آفت کش ها در رودخانه ها به طور فزاینده ای به یک نگرانی جهانی تبدیل می شوند، اما اطلاعات کمی در مورد غلظت ایمن اکوسیستم های آبی وجود دارد.در یک آزمایش 30 روزه مزوسوکهمی، بی مهرگان آبزی اعماق دریا بومی در معرض حشره کش رایج فیپرونیل و چهار نوع محصول تخریب قرار گرفتند.ترکیب فیپرونیل باعث تغییراتی در آبشار ظهور و تغذیه شد.غلظت موثر (EC50) که در آن فیپرونیل و محصولات تجزیه سولفید، سولفون و دسولفینیل آن باعث پاسخ 50 درصدی می شوند، ایجاد شده است.تاکسان ها به فیپرونیل حساس نیستند.غلظت خطر 5 درصد گونه‌های آسیب‌دیده از 15 مقدار EC50 مزوسوکهمی برای تبدیل غلظت ترکیبی فیپرونیل در نمونه مزرعه به مجموع واحدهای سمی (∑TUFipronils) استفاده می‌شود.در 16 درصد از جریان‌های استخراج‌شده از پنج مطالعه منطقه‌ای، میانگین ∑TUFipronil از 1 فراتر رفت (نشان دهنده سمیت).شاخص های بی مهرگان گونه های در معرض خطر با TUTUipronil در چهار منطقه از پنج منطقه نمونه گیری همبستگی منفی دارند.این ارزیابی خطر زیست‌محیطی نشان می‌دهد که غلظت‌های پایین ترکیبات فیپرونیل، جوامع جریانی را در بسیاری از مناطق ایالات متحده کاهش می‌دهد.
اگرچه تولید مواد شیمیایی مصنوعی در دهه‌های اخیر به شدت افزایش یافته است، تأثیر این مواد شیمیایی بر اکوسیستم‌های غیرهدف به طور کامل شناخته نشده است (1).در آب‌های سطحی که 90 درصد زمین‌های کشاورزی جهان از بین رفته است، هیچ اطلاعاتی در مورد آفت‌کش‌های کشاورزی وجود ندارد، اما در جایی که داده‌هایی وجود دارد، زمان تجاوز آفت‌کش‌ها از آستانه‌های قانونی نصف است (2).یک متاآنالیز آفت کش های کشاورزی در آب های سطحی در ایالات متحده نشان داد که در 70 درصد از مکان های نمونه برداری، حداقل یک آفت کش از آستانه نظارتی فراتر رفته است (3).با این حال، این متاآنالیزها (2، 3) فقط بر روی آب های سطحی متاثر از استفاده از زمین کشاورزی تمرکز دارند و خلاصه ای از مطالعات گسسته هستند.آفت کش ها به ویژه حشره کش ها نیز در زهکشی منظر شهری در غلظت های بالایی وجود دارند (4).به ندرت انجام یک ارزیابی جامع از آفت کش ها در آب های سطحی تخلیه شده از کشاورزی و مناظر شهری انجام می شود.بنابراین، مشخص نیست که آیا آفت کش ها تهدیدی در مقیاس بزرگ برای منابع آب سطحی و یکپارچگی اکولوژیکی آنها هستند یا خیر.
بنزوپیرازول ها و نئونیکوتینوئیدها یک سوم بازار جهانی آفت کش ها را در سال 2010 به خود اختصاص دادند (5).در آب های سطحی در ایالات متحده، فیپرونیل و محصولات تخریب آن (فنیل پیرازول ها) رایج ترین ترکیبات آفت کش هستند و غلظت آنها معمولاً از استانداردهای آبی فراتر می رود (6-8).اگرچه نئونیکوتینوئیدها به دلیل تأثیراتشان بر زنبورها و پرندگان و شیوع آنها توجه را به خود جلب کرده اند (9)، فیپرونیل برای ماهی ها و پرندگان سمی تر است (10)، در حالی که سایر ترکیبات کلاس فنیل پیرازول ها دارای اثرات علف کش هستند (5).فیپرونیل یک حشره کش سیستمیک است که برای کنترل آفات در محیط های شهری و کشاورزی استفاده می شود.از زمانی که فیپرونیل در سال 1993 وارد بازار جهانی شد، استفاده از فیپرونیل در ایالات متحده، ژاپن و انگلستان بسیار افزایش یافته است (5).در ایالات متحده، فیپرونیل برای کنترل مورچه ها و موریانه ها استفاده می شود و در محصولات زراعی از جمله ذرت (از جمله تیمار بذر)، سیب زمینی و باغات استفاده می شود (11، 12).استفاده کشاورزی فیپرونیل در ایالات متحده در سال 2002 به اوج خود رسید (13).اگرچه هیچ داده ملی کاربری شهری در دسترس نیست، استفاده شهری در کالیفرنیا در سال‌های 2006 و 2015 به اوج خود رسید (https://calpip.cdpr.ca).gov/main .cfm، دسترسی به 2 دسامبر 2019).اگرچه غلظت‌های بالای فیپرونیل (6.41μg/L) در رودخانه‌های برخی از مناطق کشاورزی با میزان کاربرد بالا یافت می‌شود (14)، در مقایسه با جریان‌های کشاورزی، جریان‌های شهری در ایالات متحده عموماً تشخیص بیشتر و غلظت‌های بالا بالاتری دارند که برای وقوع طوفان با آزمون همراه است (6، 7، 14-17).
فیپرونیل وارد اکوسیستم آبی رواناب یا شسته شدن از خاک به جریان می شود (7، 14، 18).فیپرونیل دارای فراریت کم (ثابت قانون هنری 2.31×10-4 Pam3 mol-1)، حلالیت کم تا متوسط ​​در آب (3.78 میلی گرم در لیتر در دمای 20 درجه سانتی گراد) و آب گریزی متوسط ​​(log Kow 3.9 تا 4.1 است). تحرک در خاک بسیار کم است (log Koc 2.6 تا 3.1 است) (12، 19)، و پایداری کم تا متوسط ​​را در محیط نشان می دهد (20).فینازپریل با فوتولیز، اکسیداسیون، هیدرولیز و احیای وابسته به pH تجزیه می شود و چهار محصول اصلی تجزیه را تشکیل می دهد: دسولفوکسی فناپریل (نه سولفوکسید)، فناپرنیپ سولفون (سولفون)، فیلوفن آمید (آمید) و فیلوفنیب سولفید (سولفید).محصولات تخریب فیپرونیل نسبت به ترکیب اصلی پایدارتر و بادوام تر هستند (21، 22).
سمیت فیپرونیل و تجزیه آن به گونه های غیر هدف (مانند بی مهرگان آبزی) به خوبی مستند شده است (14، 15).فیپرونیل یک ترکیب عصبی است که با عبور یون کلرید از طریق کانال کلرید تنظیم شده توسط اسید گاما آمینوبوتیریک در حشرات تداخل می کند و در نتیجه غلظت کافی برای ایجاد هیجان و مرگ بیش از حد ایجاد می کند (20).فیپرونیل به طور انتخابی سمی است، بنابراین نسبت به پستانداران میل پیوند گیرنده بیشتری برای حشرات دارد (23).فعالیت حشره کشی محصولات تخریب فیپرونیل متفاوت است.سمیت سولفون و سولفید برای بی مهرگان آب شیرین مشابه یا بیشتر از ترکیب اصلی است.دسولفینیل سمیت متوسطی دارد اما سمیت کمتری نسبت به ترکیب اصلی دارد.نسبتا غیر سمی (23، 24).حساسیت بی مهرگان آبزی به تخریب فیپرونیل و فیپرونیل در درون و بین گونه ها بسیار متفاوت است (15)، و در برخی موارد حتی از مرتبه بزرگی فراتر می رود (25).در نهایت، شواهدی وجود دارد که فنیل پیرازول ها برای اکوسیستم سمی تر از آنچه قبلا تصور می شد وجود دارد (3).
