A patakokban lévő peszticidek egyre inkább globális aggodalomra adnak okot, de kevés információ áll rendelkezésre a vízi ökoszisztémák biztonságos koncentrációjáról.Egy 30 napos mezokozmikus kísérletben az őshonos bentikus vízi gerincteleneket a közönséges fipronil rovarirtó szernek és négyféle bomlásterméknek tették ki.A fipronil vegyület változást okozott a megjelenési és trofikus kaszkádban.Kidolgozták azt a hatásos koncentrációt (EC50), amelynél a fipronil és szulfid, szulfon és deszulfinil bomlástermékei 50%-os választ okoznak.A taxánok nem érzékenyek a fipronilra.A 15 mezokozmikus EC50 értékből az érintett fajok 5%-ának veszélyességi koncentrációját arra használják, hogy a terepi mintában lévő fipronil vegyületkoncentrációját toxikus egységek (∑TUFipronil) összegévé alakítsák át.Az öt regionális vizsgálatból származó folyamok 16%-ában az átlagos ∑TUFipronil meghaladta az 1-et (ami toxicitást jelez).A veszélyeztetett fajok gerinctelen mutatói az öt mintavételi terület közül négyen negatívan korrelálnak a TUTUipronillal.Ez az ökológiai kockázatértékelés azt mutatja, hogy a fipronilvegyületek alacsony koncentrációja csökkenti a patakközösségek számát az Egyesült Államok számos részén.
Bár a szintetikus vegyszerek termelése nagymértékben megnövekedett az elmúlt évtizedekben, ezeknek a vegyi anyagoknak a nem célzott ökoszisztémákra gyakorolt ​​hatása még nem teljesen ismert (1).Azokban a felszíni vizekben, ahol a globális mezőgazdasági területek 90%-a elvész, nincs adat a mezőgazdasági peszticidekről, de ahol vannak adatok, ott a fele az idő, amíg a növényvédő szerek túllépik a jogszabályi küszöbértékeket (2).Az Egyesült Államok felszíni vizeiben található mezőgazdasági peszticidek metaanalízise megállapította, hogy a mintavételi helyek 70%-án legalább egy peszticid túllépte a szabályozási küszöböt (3).Ezek a metaanalízisek (2, 3) azonban csak a mezőgazdasági földhasználat által érintett felszíni vizekre összpontosítanak, és külön tanulmányok összefoglalásai.A peszticidek, különösen a rovarölő szerek, szintén nagy koncentrációban léteznek a városi tájvízelvezetésben (4).Ritka a mezőgazdaságból és a városi tájakból kibocsátott felszíni vizekben található peszticidek átfogó értékelése;ezért nem ismert, hogy a peszticidek nagymértékben veszélyeztetik-e a felszíni vízkészleteket és azok ökológiai épségét.
A benzopirazolok és a neonikotinoidok 2010-ben a peszticidek világpiacának egyharmadát tették ki (5).Az Egyesült Államok felszíni vizeiben a fipronil és bomlástermékei (fenilpirazolok) a leggyakoribb peszticid vegyületek, koncentrációjuk általában meghaladja a vízi szabványokat (6-8).Bár a neonikotinoidok felkeltették a figyelmet a méhekre és madarakra gyakorolt ​​hatásuk és elterjedtségük miatt (9), a fipronil mérgezőbb a halakra és a madarakra (10), míg más fenilpirazolok osztályába tartozó vegyületek gyomirtó hatásúak (5).A fipronil szisztémás rovarirtó szer, amelyet városi és mezőgazdasági környezetben a kártevők elleni védekezésre használnak.Amióta a fipronil 1993-ban belépett a világpiacra, a fipronil felhasználása az Egyesült Államokban, Japánban és az Egyesült Királyságban jelentősen megnövekedett (5).Az Egyesült Államokban a fipronilt hangyák és termeszek irtására használják, és olyan haszonnövényekben használják, mint a kukorica (beleértve a vetőmag kezelését), a burgonya és a gyümölcsösök (11, 12).A fipronil mezőgazdasági felhasználása az Egyesült Államokban 2002-ben érte el a csúcsot (13).Bár nem állnak rendelkezésre országos városhasználati adatok, Kaliforniában a városi használat 2006-ban és 2015-ben érte el a csúcsot (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, elérve 2019. december 2-án.Bár egyes mezőgazdasági területeken magas koncentrációban (6,41 μg/L) található a patakokban, ahol magas a kijuttatási arány (14), a mezőgazdasági patakokhoz képest az Egyesült Államokban a városi patakokban általában nagyobb a kimutatás és magasabb a magas koncentráció, ami pozitív a viharok előfordulása kapcsolódik a teszthez (6, 7, 14-17).
A fipronil behatol a vízi ökoszisztémába, vagy kimosódik a talajból a patakba (7, 14, 18).A fipronil illékonysága alacsony (Henry-törvény állandó 2,31 × 10-4 Pa m3 mol-1), vízoldhatósága alacsony vagy közepes (3,78 mg/l 20 °C-on) és közepes hidrofób (log Kow 3,9-4,1) A talajban való mobilitás nagyon kicsi (log Koc 2,6-3,1) (12, 19), és a környezetben alacsony-közepes perzisztenciát mutat (20).A finazepril fotolízissel, oxidációval, pH-függő hidrolízissel és redukcióval bomlik le, és négy fő bomlástermék képződik: dezszulfoxifenapril (sem szulfoxid), fenaprenip-szulfon (szulfon), filofenamid (amid) és filofenib-szulfid (szulfid).A fipronil bomlástermékei általában stabilabbak és tartósabbak, mint az alapvegyület (21, 22).
