamikus kaguosa linnades.Muutused hapnikus, toitainetes ja voolus (61, 62).Seega, kuigi piirkondlikud uuringud püüavad käsitleda pestitsiididega mitteseotud stressitegurite mõju reageerimisnäitajatele ja kohandada ennustavaid näitajaid fiproniili mõju kirjeldamiseks, toetavad selle uuringu välitulemused fiproniili seisukohta.) Seda tuleks pidada üheks mõjukamaks surveallikaks Ameerika jõgedes, eriti USA kaguosas.
Pestitsiidide lagunemist keskkonnas dokumenteeritakse harva, kuid oht veeorganismidele võib olla kahjulikum kui algorganism.Fiproniili puhul on väliuuringud ja mesomõõtmelised katsed näidanud, et lagunemissaadused on sama levinud kui lähtekeha proovivoogudes ja neil on sama või suurem toksilisus (tabel 1).Keskmise membraaniga katses oli fluorobensonitriilsulfoon uuritud pestitsiidide lagunemissaadustest kõige toksilisem ja mürgisem kui lähteühend ning seda tuvastati ka lähteühendiga sarnase sagedusega.Kui mõõdetakse ainult algseid pestitsiide, ei pruugi potentsiaalseid toksilisuse sündmusi märgata ning toksilisuse teabe suhteline puudumine pestitsiidide lagunemise ajal tähendab, et nende esinemist ja tagajärgi võidakse ignoreerida.Näiteks laguproduktide toksilisuse kohta teabe puudumise tõttu viidi läbi Šveitsi voogudes leiduvate pestitsiidide põhjalik hindamine, mis hõlmas 134 pestitsiidi lagunemissaadust, ning ökotoksikoloogilises riskihinnangus peeti lähteühendiks ainult lähteühendit.
Selle ökoloogilise riskihinnangu tulemused näitavad, et fiproniiliühenditel on kahjulik mõju jõgede tervisele, mistõttu võib põhjendatult järeldada, et kahjulikke mõjusid võib täheldada kõikjal, kus fiproniiliühendid ületavad HC5 taset.Mesoskoopiliste katsete tulemused ei sõltu asukohast, mis näitab, et fiproniili ja selle lagunemissaaduste kontsentratsioon paljudes voolutaksonites on palju madalam kui varem registreeritud.Usume, et see avastus laieneb tõenäoliselt kõikjal puutumatutes vooludes olevatele protobiootidele.Mesomastaabiga katse tulemusi rakendati laiaulatuslikes väliuuringutes (444 väikest voolu, mis koosnesid linna-, põllumajandus- ja maa segakasutusest viies suuremas USA piirkonnas) ja leiti, et paljude ojade kontsentratsioon kus fiproniil tuvastati eeldatavasti. Sellest tulenev toksilisus viitab sellele, et need tulemused võivad laieneda ka teistele riikidele, kus fiproniili kasutatakse.Aruannete kohaselt kasvab fiproniili kasutavate inimeste arv Jaapanis, Ühendkuningriigis ja USA-s (7).Fiproniili leidub peaaegu kõigil mandritel, sealhulgas Austraalias, Lõuna-Ameerikas ja Aafrikas (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Siin esitatud meso-välja uuringute tulemused näitavad, et fiproniili kasutamisel võib olla globaalses mastaabis ökoloogiline tähtsus.
Selle artikli täiendavaid materjale leiate aadressilt http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
See on avatud juurdepääsuga artikkel, mida levitatakse Creative Commonsi omistamise-mitteärilise litsentsi tingimuste alusel, mis lubab kasutamist, levitamist ja reprodutseerimist mis tahes kandjatel, kui lõppkasutus ei ole ärilise kasu saamise eesmärgil ja eelduseks on, et originaal töö on õige.Viide.
Märkus. Palume teil sisestada oma e-posti aadress ainult selleks, et lehele soovitav inimene teaks, et soovite, et ta seda meili näeks ja et see pole rämpspost.Me ei jäädvusta ühtegi meiliaadressi.
Seda küsimust kasutatakse selleks, et testida, kas olete külastaja ja vältida rämpsposti automaatset saatmist.
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
Uuringud on näidanud, et levinud pestitsiidid, mida Ameerika voogudes sageli tuvastatakse, on mürgisemad, kui seni arvati.
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
Uuringud on näidanud, et levinud pestitsiidid, mida Ameerika voogudes sageli tuvastatakse, on mürgisemad, kui seni arvati.
©2021 American Association for the Advanced of Science of Science.kõik õigused kaitstud.AAAS on HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ja COUNTER partner.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.