معیارهای بیولوژیکی آبزیان بر اساس آزمایش سمیت آزمایشگاهی ممکن است خطر جمعیت های مزرعه را دست کم بگیرند (26-28).استانداردهای آبزی معمولاً با آزمایش سمیت آزمایشگاهی تک گونه ای با استفاده از یک یا چند گونه بی مهرگان آبزی (به عنوان مثال دوپترا: Chironomidae: Chironomus و Crustacea: Daphnia magna و Hyalella azteca) ایجاد می شوند.این موجودات آزمایشی عموماً نسبت به سایر درشت بی مهرگان اعماق دریا (مثلاً جنس phe::) آسان تر هستند و در برخی موارد حساسیت کمتری به آلاینده ها دارند.به عنوان مثال، D. Magna نسبت به حشرات خاص نسبت به بسیاری از فلزات حساسیت کمتری دارد، در حالی که A. zteca نسبت به حشره کش پیرتروئیدی بیفنترین نسبت به حساسیت آن به کرم ها حساسیت کمتری دارد (29، 30).یکی دیگر از محدودیت های معیارهای موجود، نقاط پایانی مورد استفاده در محاسبات است.معیارهای حاد بر اساس مرگ و میر (یا ثابت برای سخت پوستان) هستند، در حالی که معیارهای مزمن معمولاً بر اساس نقاط پایانی زیر کشنده (مانند رشد و تولید مثل) هستند (در صورت وجود).با این حال، اثرات کشنده گسترده ای مانند رشد، ظهور، فلج و تاخیر رشد وجود دارد که ممکن است بر موفقیت گونه ها و پویایی جامعه تأثیر بگذارد.در نتیجه، اگرچه معیار پیش‌زمینه‌ای برای اهمیت بیولوژیکی اثر فراهم می‌کند، اما ارتباط اکولوژیکی به عنوان آستانه سمیت نامشخص است.
به منظور درک بهتر اثرات ترکیبات فیپرونیل بر روی اکوسیستم‌های آبی کف (بی مهرگان و جلبک‌ها)، جوامع کفزی طبیعی به آزمایشگاه آورده شدند و در طول جریان 30 روزه فیپرونیل یا یکی از چهار آزمایش تخریب فیپرونیل در معرض گرادیان غلظت قرار گرفتند.هدف تحقیق تولید یک غلظت اثر 50 درصدی (مقدار EC50) برای هر ترکیب فیپرونیل است که یک گونه گسترده از یک جامعه رودخانه را نشان می‌دهد و تعیین تأثیر آلاینده‌ها بر ساختار و عملکرد جامعه [یعنی غلظت خطر] 5 درصد گونه های آسیب دیده (HC5) و اثرات غیرمستقیم مانند ظهور تغییر یافته و دینامیک تغذیه ای].سپس آستانه (مقدار HC5 اختصاصی ترکیب) به‌دست‌آمده از آزمایش مزوسکوپی در زمینه جمع‌آوری‌شده توسط سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده (USGS) از پنج منطقه ایالات متحده (شمال شرقی، جنوب شرقی، غرب میانه، شمال غربی اقیانوس آرام و کالیفرنیای مرکزی اعمال شد. داده های منطقه ساحلی) به عنوان بخشی از ارزیابی کیفیت جریان منطقه ای USGS (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).تا آنجا که ما می دانیم، این اولین ارزیابی خطر زیست محیطی است.این به طور جامع اثرات ترکیبات فیپرونیل را بر موجودات اعماق دریا در یک مزو محیط کنترل شده بررسی می‌کند و سپس این نتایج را در ارزیابی‌های میدانی در مقیاس قاره اعمال می‌کند.
آزمایش 30 روزه مزوکهمی در آزمایشگاه آبی USGS (AXL) در فورت کالینز، کلرادو، ایالات متحده از 18 اکتبر تا 17 نوامبر 2017، به مدت 1 روز اهلی کردن و 30 روز آزمایش انجام شد.این روش قبلاً توضیح داده شده است (29، 31) و در مطالب تکمیلی به تفصیل شرح داده شده است.تنظیم فضای مزو شامل 36 جریان گردشی در چهار جریان فعال (مخزن آب در گردش) است.هر جریان زنده مجهز به یک خنک کننده برای حفظ دمای آب است و با چرخه نور تاریک 16:8 روشن می شود.جریان سطح متوسط ​​از فولاد ضد زنگ است که برای آبگریزی فیپرونیل (log Kow = 4.0) و مناسب برای حلال های تمیز کننده آلی است (شکل S1).آب مورد استفاده برای آزمایش در مقیاس متوسط ​​از رودخانه Cache La Poudre (منابع بالادست از جمله پارک ملی کوه راکی، جنگل ملی و بخش قاره ای) جمع آوری و در چهار مخزن ذخیره پلی اتیلن AXL ذخیره شد.ارزیابی‌های قبلی از نمونه‌های رسوب و آب جمع‌آوری‌شده از سایت هیچ آفت‌کشی پیدا نکرد (29).
طرح آزمایش در مقیاس مزو شامل 30 جریان پردازش و 6 جریان کنترل است.جریان تصفیه آب تصفیه شده را دریافت می کند که هر کدام حاوی غلظت های ثابت تکرار نشده از ترکیبات فیپرونیل است: فیپرونیل (فیپرونیل (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3)، آمید (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7)، گروه گوگرد زدایی [کتابخانه آفت کش آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA)، CAS 205650-65-3]، سولفون (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) و سولفید (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6)؛ تمام خلوص 97.8% بر اساس مقادیر پاسخ منتشر شده (7، 15، 16، 18، 21، 23، 25، 32، 33) با حل کردن ترکیب فیپرونیل در متانول (سطح گواهینامه علمی Thermo Fisher، انجمن شیمی آمریکا) و رقیق کردن با آب دیونیزه شده به حجم مورد نیاز برای تهیه محلول غلیظ غلیظ. از آنجایی که مقدار متانول در یک دوز متفاوت است، لازم است در صورت نیاز متانول به تمام جریان های تصفیه اضافه شود. در سه کنترل برای اطمینان از غلظت متانول یکسان ( 0.05 میلی‌لیتر در لیتر) در نهرها، نمای میانی سه جریان شاهد دیگر آب رودخانه را بدون متانول دریافت می‌کردند، در غیر این صورت مانند سایر جریان‌ها رفتار می‌شدند.
در روز هشتم، روز شانزدهم و روز بیست و ششم، دما، مقدار pH، هدایت الکتریکی و تخریب فیپرونیل و فیپرونیل در غشای جریان اندازه‌گیری شد.به منظور ردیابی تخریب ترکیب اصلی فیپرونیل در طول آزمایش رسانه، فیپرونیل (والدین) برای درمان مخاط روده مایع به مدت سه روز دیگر [روزهای 5، 12 و 21 (n = 6)] برای دما، pH، استفاده شد. رسانایی، نمونه گیری فیپرونیل و تجزیه فیپرونیل.نمونه های آنالیز آفت کش با فیلتر کردن 10 میلی لیتر آب جاری در یک ویال شیشه ای کهربایی 20 میلی لیتری از طریق فیلتر سرنگ Whatman 0.7 میکرومتر GF/F مجهز به یک سوزن با قطر بزرگ جمع آوری شد.نمونه ها بلافاصله منجمد شدند و برای تجزیه و تحلیل به آزمایشگاه ملی کیفیت آب USGS (NWQL) در لیک وود، کلرادو، ایالات متحده فرستاده شدند.با استفاده از یک روش بهبود یافته از روش منتشر شده قبلی، فیپرونیل و 4 محصول تجزیه در نمونه های آب با تزریق مستقیم آبی (DAI) کروماتوگرافی مایع-طیف سنجی جرمی پشت سر هم (LC-MS / MS؛ Agilent 6495) تعیین شدند.سطح تشخیص ابزار (IDL) حداقل استاندارد کالیبراسیونی است که با استاندارد شناسایی کیفی مطابقت دارد.IDL فیپرونیل 0.005 میکروگرم در لیتر است و IDL چهار فیپرونیل دیگر 0.001 میکروگرم در لیتر است.مواد تکمیلی شرح کاملی از روش‌های مورد استفاده برای اندازه‌گیری ترکیبات فیپرونیل، از جمله روش‌های کنترل کیفیت و تضمین (به عنوان مثال، بازیابی نمونه، سنبله‌ها، بازرسی‌های شخص ثالث، و موارد خالی) ارائه می‌دهد.
در پایان آزمایش 30 روزه Mesocosmic، شمارش و شناسایی بی مهرگان بالغ و لارو (نقطه پایانی اصلی جمع آوری داده ها) تکمیل شد.بزرگسالان در حال ظهور هر روز از تور جمع آوری می شوند و در یک لوله سانتریفیوژ 15 میلی لیتری فالکون تمیز منجمد می شوند.در پایان آزمایش (روز 30)، محتویات غشاء در هر جریان برای حذف هر گونه بی مهرگان ساییده شد و الک (250 میکرومتر) و در اتانول 80 درصد ذخیره شد.تیمبرلین آکواتیکس (فورت کالینز، CO) شناسایی طبقه بندی لاروها و بی مهرگان بالغ را تا پایین ترین سطح طبقه بندی ممکن، معمولا گونه ها، تکمیل کرده است.در روزهای 9، 19 و 29، کلروفیل a سه برابر در غشای مزوسکوپی هر جریان اندازه‌گیری شد.تمام داده های شیمیایی و بیولوژیکی به عنوان بخشی از آزمایش مزوسکوپی در انتشار داده های همراه ارائه شده است (35).