A fipronil toxicitása és nem célfajokra (például vízi gerinctelenekre) való lebomlása jól dokumentált (14, 15).A fipronil egy neurotoxikus vegyület, amely megzavarja a kloridionok áthaladását a gamma-aminovajsav által szabályozott kloridcsatornán a rovarokban, ami elegendő koncentrációt eredményez ahhoz, hogy túlzott izgalmat és halált okozzon (20).A fipronil szelektíven toxikus, ezért nagyobb a receptorkötő affinitása a rovarokhoz, mint az emlősökhöz (23).A fipronil bomlástermékeinek inszekticid hatása eltérő.A szulfon és a szulfid toxicitása édesvízi gerinctelenekre hasonló vagy magasabb, mint az anyavegyületé.A deszulfinil mérsékelt toxicitású, de kevésbé toxikus, mint az alapvegyület.Viszonylag nem mérgező (23, 24).A vízi gerinctelenek érzékenysége a fipronilra és a fipronil lebomlására taxonon belül és taxonok között nagymértékben változó (15), sőt egyes esetekben egy nagyságrendet is meghalad (25).Végül bizonyíték van arra, hogy a fenilpirazolok mérgezőbbek az ökoszisztémára, mint azt korábban gondolták (3).
A laboratóriumi toxicitási vizsgálatokon alapuló vízi biológiai referenciaértékek alábecsülhetik a szántóföldi populációk kockázatát (26-28).A vízi szabványokat általában egy vagy több vízi gerinctelen faj (például Diptera: Chironomidae: Chironomus és Crustacea: Daphnia magna és Hyalella azteca) egyfajtán végzett laboratóriumi toxicitási vizsgálatával állapítják meg.Ezek a tesztszervezetek általában könnyebben tenyészthetők, mint más bentikus makrogerinctelenek (például a phe nemzetség::), és bizonyos esetekben kevésbé érzékenyek a szennyező anyagokra.Például a D. Magna kevésbé érzékeny sok fémre, mint bizonyos rovarok, míg az A. zteca kevésbé érzékeny a piretroid inszekticidre, a bifentrinre, mint a férgekre (29, 30).A meglévő referenciaértékek másik korlátja a számításokhoz használt végpontok.Az akut referenciaértékek a mortalitáson alapulnak (vagy a rákfélék esetében rögzítettek), míg a krónikus referenciaértékek általában szubletális végpontokon (például növekedés és szaporodás) (ha vannak).Vannak azonban széles körben elterjedt szubletális hatások, mint például a növekedés, a kelés, a bénulás és a fejlődési késés, amelyek befolyásolhatják a taxonok sikerét és a közösség dinamikáját.Ennek eredményeként, bár a referenciaérték hátteret ad a hatás biológiai jelentőségéhez, az ökológiai jelentősége a toxicitás küszöbértékeként bizonytalan.
A fipronilvegyületeknek a bentikus vízi ökoszisztémákra (gerinctelenek és algák) gyakorolt ​​hatásának jobb megértése érdekében természetes bentikus közösségeket vittünk be a laboratóriumba, és koncentrációgradienseknek tették ki őket a 30 napos áramlási fipronil vagy a négy fipronil-lebontási kísérlet egyike során.A kutatás célja egy fajspecifikus 50%-os hatáskoncentráció (EC50 érték) előállítása a folyóközösség széles taxonját képviselő fipronilvegyületekre, valamint a szennyező anyagok közösségszerkezetre és funkcióra gyakorolt ​​hatásának meghatározása [azaz veszélykoncentráció] 5 Az érintett fajok %-a (HC5) és a közvetett hatások, mint például a megváltozott kelés és trofikus dinamika].Ezután a mezoszkópos kísérletből kapott küszöbértéket (vegyület-specifikus HC5-értéket) alkalmaztuk az Egyesült Államok Geológiai Szolgálata (USGS) által az Egyesült Államok öt régiójából (északkeleti, délkeleti, középnyugati, északnyugati csendes-óceáni és közép-kaliforniai) gyűjtött területen. Coastal Zone) adatok) az USGS regionális folyamminőség-értékelés részeként (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Tudomásunk szerint ez az első ökológiai kockázatértékelés.Átfogóan vizsgálja a fipronilvegyületeknek a bentikus élőlényekre gyakorolt ​​hatását szabályozott mezokörnyezetben, majd ezeket az eredményeket alkalmazza a kontinentális méretű terepi értékelésekhez.
A 30 napos mezokozmikus kísérletet az USGS Aquatic Laboratory-ban (AXL) végezték a Colorado állambeli Fort Collinsban 2017. október 18. és november 17. között, 1 nap háziasítás és 30 nap kísérletezés céljából.A módszert korábban leírtuk (29, 31) és részleteztük a kiegészítő anyagban.A mezotérbeállítás 36 keringető áramlást tartalmaz a négy aktív áramlásban (keringtető víztartály).Minden élő patak hűtővel van felszerelve a víz hőmérsékletének megőrzésére, és 16:8 fény-sötét ciklussal világít meg.A mezoszintű áramlás rozsdamentes acél, amely alkalmas a fipronil hidrofób hatására (log Kow = 4,0) és alkalmas szerves tisztító oldószerekre (S1 ábra).A mezoléptékű kísérlethez használt vizet a Cache La Poudre folyóból gyűjtötték össze (az upstream forrásokból, beleértve a Rocky Mountain Nemzeti Parkot, a National Forest and Continental Dividet), és az AXL négy polietilén tárolótartályában tárolták.A helyszínről gyűjtött üledék- és vízminták korábbi értékelései nem találtak peszticideket (29).