بررسی‌های زیست‌محیطی در جریان‌های کوچک (wading) در پنج منطقه اصلی ایالات متحده انجام شد و آفت‌کش‌ها در دوره شاخص قبلی نظارت شدند.به طور خلاصه، بر اساس کاربری کشاورزی و شهری (36-40)، 77 تا 100 مکان در هر منطقه (مجموعا 444 مکان) انتخاب شد.در طول بهار و تابستان یک سال (1392-1392)، نمونه‌های آب هفته‌ای یک بار در هر منطقه به مدت 4 تا 12 هفته جمع‌آوری می‌شود.زمان خاص به منطقه و شدت توسعه بستگی دارد.با این حال، 11 ایستگاه در منطقه شمال شرق تقریباً در حوزه آبخیز قرار دارند.بدون توسعه، به جز این که تنها یک نمونه جمع آوری شد.از آنجایی که دوره های پایش آفت کش ها در مطالعات منطقه ای متفاوت است، برای مقایسه، تنها چهار نمونه آخر جمع آوری شده در هر سایت در اینجا در نظر گرفته شده است.فرض بر این است که یک نمونه جمع آوری شده در سایت توسعه نیافته شمال شرقی (11 = n) می تواند دوره نمونه برداری 4 هفته ای را نشان دهد.این روش منجر به همان تعداد مشاهدات روی آفت‌کش‌ها (به جز 11 مکان در شمال شرق) و مدت زمان مشابهی از مشاهده می‌شود.اعتقاد بر این است که 4 هفته برای قرار گرفتن طولانی مدت در معرض موجودات زنده کافی است، اما به اندازه کافی کوتاه است که جامعه زیست محیطی نباید از این تماس ها بهبود یابد.
در صورت جریان کافی، نمونه آب با افزایش سرعت ثابت و عرض ثابت جمع آوری می شود (41).هنگامی که جریان برای استفاده از این روش کافی نیست، می توانید نمونه ها را با ادغام عمیق نمونه ها یا گرفتن از مرکز ثقل جریان جمع آوری کنید.برای جمع آوری 10 میلی لیتر نمونه فیلتر شده از یک سرنگ با سوراخ بزرگ و فیلتر دیسکی (0.7μm) استفاده کنید (42).از طریق DAI LC-MS/MS/MS/MS، نمونه‌های آب در NWQL برای 225 آفت‌کش و محصول تخریب آفت‌کش، از جمله فیپرونیل و 7 محصول تخریب (دس سولفینیل فیپرونیل، فیپرونیل)، سولفیدها، فیپرونیل سولفون، دکلروفیپرونیل، دستیولید، دستیل‌پرو، تجزیه و تحلیل شدند. فیپرونیل و فیپرونیل).).حداقل سطوح گزارش گیری معمول برای مطالعات میدانی عبارتند از: فیپرونیل، دسمتیل تیو فلوروبنزونیتریل، فیپرونیل سولفید، فیپرونیل سولفون، و دکلروفیپرونیل 0.004 میکروگرم در لیتر.dessulfinyl fluorfenamide و غلظت فیپرونیل آمید 0.009 میکروگرم در لیتر است.غلظت فیپرونیل سولفونات 0.096 میکروگرم در لیتر است.
جوامع بی مهرگان در پایان هر مطالعه منطقه (بهار/تابستان)، معمولا همزمان با آخرین رویداد نمونه برداری آفت کش، نمونه برداری می شوند.پس از فصل رشد و استفاده زیاد از سموم دفع آفات، زمان نمونه برداری باید با شرایط کم جریان مطابقت داشته باشد و با زمانی که جامعه بی مهرگان رودخانه بالغ شده و عمدتاً در مرحله زندگی لاروی قرار دارند، منطبق باشد.با استفاده از نمونه‌بردار Surber با مش 500 میکرومتر یا شبکه D-frame، نمونه‌برداری از جامعه بی مهرگان در 437 سایت از 444 سایت تکمیل شد.روش نمونه گیری به تفصیل در مطالب تکمیلی توضیح داده شده است.در NWQL، همه بی مهرگان معمولاً در سطح جنس یا گونه شناسایی و فهرست می شوند.تمام داده‌های شیمیایی و بیولوژیکی جمع‌آوری‌شده در این زمینه و استفاده شده در این دست‌نوشته را می‌توان در انتشار داده‌های همراه (35) یافت.
برای پنج ترکیب فیپرونیل مورد استفاده در آزمایش مزوسکوپی، غلظت لاروهای بی مهرگان 20٪ یا 50٪ نسبت به شاهد (یعنی EC20 و EC50) کاهش یافت.داده‌ها [x = غلظت فیپرونیل وزن‌دار با زمان (برای جزئیات بیشتر به مواد تکمیلی مراجعه کنید)، y = فراوانی لارو یا سایر معیارها] با استفاده از روش رگرسیون لگاریتمی سه پارامتری "drc" به بسته توسعه‌یافته R(43) برازش شد.این منحنی برای همه گونه‌ها (لاروها) با فراوانی کافی مناسب است و سایر معیارهای مورد علاقه (به عنوان مثال، غنای گونه‌ها، فراوانی کل مگس‌ها و فراوانی کل) را برآورده می‌کند تا تأثیر جامعه را بیشتر درک کند.ضریب Nash-Sutcliff (45) برای ارزیابی برازش مدل استفاده می شود، جایی که یک برازش مدل ضعیف می تواند مقادیر منفی بی نهایت دریافت کند و مقدار یک برازش کامل 1 است.
برای بررسی اثرات ترکیبات فیپرونیل بر روی ظهور حشرات در آزمایش، داده ها به دو روش ارزیابی شدند.ابتدا، با کم کردن میانگین ظاهر مزو جریان کنترل از ظاهر هر مزو جریان تیمار، وقوع تجمعی روزانه حشرات از هر مزو جریان (تعداد کل افراد) به کنترل نرمال شد.این مقادیر را بر حسب زمان ترسیم کنید تا انحراف واسطه سیال درمان از میانجی سیال کنترل را در آزمایش 30 روزه درک کنید.دوم، محاسبه درصد وقوع کل هر مزوفیل جریان، که به عنوان نسبت تعداد کل مزوفیل ها در یک جریان معین به میانگین تعداد لارو و بالغ در گروه کنترل تعریف می شود و برای رگرسیون لگاریتمی سه پارامتری مناسب است. .تمام حشرات جوانه زن جمع آوری شده از دو زیر خانواده از خانواده Chironomidae بودند، بنابراین تجزیه و تحلیل ترکیبی انجام شد.
تغییرات در ساختار جامعه، مانند از دست دادن گونه‌ها، ممکن است در نهایت به اثرات مستقیم و غیرمستقیم مواد سمی بستگی داشته باشد و ممکن است منجر به تغییر در عملکرد جامعه شود (به عنوان مثال، آبشار تغذیه‌ای).برای آزمایش آبشار تغذیه‌ای، یک شبکه علی ساده با استفاده از روش تحلیل مسیر (بسته R "piecewiseSEM") ارزیابی شد (46).برای آزمایش های مزوسکوپی فرض بر این است که فیپرونیل، دسولفینیل، سولفید و سولفون (آمید آزمایش نشده) در آب برای کاهش زیست توده اسکراپر، به طور غیرمستقیم منجر به افزایش زیست توده کلروفیل a می شود (47).غلظت ترکیب متغیر پیش بینی کننده است و خراش دهنده و کلروفیل یک زیست توده متغیرهای پاسخ هستند.از آماره C فیشر برای ارزیابی برازش مدل استفاده می شود، به طوری که مقدار P <0.05 نشان دهنده تناسب مدل خوب است (46).
به منظور توسعه یک عامل حفاظت آستانه جامعه زیست محیطی مبتنی بر خطر، هر ترکیب 95٪ از گونه های آسیب دیده (HC5) توزیع حساسیت گونه های مزمن (SSD) و حفاظت از غلظت خطر را به دست آورده است.سه مجموعه داده SSD تولید شد: (i) فقط مجموعه داده‌های meso، (ii) یک مجموعه داده حاوی تمام داده‌های مزو و داده‌های جمع‌آوری‌شده از پرس و جو پایگاه داده EPA ECOTOX (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /، قابل دسترسی در تاریخ 14 مارس 2019، مدت مطالعه 4 روز یا بیشتر است، و (iii) یک مجموعه داده شامل تمام داده‌های مزوسکوپی و داده‌های ECOTOX، که در آن داده‌های ECOTOX (قرار گرفتن در معرض حاد) تقسیم بر حاد به نسبت D. magna مزمن است. 19.39) برای توضیح تفاوت در مدت زمان قرار گرفتن در معرض و تقریب مقدار EC50 مزمن (12).هدف ما از تولید چندین مدل SSD این است که (i) مقادیر HC5 را برای مقایسه با داده های میدانی (فقط برای SSD برای رسانه ها) ایجاد کنیم، و (ii) ارزیابی کنیم که داده های رسانه به طور گسترده ای نسبت به سازمان های نظارتی برای گنجاندن در آبزی پروری پذیرفته شده است. استحکام معیارهای زندگی و تنظیم استاندارد منابع داده، و در نتیجه عملی بودن استفاده از مطالعات مزوسکوپی برای فرآیند تعدیل.
SSD برای هر مجموعه داده با استفاده از بسته R "ssdtools" توسعه داده شد (48).از بوت استرپ (n = 10000) برای تخمین میانگین HC5 و فاصله اطمینان (CI) از SSD استفاده کنید.چهل و نه پاسخ گونه (همه گونه‌هایی که به‌عنوان جنس یا گونه شناسایی شده‌اند) که در این تحقیق ایجاد شده‌اند با 32 پاسخ گونه‌ای که از شش مطالعه منتشر شده در پایگاه داده ECOTOX گردآوری شده‌اند، ترکیب می‌شوند که در مجموع از 81 پاسخ تاکسون می‌توان برای توسعه SSD استفاده کرد. .از آنجایی که هیچ داده ای در پایگاه داده ECOTOX آمیدها یافت نشد، هیچ SSD برای آمیدها ایجاد نشد و تنها یک پاسخ EC50 از مطالعه فعلی به دست آمد.اگرچه مقدار EC50 تنها یک گروه سولفید در پایگاه داده ECOTOX یافت شد، دانشجوی فارغ التحصیل فعلی دارای 12 مقدار EC50 است.بنابراین، SSD برای گروه های سولفینیل توسعه یافته است.
مقادیر خاص HC5 ترکیبات فیپرونیل به‌دست‌آمده از مجموعه داده‌های SSD فقط با داده‌های میدانی برای ارزیابی قرار گرفتن در معرض و سمیت بالقوه ترکیبات فیپرونیل در 444 جریان از پنج منطقه در ایالات متحده ترکیب شد.در آخرین پنجره نمونه برداری 4 هفته ای، هر غلظت ترکیبات فیپرونیل شناسایی شده (غلظت های کشف نشده صفر است) بر HC5 مربوطه تقسیم می شود و نسبت ترکیب هر نمونه برای به دست آوردن واحد سمیت کل فیپرونیل (ΣTUFipronils) جمع می شود. ΣTUFipronils> 1 به معنی سمیت است.
با مقایسه غلظت خطر 50 درصد گونه‌های آسیب‌دیده (HC50) با مقدار EC50 غنای گونه‌های حاصل از آزمایش غشای محیط، SSD به‌دست‌آمده از داده‌های غشای محیط برای منعکس‌کننده حساسیت جامعه زیست‌محیطی گسترده‌تر به فیپرونیل ارزیابی شد. درجه..از طریق این مقایسه، سازگاری بین روش SSD (شامل تنها دسته‌هایی با رابطه دوز-پاسخ) و روش EC50 (شامل همه گونه‌های منحصربه‌فرد مشاهده‌شده در فضای میانی) با استفاده از روش EC50 برای اندازه‌گیری غنای گونه‌ها را می‌توان ارزیابی کرد.رابطه پاسخ دوز
یک شاخص گونه های خطر آفت کش (SPEAR آفت کش ها) برای بررسی رابطه بین وضعیت سلامت جوامع بی مهرگان و ΣTUFipronil در 437 جریان جمع آوری بی مهرگان محاسبه شد.متریک SPEAR آفت کش ها ترکیب بی مهرگان را به یک متریک فراوانی برای طبقه بندی بیولوژیکی با ویژگی های فیزیولوژیکی و اکولوژیکی تبدیل می کند و در نتیجه حساسیت به آفت کش ها را ایجاد می کند.شاخص SPEAR آفت کش ها به متغیرهای کمکی طبیعی حساس نیست (49، 50)، اگرچه عملکرد آن تحت تأثیر تخریب شدید زیستگاه قرار خواهد گرفت (51).داده‌های فراوانی که در محل برای هر تاکسون جمع‌آوری می‌شود با ارزش کلیدی تاکسون مربوط به نرم‌افزار ASTERICS برای ارزیابی کیفیت زیست‌محیطی رودخانه (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home) هماهنگ می‌شود. html).سپس داده ها را در نرم افزار Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (نسخه 18.05) وارد کنید.در این نرم افزار از پایگاه داده صفات اروپایی و پایگاه داده با حساسیت فیزیولوژیکی به آفت کش ها برای تبدیل داده های هر سایت به شاخص SPEAR آفت کش ها استفاده شده است.هر یک از پنج مطالعه منطقه ای از مدل افزایشی عمومی (GAM) [بسته "mgcv" در R(52)) برای بررسی رابطه بین متریک SPEAR آفت کش ها و ΣTUFipronils [log10 (X + 1) تبدیل] مرتبط استفاده کردند.برای اطلاعات دقیق تر در مورد معیارهای SPEAR آفت کش ها و برای تجزیه و تحلیل داده ها، لطفاً به مواد تکمیلی مراجعه کنید.
شاخص کیفیت آب در هر مزوسکوپیک جریان و کل دوره آزمایش مزوسکوپیک سازگار است.میانگین دما، pH و هدایت به ترتیب 13.1 درجه سانتیگراد (0.27±)، 7.8 (0.12±) و 54.1 (±2.1) μS/cm (35) بود.کربن آلی محلول اندازه گیری شده در آب رودخانه تمیز 3.1 میلی گرم در لیتر است.در نمای مزو رودخانه ای که ضبط کننده MiniDOT در آن مستقر شده است، اکسیژن محلول نزدیک به اشباع است (میانگین > 8.0 میلی گرم در لیتر)، که نشان می دهد جریان به طور کامل در گردش است.
کنترل کیفیت و داده های تضمین کیفیت فیپرونیل در انتشار داده های همراه ارائه شده است (35).به طور خلاصه، نرخ بازیابی اسپایک های ماتریس آزمایشگاهی و نمونه های مزوسکوپی معمولاً در محدوده قابل قبولی است (بازیابی 70٪ تا 130٪)، استانداردهای IDL روش کمی را تأیید می کنند، و قطعات آزمایشگاهی و ابزارها معمولاً تمیز هستند. استثناهای بسیار کمی وجود دارد. این کلیات در مطالب تکمیلی مورد بحث قرار گرفته است..
به دلیل طراحی سیستم، غلظت اندازه گیری شده فیپرونیل معمولا کمتر از مقدار هدف است (شکل S2) (زیرا 4 تا 10 روز طول می کشد تا در شرایط ایده آل به حالت پایدار برسد) (30).در مقایسه با سایر ترکیبات فیپرونیل، غلظت دسولفینیل و آمید با گذشت زمان کمی تغییر می کند و تنوع غلظت در تیمار کمتر از تفاوت بین تیمارها است به جز تیمار با غلظت کم سولفون و سولفید.محدوده غلظت میانگین اندازه‌گیری شده با زمان برای هر گروه درمانی به شرح زیر است: فیپرونیل، IDL تا 9.07μg/L.دسولفینیل، IDL به 2.15μg/L.آمید، IDL به 4.17μg/L.سولفید، IDL تا 0.57 میکروگرم در لیتر؛و سولفون، IDL 1.13 میکروگرم در لیتر است (35).در برخی از جریان‌ها، ترکیبات فیپرونیل غیرهدف شناسایی شدند، یعنی ترکیباتی که به یک تیمار خاص وارد نشده بودند، اما به عنوان محصولات تخریب ترکیب تیمار شناخته شده بودند.غشاهای مزوسکوپی تیمار شده با ترکیب اصلی فیپرونیل دارای بیشترین تعداد محصولات تخریب غیرهدف شناسایی شده هستند (در صورت عدم استفاده به عنوان یک ترکیب پردازش، سولفینیل، آمید، سولفید و سولفون هستند).این ممکن است به دلیل فرآیند تولید ناخالصی‌های ترکیبی و/یا فرآیندهای تخریبی باشد که در طول ذخیره‌سازی محلول ذخیره‌سازی و (یا) در آزمایش مزوسکوپی رخ می‌دهد تا نتیجه آلودگی متقابل.هیچ روندی از غلظت تخریب در تیمار فیپرونیل مشاهده نشد.ترکیبات تخریب غیر هدف معمولاً در بدن با بالاترین غلظت درمان شناسایی می شوند، اما غلظت آنها کمتر از غلظت این ترکیبات غیر هدف است (به بخش بعدی برای غلظت مراجعه کنید).بنابراین، از آنجایی که معمولاً ترکیبات تخریب غیرهدف در کمترین تیمار فیپرونیل شناسایی نمی‌شوند و به دلیل اینکه غلظت شناسایی‌شده کمتر از غلظت اثر در بالاترین تیمار است، نتیجه‌گیری می‌شود که این ترکیبات غیرهدف کمترین تأثیر را بر آنالیز دارند.