A mezoléptékű kísérletterv 30 feldolgozási adatfolyamból és 6 kontrollfolyamból áll.A kezelőáram kezelt vizet kap, amelyek mindegyike replikálatlan állandó koncentrációban tartalmaz fipronilvegyületeket: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amid (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), kéntelenítő csoport [US Environmental Protection Agency (EPA) Pesticide Library, CAS 205650-65-3], szulfon (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) és szulfid (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); minden tisztaság ≥ 97,8%. A közzétett válaszértékek szerint (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33) A fipronil vegyület metanolban való feloldásával (Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society tanúsítási szint), és hígítjuk ionmentesített vízzel a szükséges térfogatig, hogy tömény törzsoldatot készítsünk Mivel a metanol mennyisége egy adagban eltérő, ezért minden kezelési áramhoz szükség szerint metanolt kell adagolni. A három kontrollnál az azonos metanol koncentráció biztosítása érdekében ( 0,05 ml/L) a patakokban A másik három kontrollpatak középső nézete metanol nélküli folyóvizet kapott, egyébként úgy kezeltük, mint az összes többi patakot.
A 8., a 16. és a 26. napon az áramlási membránban mértük a hőmérsékletet, a pH-értéket, az elektromos vezetőképességet, valamint a fipronil és a fipronil lebomlását.A fipronil kiindulási vegyület lebomlásának nyomon követése érdekében a tápközeg teszt során a fipronil (szülők) segítségével a folyékony bélnyálkahártyát további három napig [5., 12. és 21. napon (n = 6)] kezelték a hőmérséklet, pH, Vezetőképesség, fipronil és fipronil lebomlási mintavétel.A peszticidelemzési mintákat úgy gyűjtöttük össze, hogy 10 ml folyó vizet egy 20 ml-es borostyánsárga üvegfiolába szűrtünk egy Whatman 0,7 μm-es GF/F fecskendőszűrőn keresztül, amely nagy átmérőjű tűvel van ellátva.A mintákat azonnal lefagyasztottuk, és elemzés céljából elküldtük az USGS National Water Quality Laboratory-ba (NWQL) Lakewoodban, Colorado államban.A korábban publikált módszer továbbfejlesztett módszerével a Fipronil és 4 bomlástermék vízmintákban történő meghatározása közvetlen vizes injekciós (DAI) folyadékkromatográfiás-tandem tömegspektrometriával (LC-MS / MS; Agilent 6495) történt.A műszerészlelési szint (IDL) a becslések szerint a minimális kalibrációs szabvány, amely megfelel a minőségi azonosítási szabványnak;a fipronil IDL-je 0,005 μg/L, a másik négy fipronil IDL-je 0,001 μg/L.A kiegészítő anyag teljes leírást ad a fipronilvegyületek mérésére használt módszerekről, beleértve a minőség-ellenőrzési és -biztosítási eljárásokat (például mintavisszanyerés, tüskék, harmadik fél által végzett vizsgálatok és vakpróbák).
A 30 napos mezokozmikus kísérlet végén befejeződött a kifejlett és lárva gerinctelen állatok számbavétele és azonosítása (a fő adatgyűjtési végpont).A feltörekvő imágókat minden nap kigyűjtik a hálóból, és egy tiszta, 15 ml-es Falcon centrifugacsőben lefagyasztják.A kísérlet végén (30. nap) a membrán tartalmát mindegyik áramban átmostuk, hogy eltávolítsuk a gerincteleneket, és átszitáljuk (250 μm), és 80%-os etanolban tároljuk.A Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) a lárvák és a kifejlett gerinctelenek taxonómiai azonosítását a lehető legalacsonyabb taxonómiai szintig, általában fajokig végezte.A 9., 19. és 29. napon a klorofill-a-t háromszor mértük az egyes patakok mezoszkópikus membránjában.A mezoszkópos kísérlet részét képező összes kémiai és biológiai adatot a mellékelt adatközlemény tartalmazza (35).
Ökológiai felméréseket végeztek kis (gázló) patakokban az Egyesült Államok öt nagyobb területén, a növényvédő szereket pedig az előző indexidőszakban figyelték meg.Röviden, a mezőgazdasági és városi területhasználat (36-40) alapján régiónként 77-100 helyszínt választottak ki (összesen 444 helyszínt).Egy év tavaszán és nyarán (2013-2017) minden régióban hetente egyszer 4-12 héten keresztül vízmintákat gyűjtenek.A konkrét időpont a régiótól és a fejlesztés intenzitásától függ.Az északkeleti régió 11 állomása azonban szinte a vízválasztóban van.Nincs fejlesztés, kivéve, hogy csak egy mintát gyűjtöttek.Mivel a regionális vizsgálatokban a növényvédő szerek megfigyelési időszakai eltérőek, összehasonlításképpen itt csak az egyes helyszíneken gyűjtött utolsó négy mintát vesszük figyelembe.Feltételezzük, hogy egyetlen, a fejletlen északkeleti lelőhelyen gyűjtött minta (n = 11) reprezentálhatja a 4 hetes mintavételi időszakot.Ez a módszer ugyanannyi megfigyelést eredményez a peszticideken (kivéve az északkeleti 11 helyet), és ugyanannyi a megfigyelés időtartama;úgy gondolják, hogy 4 hét elég hosszú a biótának való hosszú távú expozícióhoz, de elég rövid ahhoz, hogy az ökológiai közösség ne térjen vissza ezekből a kapcsolatokból.
Megfelelő áramlás esetén a vízmintát állandó sebességű és állandó szélességi lépésekkel (41) veszik.Ha az áramlás nem elegendő ennek a módszernek a használatához, mintákat gyűjthet a minták mély integrálásával vagy az áramlás súlypontjából való megragadással.Használjon nagy átmérőjű fecskendőt és tárcsás szűrőt (0,7 μm) 10 ml szűrt minta (42) összegyűjtéséhez.A DAI LC-MS/MS/MS/MS segítségével vízmintákat elemeztek az NWQL-ben 225 peszticidre és peszticid bomlástermékre, beleértve a fipronilt és 7 bomlásterméket (desszulfinil-fipronil, fipronil). Szulfidok, fipronil-szulfon, dezklór-fipronil, desztiol-fipronil, fipronil és fipronil).).A terepi vizsgálatok tipikus minimális jelentési szintjei a következők: fipronil, dezmetil-tio-fluor-benzonitril, fipronil-szulfid, fipronil-szulfon és dezklór-fipronil 0,004 μg/L;deszulfinil-fluorfenamid és A fipronil-amid koncentrációja 0,009 μg/liter;a fipronil-szulfonát koncentrációja 0,096 μg/liter.
A gerinctelen közösségekből minden területi vizsgálat végén (tavasszal/nyáron) mintát vesznek, általában az utolsó peszticid-mintavétellel egy időben.A tenyészidőszak és a nagy mennyiségű peszticidhasználat után a mintavételi időnek összhangban kell lennie az alacsony áramlási viszonyokkal, és egybe kell esnie azzal az idővel, amikor a folyami gerinctelen közösség kifejlődik, és főleg a lárva életszakaszában van.500 μm-es hálóval vagy D-keretes hálóval ellátott Surber mintavevővel a gerinctelen közösségek mintavételét 444 helyszínből 437-ben végezték el.A mintavételi módszer részletes leírása a kiegészítő anyagban található.Az NWQL-n általában minden gerinctelent azonosítanak és felsorolnak nemzetség vagy faj szintjén.Az ezen a területen összegyűjtött és ebben a kéziratban felhasznált összes kémiai és biológiai adat megtalálható a mellékelt adatközleményben (35).
A mezoszkópos kísérletben használt öt fipronil vegyület esetében a gerinctelen lárva 20%-kal vagy 50%-kal csökkentett koncentrációját számítottuk ki a kontrollhoz képest (azaz EC20 és EC50).Az adatokat [x = idővel súlyozott fipronilkoncentráció (részletekért lásd a kiegészítő anyagot), y = lárvaszám vagy egyéb mérőszám] háromparaméteres logaritmikus regressziós módszerrel „drc” illesztettük az R(43) kiterjesztett csomagra.A görbe minden fajra (lárvára) illeszkedik, megfelelő abundanciával, és megfelel más érdekes mérőszámoknak (például a taxonok gazdagságának, a májusi légy teljes abundanciájának és a teljes abundanciának), hogy jobban megértsük a közösség hatását.A Nash-Sutcliff együttható (45) a modellillesztés értékelésére szolgál, ahol a rossz modellillesztés végtelen negatív értéket kaphat, a tökéletes illeszkedés értéke pedig 1.
A fipronilvegyületeknek a kísérletben a rovarok megjelenésére gyakorolt ​​hatásának feltárása érdekében az adatokat kétféleképpen értékeltük.Először is, levonva a kontroll áramlási mezo átlagos megjelenését az egyes kezelési áramlási mezók megjelenéséből, az egyes áramlási mezókból származó rovarok kumulatív napi előfordulását (az összes egyed teljes számát) a kontrollhoz normalizáltuk.Ábrázolja ezeket az értékeket az idő függvényében, hogy megértse a kezelési folyadék közvetítőjének eltérését a kontroll folyadék közvetítőtől a 30 napos kísérletben.Másodszor, számítsa ki az egyes áramlási mezofillok teljes előfordulási százalékát, amely az adott áramlásban lévő mezofillok teljes számának aránya a kontrollcsoportban lévő lárvák és imágók átlagos számához viszonyítva, és amely alkalmas háromparaméteres logaritmikus regresszióra. .Az összes begyűjtött csírázó rovar a Chironomidae család két alcsaládjából származott, ezért kombinált elemzést végeztünk.
A közösség szerkezetében bekövetkező változások, mint például a taxonok elvesztése, végső soron a mérgező anyagok közvetlen és közvetett hatásaitól függhetnek, és a közösség funkciójának megváltozásához vezethetnek (például trofikus kaszkád).A trofikus kaszkád teszteléséhez egy egyszerű ok-okozati hálózatot értékeltünk ki az útelemző módszerrel (R csomag „piecewiseSEM”) (46).A mezoszkópos kísérleteknél azt feltételezzük, hogy a vízben lévő fipronil, deszulfinil, szulfid és szulfon (nem vizsgált amid) a kaparó biomasszájának csökkentése érdekében közvetve a klorofill a biomasszának növekedéséhez vezet (47).A vegyület koncentrációja az előrejelző változó, a kaparó és a klorofill a biomassza a válaszváltozó.A Fisher-féle C statisztikát a modell illeszkedésének értékelésére használjuk, így a P érték <0,05 jó modellillesztést jelez (46).
A kockázatalapú ökoközösségi küszöb elleni védőszer kifejlesztése érdekében minden egyes vegyület az érintett fajok (HC5) 95%-át megszerezte a krónikus fajok érzékenységi eloszlása ​​(SSD) és a veszélykoncentráció elleni védelmet.Három SSD-adatkészletet hoztak létre: (i) csak mezoadatkészlet, (ii) egy adatkészlet, amely tartalmazza az összes mezoadatot és az EPA ECOTOX adatbázis-lekérdezéséből gyűjtött adatokat (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, elérve a következőn: 2019. március 14.), a vizsgálat időtartama 4 nap vagy hosszabb, és (iii) az összes mezoszkópikus adatot és ECOTOX adatot tartalmazó adatkészlet, amelyben az ECOTOX adatok (akut expozíció) osztva az akut és A krónikus D. magna aránya 19.39) az expozíciós időtartam különbségének magyarázata és a krónikus EC50 érték közelítése (12).Több SSD-modell létrehozásának célja az, hogy (i) HC5-értékeket fejlesszünk ki a helyszíni adatokkal való összehasonlításhoz (csak a médiához használt SSD-k esetében), és (ii) felmérjük, hogy a médiaadatok szélesebb körben elfogadottak-e, mint a szabályozó ügynökségek az akvakultúra területén. az élet-benchmarkok robusztussága és az adatforrások szabványos beállítása, és ennélfogva a mezoszkópos vizsgálatok alkalmazásának praktikussága az alkalmazkodási folyamathoz.