در آزمایش‌های رسانه‌ای، ماکرو بی‌مهرگان کفزی به فیپرونیل، دسولفینیل، سولفون و سولفید حساس بودند [جدول S1;داده‌های فراوانی اصلی در نسخه داده‌های همراه (35) ارائه شده است.فیپرونیل آمید فقط برای مگس Rhithrogena sp.سمی (کشنده)، EC50 آن 2.05μg/L [±10.8(SE)] است.منحنی دوز-پاسخ از 15 گونه منحصر به فرد تولید شد.این گونه ها مرگ و میر را در محدوده غلظت آزمایش شده نشان دادند (جدول S1)، و گونه های خوشه ای هدف (مانند مگس ها) (شکل S3) و گونه های غنی (شکل 1) منحنی پاسخ دوز ایجاد شد.غلظت (EC50) فیپرونیل، دسولفینیل، سولفون و سولفید در گونه منحصر به فرد حساس ترین گونه به ترتیب از 0.005-0.364، 0.002-0.252، 0.002-0.061 و 0.005-0.043μg/L است.Rhithrogena sp.و Sweltsa sp.;شکل S4) کمتر از گونه های تحمل پذیرتر (مانند Micropsectra / Tanytarsus و Lepidostoma sp.) هستند (جدول S1).با توجه به میانگین EC50 هر ترکیب در جدول S1، سولفون ها و سولفیدها موثرترین ترکیبات هستند، در حالی که بی مهرگان عموماً کمترین حساسیت را به دسولفینیل دارند (به استثنای آمیدها).معیارهای وضعیت کلی اکولوژیکی، مانند غنای گونه‌ها، فراوانی کل، کل پنتاپلوئید و کل مگس سنگ، از جمله گونه‌ها و فراوانی برخی گونه‌ها، اینها در مزو بسیار نادر هستند و نمی‌توان آنها را محاسبه کرد منحنی پاسخ دوز جداگانه را رسم کنید.بنابراین، این شاخص های زیست محیطی شامل پاسخ های تاکسونی است که در SSD گنجانده نشده است.
غنای گونه (لارو) با عملکرد لجستیک سه سطحی (A) فیپرونیل، (B) دسولفینیل، (C) سولفون، و (D) غلظت سولفید.هر نقطه داده نشان دهنده لاروهای یک جریان واحد در پایان آزمایش مزو 30 روزه است.غنای تاکسون تعداد گونه های منحصر به فرد در هر جریان است.مقدار غلظت میانگین وزنی غلظت مشاهده شده هر جریان است که در پایان آزمایش 30 روزه اندازه گیری می شود.فیپرونیل آمید (نشان داده نشده) هیچ رابطه ای با گونه های غنی ندارد.لطفا توجه داشته باشید که محور x در مقیاس لگاریتمی است.EC20 و EC50 با SE در جدول S1 گزارش شده است.
در بالاترین غلظت هر پنج ترکیب فیپرونیل، میزان ظهور Uetridae کاهش یافت.درصد جوانه زنی (EC50) سولفید، سولفون، فیپرونیل، آمید و دسولفینیل به ترتیب در غلظت های 0.03، 0.06، 0.11، 0.78 و 0.97 میکروگرم در لیتر 50 درصد کاهش یافت (شکل 2 و شکل S5).در بیشتر آزمایش‌های 30 روزه، تمام تیمارهای فیپرونیل، دسولفینیل، سولفون و سولفید به‌جز برخی از تیمارهای با غلظت پایین (شکل 2) با تأخیر مواجه شدند و ظاهر آنها مهار شد.در تیمار آمید، پساب انباشته شده در کل آزمایش با غلظت 0.286 میکروگرم در لیتر، بیشتر از تیمار شاهد بود.بالاترین غلظت (4.164 میکروگرم در لیتر) در طول کل آزمایش باعث مهار پساب شد و نرخ پساب تیمار میانی مشابه با گروه کنترل بود.(شکل 2).
ظهور تجمعی میانگین ظهور روزانه هر تیمار منهای (A) فیپرونیل، (B) دسولفینیل، (C) سولفون، (D) سولفید و (E) آمید در جریان کنترل میانگین میانگین روزانه ظهور غشا است.به جز برای کنترل (n = 6)، n = 1. مقدار غلظت میانگین وزنی غلظت مشاهده شده در هر جریان است.
منحنی دوز-پاسخ نشان می دهد که علاوه بر تلفات طبقه بندی، تغییرات ساختاری در سطح جامعه نیز رخ می دهد.به طور خاص، در محدوده غلظت آزمایش، فراوانی می (شکل S3) و فراوانی گونه (شکل 1) روابط دوز-پاسخ قابل توجهی را با فیپرونیل، دسولفینیل، سولفون و سولفید نشان داد.بنابراین، ما بررسی کردیم که چگونه این تغییرات ساختاری با آزمایش آبشار تغذیه منجر به تغییرات در عملکرد جامعه می شود.قرار گرفتن بی مهرگان آبزی در معرض فیپرونیل، دسولفینیل، سولفید و سولفون تأثیر منفی مستقیمی بر زیست توده اسکراپر دارد (شکل 3).به منظور کنترل تأثیر منفی فیپرونیل بر زیست توده اسکراپر، اسکراپر همچنین بر روی کلروفیل یک زیست توده تأثیر منفی گذاشت (شکل 3).نتیجه این ضرایب مسیر منفی، افزایش خالص کلروفیل a با افزایش غلظت فیپرونیل و تجزیه کننده ها است.این مدل‌های مسیر کاملاً واسطه نشان می‌دهند که افزایش تخریب فیپرونیل یا فیپرونیل منجر به افزایش نسبت کلروفیل a می‌شود (شکل 3).پیشاپیش فرض بر این است که اثر مستقیم بین فیپرونیل یا غلظت تخریب و کلروفیل یک زیست توده صفر است، زیرا ترکیبات فیپرونیل آفت‌کش هستند و سمیت مستقیم پایینی برای جلبک‌ها دارند (به عنوان مثال، غلظت پایه حاد غیر عروقی گیاه EPA 100 میکروگرم در لیتر است. فیپرونیل، گروه دی سولفوکسید، سولفون و سولفید؛ https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk)، همه نتایج (مدل های معتبر) این را تایید می کنند. فرضیه.
فیپرونیل می تواند به طور قابل توجهی زیست توده (اثر مستقیم) چرا را کاهش دهد (گروه خراش دهنده لارو هستند)، اما تأثیر مستقیمی بر زیست توده کلروفیل a ندارد.با این حال، اثر غیر مستقیم قوی فیپرونیل افزایش زیست توده کلروفیل a در پاسخ به چرای کمتر است.فلش ضریب مسیر استاندارد شده را نشان می دهد و علامت منفی (-) جهت ارتباط را نشان می دهد.* میزان اهمیت را نشان می دهد.
سه SSD (فقط لایه میانی، لایه میانی به‌علاوه داده‌های ECOTOX، و لایه میانی به‌علاوه داده‌های ECOTOX اصلاح‌شده برای تفاوت در مدت زمان نوردهی) مقادیر اسمی HC5 متفاوتی را تولید کردند (جدول S3)، اما نتایج در محدوده SE بود.در ادامه این مطالعه، ما بر روی SSD داده‌ها تنها با جهان مزو و مقدار HC5 مربوطه تمرکز خواهیم کرد.برای توضیح کامل‌تر این سه ارزیابی SSD، لطفاً به مواد تکمیلی (جدول S2 تا S5 و شکل‌های S6 و S7) مراجعه کنید.بهترین توزیع داده (کمترین امتیاز استاندارد اطلاعات آکایک) از چهار ترکیب فیپرونیل (شکل 4) که فقط در نقشه SSD مزو جامد مورد استفاده قرار می‌گیرند، لگ گامبل فیپرونیل و سولفون و ویبول سولفید و γ سولفوره‌شده است. جدول S3).مقادیر HC5 به‌دست‌آمده برای هر ترکیب در شکل 4 فقط برای جهان مزو گزارش شده است و در جدول S3 مقادیر HC5 از هر سه مجموعه داده SSD گزارش شده است.مقادیر HC50 گروه های فیپرونیل، سولفید، سولفون و دسولفینیل [22.1±8.78 نانوگرم در لیتر (95% فاصله اطمینان (CI)، 11.4 تا 46.2)، 16.9±3.38 نانوگرم در لیتر (95% CI، 11.2 تا 28.0±28)، 8 2.66 نانوگرم در لیتر (95٪ CI، 5.44 تا 15.8) و 83.4±32.9 نانوگرم در لیتر (95٪ CI، 36.4 تا 163)] این ترکیبات به طور قابل توجهی کمتر از غنای گونه EC50 (تعداد کل گونه های منحصر به فرد) هستند (جدول S1) یادداشت های موجود در جدول مواد تکمیلی میکروگرم در لیتر می باشد).
در آزمایش مقیاس مزو، هنگامی که به مدت 30 روز در معرض (A) فیپرونیل، (B) دسولفینیل فیپرونیل، (C) فیپرونیل سولفون، (D) فیپرونیل سولفید قرار می‌گیرید، حساسیت گونه توصیف می‌شود که این مقدار EC50 تاکسون است.خط چین آبی نشان دهنده 95% CI است.خط چین افقی نشان دهنده HC5 است.مقدار HC5 (ng/L) هر ترکیب به شرح زیر است: فیپرونیل، 4.56 نانوگرم در لیتر (95% CI، 2.59 تا 10.2).سولفید، 3.52 نانوگرم در لیتر (1.36 تا 9.20)؛سولفون، 2.86 نانوگرم در لیتر (1.93 تا 5.29)؛و سولفینیل، 3.55 نانوگرم در لیتر (0.35 تا 28.4).لطفا توجه داشته باشید که محور x در مقیاس لگاریتمی است.
در پنج مطالعه منطقه ای، فیپرونیل (والدین) در 22 درصد از 444 نقطه نمونه برداری میدانی شناسایی شد (جدول 1).فرکانس تشخیص فلورفنیب، سولفون و آمید مشابه است (18٪ تا 22٪ نمونه)، فرکانس تشخیص سولفید و دسولفینیل کمتر است (11٪ تا 13٪)، در حالی که محصولات تخریب باقی مانده بسیار بالا هستند.تعداد کمی (1٪ یا کمتر) یا هرگز شناسایی نشده است (جدول 1)..فیپرونیل بیشتر در جنوب شرقی (52٪ از سایت ها) و کمترین دفعات در شمال غربی (9٪ از سایت ها) شناسایی می شود، که تنوع استفاده از بنزوپیرازول و آسیب پذیری جریان بالقوه در سراسر کشور را برجسته می کند.تخریب‌کننده‌ها معمولاً الگوهای منطقه‌ای مشابهی را نشان می‌دهند، با بیشترین فراوانی در جنوب شرقی و کمترین آن در شمال غربی یا ساحلی کالیفرنیا.غلظت اندازه گیری شده فیپرونیل بالاترین میزان بود و پس از آن ترکیب اصلی فیپرونیل (90 درصد درصد 10.8 و 6.3 نانوگرم در لیتر، به ترتیب) (جدول 1) (35).بیشترین غلظت فیپرونیل (61.4 نانوگرم در لیتر)، دی سولفینیل (10.6 نانوگرم در لیتر) و سولفید (8.0 نانوگرم در لیتر) در جنوب شرقی (در چهار هفته آخر نمونه) تعیین شد.بیشترین غلظت سولفون در غرب تعیین شد.(15.7 نانوگرم در لیتر)، آمید (42.7 نانوگرم در لیتر)، دسولفینیل فلوپیرنامید (14 نانوگرم در لیتر) و فیپرونیل سولفونات (8.1 نانوگرم در لیتر) (35).فلورفنید سولفون تنها ترکیبی بود که بیش از HC5 مشاهده شد (جدول 1).میانگین ΣTUFipronils بین مناطق مختلف بسیار متفاوت است (جدول 1).میانگین ملی ΣTUFipronils 0.62 است (همه مکان ها، همه مناطق)، و 71 سایت (16%) دارای ΣTUFipronils> 1 هستند، که نشان می دهد ممکن است برای ماکرو بی مهرگان اعماق زمین سمی باشد.در چهار منطقه از پنج منطقه مورد مطالعه (به جز غرب میانه)، رابطه معنی داری بین آفت کش های SPEAR و ΣTUFipronil وجود دارد، با R2 تنظیم شده از 0.07 در امتداد ساحل کالیفرنیا تا 0.34 در جنوب شرقی (شکل 5).
*ترکیبات مورد استفاده در آزمایش های مزوسکوپی.†ΣTUFipronils، میانه مجموع واحدهای سم [غلظت میدانی مشاهده شده از چهار ترکیب فیپرونیل / غلظت خطر هر ترکیب از صدک پنجم گونه های آلوده به SSD (شکل 4)] برای نمونه های هفتگی فیپرونیل، 4 مورد آخر هفته نمونه های آفت کش جمع آوری شده در هر سایت محاسبه شد.‡ تعداد مکان هایی که آفت کش ها در آن اندازه گیری می شوند.§صدک 90 بر اساس حداکثر غلظت مشاهده شده در محل در طی 4 هفته آخر نمونه برداری آفت کش است.با درصد نمونه های آزمایش شده¶ از 95% CI مقدار HC5 (شکل 4 و جدول S3، فقط مزو) برای محاسبه CI استفاده کنید.دکلروفلوپینیب در تمام مناطق آنالیز شده است و هرگز یافت نشد.ND، شناسایی نشد.
واحد سمی فیپرونیل غلظت فیپرونیل اندازه گیری شده تقسیم بر مقدار HC5 مخصوص ترکیب است که توسط SSD بدست آمده از آزمایش رسانه تعیین می شود (شکل 4 را ببینید).خط سیاه، مدل افزایشی تعمیم یافته (GAM).خط چین قرمز دارای CI 95% برای GAM است.ΣTUFipronils به log10 (ΣTUFipronils+1) تبدیل می شود.
اثرات نامطلوب فیپرونیل بر روی گونه های آبزی غیر هدف به خوبی ثبت شده است (15، 21، 24، 25، 32، 33)، اما این اولین مطالعه ای است که در آن در یک محیط آزمایشگاهی کنترل شده حساس است.جوامع گونه در معرض ترکیبات فیپرونیل قرار گرفتند و نتایج در مقیاس قاره ای تعمیم یافتند.نتایج آزمایش 30 روزه مزوکهمی می تواند 15 گروه حشره آبزی مجزا (جدول S1) با غلظت گزارش نشده در ادبیات تولید کند، که در میان آنها حشرات آبزی در پایگاه داده سمیت کمتر ارائه شده اند (53، 54).منحنی‌های دوز-پاسخ تاکسونی خاص (مانند EC50) در تغییرات سطح جامعه (مانند غنای گونه‌ها و ممکن است از دست دادن فراوانی پرواز) و تغییرات عملکردی (مانند آبشارهای تغذیه‌ای و تغییرات ظاهری) منعکس شود.تأثیر جهان مزوسکوپی به میدان تعمیم داده شد.در چهار منطقه از پنج منطقه تحقیقاتی در ایالات متحده، غلظت فیپرونیل اندازه‌گیری شده در میدان با کاهش اکوسیستم آبی در آب روان مرتبط بود.