Az SSD-ket minden adatkészlethez az R csomag „ssdtools” (48) segítségével fejlesztették ki.A bootstrap (n = 10 000) segítségével becsülje meg a HC5 átlagát és a konfidencia intervallumot (CI) az SSD-ről.A kutatás során kifejlesztett negyvenkilenc taxonválaszt (minden taxont, amelyet nemzetségként vagy fajként azonosítottak) kombinálnak az ECOTOX adatbázisban megjelent hat tanulmányból összeállított 32 taxonválaszsal, így összesen 81 taxonválasz használható az SSD fejlesztésére. .Mivel az ECOTOX amidok adatbázisában nem találhatók adatok, az amidokhoz nem fejlesztettek ki SSD-t, és csak egy EC50-választ kaptunk a jelenlegi vizsgálatból.Bár az ECOTOX adatbázisban csak egy szulfidcsoport EC50 értéke szerepelt, a jelenlegi végzős hallgató 12 EC50 értékkel rendelkezik.Ezért szulfinilcsoportokhoz SSD-ket fejlesztettek ki.
A csak a Mesocosmos SSD-adatkészletéből kapott fipronilvegyületek specifikus HC5-értékeit a helyszíni adatokkal kombinálták, hogy felmérjék a fipronilvegyületek expozícióját és lehetséges toxicitását az Egyesült Államok öt régiójából származó 444 patakban.Az utolsó 4 hetes mintavételi ablakban a fipronilvegyületek minden egyes kimutatott koncentrációját (a nem észlelt koncentráció nulla) elosztjuk a megfelelő HC5-tel, és az egyes minták vegyületarányát összeadva megkapjuk a fipronil teljes toxicitási egységét (ΣTUFipronil), ahol A ΣTUFipronils> 1 toxicitást jelent.
Az érintett fajok 50%-ának veszélyességi koncentrációját (HC50) összehasonlítva a közepes membránkísérletből származó taxongazdagság EC50 értékével, a közepes membránadatokból kapott SSD-t úgy értékelték, hogy tükrözze a szélesebb ökológiai közösség fipronillal szembeni érzékenységét. fokozat..Ezzel az összehasonlítással értékelhető az SSD-módszer (beleértve azokat a taxonokat, amelyek dózis-válasz összefüggésben vannak) és az EC50-módszer (beleértve az összes, a középső térben megfigyelt egyedi taxont) közötti konzisztenciát az EC50-es taxongazdagság mérési módszerével.Dózis-válasz összefüggés.
Peszticid kockázati fajok (SPEARpesticides) indikátort számítottak ki a gerinctelen közösségek egészségi állapota és a ΣTUFipronil közötti kapcsolat vizsgálatára 437 gerinctelen gyűjtő patakban.A SPEARpesticides metrika a gerinctelenek összetételét a fiziológiai és ökológiai jellemzőkkel rendelkező biológiai taxonómia bőségmérőjévé alakítja, ezáltal érzékenységet biztosít a peszticidekre.A SPEARpesticides indikátor nem érzékeny a természetes kovariánsokra (49, 50), bár teljesítményét az élőhelyek súlyos degradációja befolyásolja (51).Az egyes taxonokra a helyszínen gyűjtött abundancia-adatokat a taxon ASTERICS szoftverhez kapcsolódó kulcsértékével egyeztetik a folyó ökológiai minőségének felméréséhez (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home . html).Ezután importálja az adatokat az Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) szoftverbe (18.05-ös verzió).Ebben a szoftverben az európai tulajdonság-adatbázis és a peszticidekre fiziológiailag érzékeny adatbázis az egyes helyszínek adatait SPEARpesticides indikátorrá konvertálja.Mind az öt regionális tanulmány az általános additív modellt (GAM) ["mgcv" csomag az R(52)-ben) használta a SPEARpesticides metrika és a ΣTUFipronilok [log10(X + 1) konverzió] közötti kapcsolat feltárására.A SPEARpeszticidek mérőszámaival kapcsolatos részletesebb információkért és az adatok elemzéséhez lásd a Kiegészítő anyagokat.
A vízminőségi index minden áramlási mezoszkópos és a teljes mezoszkópikus kísérleti időszakban konzisztens.Az átlagos hőmérséklet, pH és vezetőképesség 13,1°C (±0,27°C), 7,8 (±0,12) és 54,1 (±2,1) μS/cm (35) volt.A tiszta folyóvízben mért oldott szerves szén 3,1 mg/l.A folyó mezonézetében, ahol a MiniDOT rögzítőt telepítik, az oldott oxigén közel van a telítettséghez (átlag > 8,0 mg/L), ami azt jelzi, hogy a patak teljes körben kering.
A fipronilra vonatkozó minőség-ellenőrzési és minőségbiztosítási adatokat a kísérő adatközlemény tartalmazza (35).Röviden, a laboratóriumi mátrix tüskék és a mezoszkópos minták visszanyerési aránya általában elfogadható tartományon belül van (70% és 130% közötti visszanyerés), az IDL szabványok megerősítik a kvantitatív módszert, és a laboratóriumi és műszeres vakpróbák általában tiszták. Nagyon kevés kivétel van, mint ezeket az általánosításokat a kiegészítő anyagban tárgyaltuk..