مقدار HC5 95 درصد از گونه‌ها در آزمایش غشای متوسط ​​دارای اثر محافظتی است، که نشان می‌دهد که جوامع بی‌مهرگان آبزی نسبت به ترکیبات فیپرونیل حساس‌تر از آنچه قبلاً شناخته شده بود، هستند.مقدار HC5 بدست آمده (فلورفنیب، 4.56 نانوگرم در لیتر، دسولفوکیران، 3.55 نانوگرم در لیتر، سولفون، 2.86 نانوگرم در لیتر، سولفید، 3.52 نانوگرم در لیتر) چندین برابر (فلورفنیب) تا سه برابر بیشتر از یک مرتبه بزرگی (دسولفینیل) است. ) زیر معیار فعلی EPA مزمن بی مهرگان [فیپرونیل، 11 نانوگرم در لیتر؛دسولفینیل، 10310 نانوگرم در لیتر؛سولفون، 37 نانوگرم در لیتر؛و سولفید، برای 110 نانوگرم در لیتر (8)].آزمایش‌های مزوسکوپی بسیاری از گروه‌های حساس به فیپرونیل را به جای گروه‌هایی که توسط معیار بی‌مهرگان مزمن EPA نشان داده شده است شناسایی کرد (4 گروه حساس‌تر به فیپرونیل، 13 جفت دسولفینیل، 11 جفت سولفون و 13 جفت) حساسیت به سولفید) (شکل 4 و جدول) S1).این نشان می‌دهد که معیارها نمی‌توانند از چندین گونه که در دنیای میانه نیز مشاهده می‌شوند محافظت کنند، که در اکوسیستم‌های آبی نیز گسترده هستند.تفاوت بین نتایج ما و معیار فعلی عمدتاً به دلیل فقدان داده‌های آزمایش سمیت فیپرونیل است که برای طیف وسیعی از گونه‌های حشرات آبزی قابل استفاده است، به‌ویژه زمانی که زمان قرار گرفتن در معرض بیش از 4 روز باشد و فیپرونیل کاهش یابد.در طول آزمایش 30 روزه مزوسوکهمی، بیشتر حشرات در جامعه بی مهرگان نسبت به ارگانیسم آزمایشی معمول آزتک (سخت پوستان)، حتی پس از اصلاح آزتک، حساسیت بیشتری نسبت به فیپرونیل داشتند.(معمولاً 96 ساعت) تا زمان قرار گرفتن در معرض مزمن (شکل S7).اجماع بهتری بین آزمایش غشای محیطی و مطالعه گزارش شده در ECOTOX با استفاده از ارگانیسم آزمایشی استاندارد Chironomus dilutus (یک حشره) حاصل شد.جای تعجب نیست که حشرات آبزی به آفت کش ها حساس هستند.بدون تنظیم زمان قرار گرفتن در معرض، آزمایش در مقیاس مزو و داده های جامع پایگاه داده ECOTOX نشان داد که بسیاری از گونه ها نسبت به کلستریدیوم رقیق شده حساس تر به ترکیبات فیپرونیل هستند (شکل S6).با این حال، با تنظیم زمان قرار گرفتن در معرض، رقت کلستریدیوم حساس ترین ارگانیسم به فیپرونیل (والد) و سولفید است، اگرچه به سولفون حساس نیست (شکل S7).این نتایج اهمیت گنجاندن انواع مختلف موجودات آبزی (از جمله حشرات متعدد) را برای تولید غلظت آفت کش های واقعی که می تواند از موجودات آبزی محافظت کند را نشان می دهد.
روش SSD می‌تواند از گونه‌های کمیاب یا غیر حساسی که EC50 آنها قابل تعیین نیست محافظت کند، مانند Cinygmula sp.، Isoperla fulva و Brachycentrus americanus.مقادیر EC50 فراوانی گونه ها و ممکن است به وفور پرواز کند که منعکس کننده تغییرات در ترکیب جامعه است با مقادیر HC50 SSD فیپرونیل، سولفون و سولفید مطابقت دارد.این پروتکل از ایده زیر پشتیبانی می کند: روش SSD که برای استخراج آستانه ها استفاده می شود می تواند از کل جامعه، از جمله گونه های کمیاب یا غیر حساس در جامعه محافظت کند.آستانه موجودات آبزی که از SSDها بر اساس تنها چند گونه یا گونه‌های غیر حساس تعیین می‌شود، ممکن است برای حفاظت از اکوسیستم‌های آبی بسیار ناکافی باشد.این مورد برای دسولفینیل است (شکل S6B).به دلیل کمبود داده در پایگاه داده ECOTOX، غلظت پایه بی مهرگان مزمن EPA 10310 نانوگرم در لیتر است که چهار مرتبه بزرگتر از 3.55 نانوگرم در لیتر HC5 است.نتایج مجموعه‌های مختلف پاسخ تاکسونی تولید شده در آزمایش‌های مزوسکوپی.فقدان داده‌های سمیت به‌ویژه برای ترکیبات تجزیه‌پذیر مشکل‌ساز است (شکل S6)، که ممکن است توضیح دهد که چرا معیارهای بیولوژیکی موجود در آب برای سولفون و سولفید حدود 15 تا 30 برابر کمتر از مقدار SSD HC5 بر اساس جهان چین حساس هستند.مزیت روش غشای متوسط ​​این است که چندین مقدار EC50 را می توان در یک آزمایش مشخص کرد که برای تشکیل یک SSD کامل کافی است (به عنوان مثال، دسولفینیل؛ شکل 4B و شکل های S6B و S7B) و تأثیر قابل توجهی دارد. در گونه طبیعی اکوسیستم حفاظت شده پاسخ های بسیاری.
آزمایش های مزوسکوپی نشان می دهد که فیپرونیل و محصولات تخریب آن ممکن است اثرات نامطلوب کشنده و غیرمستقیم آشکاری بر عملکرد جامعه داشته باشند.در آزمایش مزوسکوپی، به نظر می رسد که هر پنج ترکیب فیپرونیل بر ظهور حشرات تأثیر می گذارد.نتایج مقایسه بین بالاترین و کمترین غلظت (ممانعت و تحریک سبز شدن فردی یا تغییر در زمان سبز شدن) با نتایج گزارش شده قبلی آزمایش های مزو با استفاده از حشره کش بیفنترین مطابقت دارد (29).ظهور بزرگسالان عملکردهای اکولوژیکی مهمی را فراهم می کند و می تواند توسط آلاینده هایی مانند فیپرونیل تغییر یابد (55، 56).ظهور همزمان نه تنها برای تولید مثل حشرات و تداوم جمعیت حیاتی است، بلکه برای تامین حشرات بالغ نیز حیاتی است که می تواند به عنوان غذا برای حیوانات آبزی و خشکی استفاده شود (56).جلوگیری از ظهور نهال ها ممکن است بر تبادل غذا بین اکوسیستم های آبی و اکوسیستم های ساحلی تأثیر منفی بگذارد و اثرات آلاینده های آبی را به اکوسیستم های خشکی گسترش دهد (55، 56).کاهش فراوانی خراش دهنده ها (حشرات جلبک خوار) مشاهده شده در آزمایش مقیاس مزو منجر به کاهش مصرف جلبک شد که منجر به افزایش کلروفیل a شد (شکل 3).این آبشار تغذیه‌ای، شار کربن و نیتروژن را در شبکه غذایی مایع تغییر می‌دهد، مشابه مطالعه‌ای که اثرات پیرتروئید بیفنترین را بر روی جوامع اعماق دریا ارزیابی کرد (29).بنابراین، فنیل پیرازول‌ها، مانند فیپرونیل و محصولات تخریب آن، پیرتروئیدها، و شاید دیگر انواع حشره‌کش‌ها، ممکن است به طور غیرمستقیم باعث افزایش زیست توده جلبکی و اختلال کربن و نیتروژن در جریان‌های کوچک شوند.سایر اثرات ممکن است به تخریب چرخه های کربن و نیتروژن بین اکوسیستم های آبی و خشکی گسترش یابد.
اطلاعات به‌دست‌آمده از آزمایش غشای متوسط ​​به ما اجازه می‌دهد تا ارتباط اکولوژیکی غلظت ترکیب فیپرونیل اندازه‌گیری شده در مطالعات میدانی در مقیاس بزرگ انجام‌شده در پنج منطقه ایالات متحده را ارزیابی کنیم.در 444 جریان کوچک، 17 درصد از میانگین غلظت یک یا چند ترکیب فیپرونیل (به طور متوسط ​​در طی 4 هفته) از مقدار HC5 بدست آمده از آزمایش رسانه فراتر رفت.از SSD آزمایش در مقیاس مزو برای تبدیل غلظت ترکیبی فیپرونیل اندازه گیری شده به یک شاخص مرتبط با سمیت، یعنی مجموع واحدهای سمیت (ΣTUFipronils) استفاده کنید.مقدار 1 نشان دهنده سمیت یا قرار گرفتن در معرض تجمعی ترکیب فیپرونیل از حفاظت شناخته شده گونه ها به ارزش 95٪ است.رابطه معنی‌دار بین ΣTUFipronil در چهار منطقه از پنج منطقه و شاخص SPEAR آفت‌کش‌ها در سلامت جامعه بی مهرگان نشان می‌دهد که فیپرونیل ممکن است بر جوامع بی مهرگان اعماق دریا در رودخانه‌های مناطق متعدد ایالات متحده تأثیر منفی بگذارد.این نتایج از فرضیه Wolfram و همکاران پشتیبانی می کند.(3) خطر حشره کش های فن پیرازول برای آب های سطحی در ایالات متحده به طور کامل درک نشده است زیرا تأثیر آن بر حشرات آبزی زیر آستانه نظارتی فعلی رخ می دهد.
بیشتر جریان‌های با محتوای فیپرونیل بالاتر از سطح سمی در منطقه نسبتاً شهری جنوب شرقی واقع شده‌اند (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).ارزیابی قبلی از منطقه نه تنها به این نتیجه رسید که فیپرونیل عامل استرس زا اصلی است که بر ساختار جامعه بی مهرگان در نهر تأثیر می گذارد، بلکه همچنین اکسیژن محلول کم، افزایش مواد مغذی، تغییرات جریان، تخریب زیستگاه و سایر آفت کش ها و دسته آلاینده مهم است. منبع استرس (57).این ترکیبی از عوامل استرس زا با "سندرم رودخانه شهری" سازگار است، که تخریب اکوسیستم های رودخانه ای است که معمولا در رابطه با کاربری زمین شهری مشاهده می شود (58، 59).علائم کاربری اراضی شهری در منطقه جنوب شرقی در حال رشد است و انتظار می رود با افزایش جمعیت منطقه افزایش یابد.انتظار می رود تاثیر توسعه شهری آینده و آفت کش ها بر رواناب شهری افزایش یابد (4).اگر شهرنشینی و استفاده از فیپرونیل به رشد خود ادامه دهد، استفاده از این آفت کش در شهرها ممکن است به طور فزاینده ای بر جوامع رودخانه ای تأثیر بگذارد.اگرچه متاآنالیز نتیجه می‌گیرد که استفاده از آفت‌کش‌های کشاورزی اکوسیستم‌های جریان جهانی را تهدید می‌کند (2، 60)، ما فرض می‌کنیم که این ارزیابی‌ها تأثیر کلی جهانی آفت‌کش‌ها را با حذف کاربری‌های شهری دست‌کم می‌گیرند.
عوامل استرس‌زای مختلف، از جمله آفت‌کش‌ها، می‌توانند بر جوامع بی‌مهرگان درشت در حوزه‌های آبخیز توسعه‌یافته (استفاده شهری، کشاورزی و مختلط) تأثیر بگذارند و ممکن است با کاربری زمین مرتبط باشند (58، 59، 61).اگرچه این مطالعه از شاخص SPEAR آفت کش ها و ویژگی های سمیت فیپرونیل مخصوص ارگانیسم های آبی برای به حداقل رساندن تأثیر عوامل مخدوش کننده استفاده کرد، عملکرد شاخص SPEAR آفت کش ها ممکن است تحت تأثیر تخریب زیستگاه قرار گیرد و فیپرونیل را می توان با سایر آفت کش های مرتبط مقایسه کرد (4، 17، 51، 57).با این حال، یک مدل استرس‌زای چندگانه که با استفاده از اندازه‌گیری‌های میدانی از دو مطالعه منطقه‌ای اول (غرب میانه و جنوب شرقی) ایجاد شد، نشان داد که آفت‌کش‌ها یک عامل استرس‌زای بالادستی مهم برای شرایط جامعه بی‌مهرگان درشت رودخانه‌ها هستند.در این مدل‌ها، متغیرهای توضیحی مهم شامل آفت‌کش‌ها (به‌ویژه بیفنترین)، مواد مغذی و ویژگی‌های زیستگاه در اکثر جریان‌های کشاورزی در غرب میانه، و آفت‌کش‌ها (به ویژه فیپرونیل) در اکثر شهرهای جنوب شرقی است.تغییرات در اکسیژن، مواد مغذی و جریان (61، 62).بنابراین، اگرچه مطالعات منطقه‌ای تلاش می‌کنند تا به تأثیر عوامل استرس‌زای غیر آفت‌کشی بر شاخص‌های پاسخ بپردازند و شاخص‌های پیش‌بینی‌کننده را برای توصیف تأثیر فیپرونیل تنظیم کنند، نتایج میدانی این نظرسنجی از دیدگاه فیپرونیل حمایت می‌کند.) را باید یکی از تأثیرگذارترین منابع فشار در رودخانه های آمریکا به ویژه در جنوب شرقی ایالات متحده دانست.
وقوع تخریب آفت کش ها در محیط به ندرت مستند شده است، اما تهدید موجودات آبزی ممکن است مضرتر از بدن مادر باشد.در مورد فیپرونیل، مطالعات میدانی و آزمایش‌های در مقیاس مزو نشان داده‌اند که محصولات تخریب به اندازه بدن مادر در جریان‌های نمونه‌گیری رایج هستند و سمیت یکسان یا بالاتر دارند (جدول 1).در آزمایش غشای محیطی، فلوروبنزونیتریل سولفون سمی ترین محصولات تخریب آفت کش مورد مطالعه بود و سمی تر از ترکیب اصلی بود و همچنین در فرکانس مشابه با ترکیب اصلی شناسایی شد.اگر فقط آفت‌کش‌های اصلی اندازه‌گیری شوند، ممکن است رویدادهای سمیت بالقوه مورد توجه قرار نگیرند، و کمبود نسبی اطلاعات سمیت در طول تخریب آفت‌کش‌ها به این معنی است که وقوع و پیامدهای آنها ممکن است نادیده گرفته شود.به عنوان مثال، به دلیل کمبود اطلاعات در مورد سمیت محصولات تخریب، ارزیابی جامعی از آفت‌کش‌ها در جریان‌های سوئیس انجام شد که شامل 134 محصول تخریب آفت‌کش بود و در ارزیابی خطر اکوتوکسیولوژیک آن تنها ترکیب اصلی به عنوان ترکیب اصلی در نظر گرفته شد.
نتایج این ارزیابی خطر زیست محیطی نشان می دهد که ترکیبات فیپرونیل اثرات نامطلوبی بر سلامت رودخانه دارند، بنابراین می توان به طور منطقی استنباط کرد که اثرات نامطلوب در هر جایی که ترکیبات فیپرونیل از سطح HC5 فراتر رود، قابل مشاهده است.نتایج آزمایش‌های مزوسکوپی مستقل از مکان است و نشان می‌دهد که غلظت فیپرونیل و محصولات تخریب آن در بسیاری از گونه‌های جریان بسیار کمتر از ثبت‌شده قبلی است.ما بر این باوریم که این کشف احتمالاً به پروتوبیوتا در جریان‌های بکر در هر نقطه گسترش می‌یابد.نتایج آزمایش در مقیاس متوسط ​​برای مطالعات میدانی در مقیاس بزرگ (444 نهر کوچک متشکل از کاربری های شهری، کشاورزی و زمین در پنج منطقه اصلی در ایالات متحده) اعمال شد و مشخص شد که غلظت بسیاری از نهرها انتظار می رود جایی که فیپرونیل شناسایی شد سمیت حاصل نشان می دهد که این نتایج ممکن است به کشورهای دیگر که در آن فیپرونیل استفاده می شود گسترش یابد.بر اساس گزارش ها، تعداد افرادی که از فیپرونیل استفاده می کنند در ژاپن، بریتانیا و ایالات متحده در حال افزایش است (7).فیپرونیل تقریباً در همه قاره‌ها از جمله استرالیا، آمریکای جنوبی و آفریقا وجود دارد (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).نتایج مطالعات مزو به میدان ارائه شده در اینجا نشان می دهد که استفاده از فیپرونیل ممکن است اهمیت اکولوژیکی در مقیاس جهانی داشته باشد.
برای مطالب تکمیلی این مقاله، لطفاً به http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1 مراجعه کنید
این یک مقاله با دسترسی آزاد است که تحت شرایط مجوز Creative Commons Attribution-Non-Commercial توزیع شده است، که استفاده، توزیع و تکثیر را در هر رسانه ای مجاز می کند، تا زمانی که استفاده نهایی برای منافع تجاری نباشد و فرض بر این است که کار اصلی درست استارجاع.
توجه: ما فقط از شما می خواهیم آدرس ایمیل خود را ارائه دهید تا شخصی که به صفحه توصیه می کنید بداند که می خواهید ایمیل را ببیند و اسپم نیست.ما هیچ آدرس ایمیلی را نمی گیریم.
این سوال برای بررسی اینکه آیا شما یک بازدید کننده هستید و جلوگیری از ارسال خودکار هرزنامه استفاده می شود.
جانت ال. میلر، تراویس اس. اشمیت، پیتر سی. ون متر، باربارا مالر (باربارا جی. مالر، مارک دبلیو سندستروم، لیزا اچ. ناول، دارن ام. کارلایل، پاتریک دبلیو موران
مطالعات نشان داده‌اند که آفت‌کش‌های رایجی که اغلب در جریان‌های آمریکا شناسایی می‌شوند، سمی‌تر از آن چیزی هستند که قبلا تصور می‌شد.
جانت ال. میلر، تراویس اس. اشمیت، پیتر سی. ون متر، باربارا مالر (باربارا جی. مالر، مارک دبلیو سندستروم، لیزا اچ. ناول، دارن ام. کارلایل، پاتریک دبلیو موران
مطالعات نشان داده‌اند که آفت‌کش‌های رایجی که اغلب در جریان‌های آمریکا شناسایی می‌شوند، سمی‌تر از آن چیزی هستند که قبلا تصور می‌شد.
©2021 انجمن آمریکایی برای پیشرفت علم.تمامی حقوق محفوظ استAAAS شریک HINARI، AGORA، OARE، CHORUS، CLOCKSS، CrossRef و COUNTER است.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.