A rendszer kialakítása miatt a fipronil mért koncentrációja általában alacsonyabb a célértéknél (S2 ábra) (mivel ideális körülmények között 4-10 nap kell az egyensúlyi állapot eléréséhez) (30).Más fipronilvegyületekhez képest a deszulfinil és az amid koncentrációja kismértékben változik az idő múlásával, és a koncentráció változékonysága a kezelésen belül kisebb, mint a kezelések közötti különbség, kivéve a szulfon és szulfid alacsony koncentrációjú kezelését.Az idővel súlyozott átlagos mért koncentrációtartomány az egyes kezelési csoportokban a következő: Fipronil, IDL 9,07 μg/L-ig;Deszulfinil, IDL 2,15 μg/L-ig;amid, IDL 4,17 μg/L-ig;Szulfid, IDL 0,57 μg/literig;és szulfon, IDL 1,13 μg/liter (35).Egyes áramlatokban nem célzott fipronilvegyületeket mutattak ki, vagyis olyan vegyületeket, amelyek nem kerültek bele egy specifikus kezelésbe, de a kezelt vegyület bomlástermékeiként ismertek.A fipronil kiindulási vegyülettel kezelt mezoszkópikus membránokon mutatták ki a legtöbb nem célzott bomlásterméket (ha nem feldolgozási vegyületként használjuk, ezek szulfinil, amid, szulfid és szulfon);ezek inkább a gyártási folyamatból adódhatnak A törzsoldat tárolása során és (vagy) a mezoszkópos kísérletben fellépő összetett szennyeződések és/vagy lebomlási folyamatok, nem pedig a keresztszennyeződés eredménye.A fipronil kezelés során nem figyeltek meg a lebomlási koncentráció tendenciáját.A szervezetben leggyakrabban a legmagasabb kezelési koncentráció mellett mutatják ki a nem célzott lebontó vegyületeket, de a koncentráció kisebb, mint ezeknek a nem célvegyületeknek a koncentrációja (a koncentrációt lásd a következő részben).Ezért, mivel a nem célvegyületek általában nem mutathatók ki a legalacsonyabb fipronilos kezelésben, és mivel a kimutatott koncentráció alacsonyabb, mint a hatáskoncentráció a legmagasabb kezelésben, arra a következtetésre jutottunk, hogy ezek a nem célvegyületek minimális hatással vannak az elemzésre.
A táptalajon végzett kísérletekben a bentikus makrogerinctelenek érzékenyek voltak fipronilra, deszulfinilre, szulfonra és szulfidra [S1 táblázat;az eredeti abundanciaadatokat a kísérő adatverzió (35) tartalmazza].A fipronil-amid csak a Rhithrogena sp.Mérgező (végzetes), EC50 értéke 2,05 μg/L [±10,8(SE)].15 egyedi taxon dózis-válasz görbéit állítottuk elő.Ezek a taxonok mortalitást mutattak a vizsgált koncentrációtartományon belül (S1 táblázat), és célzott csoportosított taxonokat (például legyeket) (S3 ábra) és gazdag taxonokat (1. ábra) Dózis-válasz görbét állítottunk elő.A fipronil, deszulfinil, szulfon és szulfid koncentrációja (EC50) a legérzékenyebb taxonok egyedi taxonjain 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 és 0,005-0,043 μg/L.Rhithrogena sp.és Sweltsa sp.;S4 ábra) alacsonyabbak, mint a jobban tolerált taxonok (például Micropsectra / Tanytarsus és Lepidostoma sp.) (S1 táblázat).Az S1 táblázatban szereplő egyes vegyületek átlagos EC50-értéke szerint a szulfonok és szulfidok a leghatékonyabb vegyületek, míg a gerinctelenek általában a legkevésbé érzékenyek a deszulfinilre (az amidok kivételével).Az általános ökológiai állapot mérőszámai, mint a taxonok gazdagsága, teljes abundanciája, teljes pentaploid és teljes kőlégy, beleértve a taxonokat és egyes taxonok abundanciáját, ezek nagyon ritkák a mezoban, és nem számíthatók. Rajzoljon külön dózis-válasz görbét.Ezért ezek az ökológiai mutatók az SSD-ben nem szereplő taxonválaszokat is tartalmazzák.
Taxagazdagság (lárva) háromszintű logisztikai funkcióval: (A) fipronil, (B) deszulfinil, (C) szulfon és (D) szulfidkoncentráció.Minden adatpont egyetlen patakból származó lárvákat képvisel a 30 napos mezokísérlet végén.A taxongazdagság az egyes folyamokban található egyedi taxonok száma.A koncentrációérték az egyes áramok megfigyelt koncentrációjának idővel súlyozott átlaga, amelyet a 30 napos kísérlet végén mértek.A fipronil-amidnak (nincs ábrázolva) nincs kapcsolata gazdag taxonokkal.Kérjük, vegye figyelembe, hogy az x tengely logaritmikus skálán van.Az EC20 és az EC50 értékek SE-vel az S1 táblázatban vannak megadva.
Mind az öt fipronilvegyület közül a legmagasabb koncentrációban az Uetridae kelési aránya csökkent.A szulfid, szulfon, fipronil, amid és deszulfinil csírázásának százalékos aránya (EC50) 50%-kal csökkent 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 és 0,97 μg/l koncentrációknál (2. ábra és S5. ábra).A 30 napos kísérletek többségében a fipronil-, deszulfinil-, szulfon- és szulfid-kezelések mindegyike késett, kivéve néhány alacsony koncentrációjú kezelést (2. ábra), és ezek megjelenése gátolt volt.Az amid kezelésben a teljes kísérlet során felhalmozódott szennyvíz magasabb volt, mint a kontrollé, 0,286 μg/liter koncentrációval.A teljes kísérlet során a legmagasabb koncentráció (4,164 μg/liter) gátolta az elfolyó folyadékot, és a köztes kezelés kiáramlási sebessége hasonló volt a kontroll csoportéhoz.(2. ábra).
A kumulatív kelés az egyes kezelések átlagos napi átlagos kelése mínusz (A) fipronil, (B) deszulfinil, (C) szulfon, (D) szulfid és (E) amid a kontrolláramban A membrán átlagos napi átlagos kelése.A kontroll (n = 6) kivételével n = 1. A koncentrációérték az egyes áramlásokban megfigyelt koncentráció idővel súlyozott átlaga.
A dózis-hatás görbe azt mutatja, hogy a taxonómiai veszteségek mellett közösségi szinten is strukturális változások következnek be.Pontosabban, a tesztkoncentráció-tartományon belül a május (S3. ábra) és a taxonok abundanciája (1. ábra) szignifikáns dózis-válasz összefüggést mutatott a fipronillal, a deszulfinillal, a szulfonnal és a szulfiddal.Ezért a táplálkozási kaszkád tesztelésével feltártuk, hogy ezek a szerkezeti változások hogyan vezetnek a közösség funkcióinak megváltozásához.A vízi gerinctelenek fipronil, deszulfinil, szulfid és szulfon hatásának közvetlen negatív hatása van a kaparó biomasszájára (3. ábra).A fipronilnak a kaparó biomasszájára gyakorolt ​​negatív hatásának szabályozása érdekében a kaparó a klorofill a biomasszára is negatívan hat (3. ábra).Ezeknek a negatív útegyütthatóknak az eredménye a klorofill a nettó növekedése a fipronil és a degradáló anyagok koncentrációjának növekedésével.Ezek a teljesen közvetített útvonalmodellek azt mutatják, hogy a fipronil vagy fipronil fokozott lebomlása a klorofill a arányának növekedéséhez vezet (3. ábra).Előzetesen feltételezzük, hogy a fipronil vagy a lebomlási koncentráció és a klorofill biomassza közötti közvetlen hatás nulla, mivel a fipronilvegyületek peszticidek, és alacsony közvetlen toxicitásuk az algákra (például az EPA akut, nem vaszkuláris növényi alapkoncentrációja 100 μg / L fipronil, diszulfoxid-csoport, szulfon és szulfid; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), Minden eredmény (érvényes modell) ezt támasztja alá hipotézis.
A fipronil jelentősen csökkentheti a legeltetés biomasszáját (közvetlen hatása) (kaparócsoport a lárvák), de nincs közvetlen hatása a klorofill biomasszára a.A fipronil erős közvetett hatása azonban az, hogy a klorofill a biomasszáját növeli a kevesebb legeltetés hatására.A nyíl a szabványosított útvonal együtthatót, a mínusz jel (-) pedig az asszociáció irányát jelzi.* A fontossági fokot jelzi.
A három SSD (csak a középső réteg, a középső réteg plusz ECOTOX adatok és a középső réteg plusz ECOTOX adatok az expozíciós időtartam különbségei alapján) névlegesen eltérő HC5 értékeket produkált (S3 táblázat), de az eredmények az SE tartományon belül voltak.A tanulmány további részében az adat-SSD-re fogunk összpontosítani csak a mezo univerzummal és a kapcsolódó HC5 értékkel.A három SSD kiértékelés teljesebb leírását a kiegészítő anyagokban találja (S2-S5 táblázatok és S6 és S7 ábra).A csak a mezo-szilárd SSD térképen használt négy fipronilvegyület (4. ábra) közül a legjobban illeszkedő adateloszlás (a legalacsonyabb Akaike információs standard pontszám) a fipronil és a szulfon log-gumbelje, valamint a szulfid és a kéntelenített γ weibull. S3 táblázat).Az egyes vegyületekre kapott HC5 értékeket a 4. ábra csak a mezo univerzumra vonatkozóan tartalmazza, az S3 táblázatban pedig mindhárom SSD adatkészlet HC5 értékeit közöljük.A fipronil-, szulfid-, szulfon- és deszulfinilcsoportok HC50-értékei [22,1±8,78 ng/L (95% CI, 11,4-46,2), 16,9±3,38 ng/L (95% CI, 11,2-24,0), 880 2,66 ng/L (95% CI, 5,44-15,8) és 83,4±32,9 ng/L (95% CI, 36,4-163)] Ezek a vegyületek lényegesen alacsonyabbak az EC50 taxongazdagságnál (az egyedi taxonok teljes száma) (S1 táblázat). A kiegészítő anyagok táblázatának megjegyzései mikrogramm/literben értendők.
A mezoléptékű kísérletben (A) fipronil, (B) desszulfinil-fipronil, (C) fipronil-szulfon, (D) fipronil-szulfid hatásának 30 napon keresztül történő expozíciója során a fajérzékenységet ismertetjük. Ez a taxon EC50 értéke.A kék szaggatott vonal a CI 95%-át jelenti.A vízszintes szaggatott vonal a HC5-öt jelenti.Az egyes vegyületek HC5 értéke (ng/l) a következő: fipronil, 4,56 ng/l (95% CI, 2,59-10,2);szulfid, 3,52 ng/l (1,36-9,20);szulfon, 2,86 ng/liter (1,93-5,29);és szulfinil, 3,55 ng/liter (0,35-28,4).Kérjük, vegye figyelembe, hogy az x tengely logaritmikus skálán van.
Az öt regionális vizsgálatban a 444 szántóföldi mintavételi pont 22%-ában volt kimutatható fipronil (szülők) (1. táblázat).A florfenib, a szulfon és az amid kimutatási gyakorisága hasonló (a minta 18-22%-a), a szulfid és a deszulfinil kimutatási gyakorisága alacsonyabb (11-13%), míg a fennmaradó bomlástermékek nagyon magasak.Kevés (1% vagy kevesebb) vagy soha nem észlelhető (1. táblázat)..A fipronilt leggyakrabban délkeleten (a lelőhelyek 52%-a) és legritkábban északnyugaton (a lelőhelyek 9%-a) mutatják ki, ami rávilágít a benzopirazol használatának változékonyságára és a patak potenciális sebezhetőségére országszerte.A degradánsok általában hasonló regionális mintázatot mutatnak, a legmagasabb észlelési gyakorisággal délkeleten, a legalacsonyabb Kalifornia északnyugati részén vagy a tengerparton.A mért fipronil koncentráció volt a legmagasabb, ezt követte az anyavegyület fipronil (90% 10,8, illetve 6,3 ng/L) (1. táblázat) (35).A fipronil (61,4 ng/L), a diszulfinil (10,6 ng/L) és a szulfid (8,0 ng/L) legmagasabb koncentrációját délkeleten (a minta utolsó négy hetében) határoztuk meg.A legmagasabb szulfonkoncentrációt nyugaton határozták meg.(15,7 ng/l), amid (42,7 ng/L), deszulfinil-flupirnamid (14 ng/l) és fipronil-szulfonát (8,1 ng/L) (35).A fluorfenid-szulfon volt az egyetlen olyan vegyület, amelynél a megfigyelések szerint meghaladta a HC5-t (1. táblázat).Az átlagos ΣTUFipronil-értékek a különböző régiók között nagyon eltérőek (1. táblázat).Az országos átlag ΣTUFipronils 0,62 (minden hely, minden régió), és 71 helyen (16%) a ΣTUFipronil > 1, ami azt jelzi, hogy mérgező lehet a bentikus makrogerinctelenekre.Az öt vizsgált régió közül négyben (a Közép-Nyugat kivételével) szignifikáns kapcsolat van a SPEARpesticides és a ΣTUFipronil között, a korrigált R2 0,07-től a kaliforniai partok mentén és a délkeleti 0,34-ig terjed (5. ábra).
*Mezoszkópos kísérletekben használt vegyületek.†ΣTUFipronilok, a toxinegységek összegének mediánja [négy fipronilvegyület megfigyelt terepi koncentrációja/az egyes vegyületek veszélyes koncentrációja az SSD-vel fertőzött fajok ötödik percentiliséből (4. ábra)] A heti fipronilminták esetében az utolsó 4 hetes peszticid mintákat gyűjtöttek minden helyszínen.‡A helyek száma, ahol a növényvédő szereket mérik.§A 90. percentilis a peszticid-mintavétel utolsó 4 hetében a helyszínen megfigyelt maximális koncentráción alapul.a vizsgált minták százalékos arányával.¦ Használja a HC5 érték 95%-os CI-jét (4. ábra és S3 táblázat, csak mezo) a CI kiszámításához.A dekloroflupinibet minden régióban elemezték, és soha nem találták meg.ND, nem észlelhető.
A Fipronil toxikus mértékegysége a mért fipronil-koncentráció osztva a vegyület-specifikus HC5 értékkel, amelyet a közegkísérletből nyert SSD határoz meg (lásd 4. ábra).Fekete vonal, általánosított additív modell (GAM).A piros szaggatott vonal CI-je 95% a GAM esetében.A ΣTUFipronilokat a rendszer log10-re konvertálja (ΣTUFipronils+1).
A fipronil nem célzott vízi fajokra gyakorolt ​​káros hatásai jól dokumentáltak (15, 21, 24, 25, 32, 33), de ez az első olyan vizsgálat, amelyben ellenőrzött laboratóriumi környezetben érzékeny.A taxonok közösségeit fipronilvegyületeknek tették ki, és az eredményeket kontinentális léptékben extrapoláltuk.A 30 napos mezokozmikus kísérlet eredményei 15 különálló vízi rovarcsoportot hozhatnak létre (S1 táblázat), amelyek koncentrációja a szakirodalomban nem szerepel, amelyek között a toxicitási adatbázisban szereplő vízi rovarok alulreprezentáltak (53, 54).A taxaspecifikus dózis-válasz görbék (például az EC50) közösségi szintű változásokban (mint például a taxonok gazdagsága és a repülések előfordulásának csökkenése) és a funkcionális változásokban (például táplálkozási kaszkádokban és a megjelenés változásaiban) tükröződnek.A mezoszkópikus univerzum hatását a mezőre extrapolálták.Az Egyesült Államok öt kutatási területe közül négyben a terepi méréssel mért fipronil-koncentráció összefüggést mutatott ki a vízi ökoszisztéma csökkenésével az átfolyó vízben.
A közepes membránkísérletben a fajok 95%-ának HC5-értéke védő hatású, ami azt jelzi, hogy a vízi gerinctelen közösségek összességében érzékenyebbek a fipronilvegyületekre, mint azt korábban gondoltuk.A kapott HC5 érték (florfenib, 4,56 ng/liter; deszulfoxirán, 3,55 ng/liter; szulfon, 2,86 ng/liter; szulfid, 3,52 ng/liter) többszöröse (florfenib) háromszorosa egy nagyságrendnél nagyobb (deszulfinil) ) a jelenlegi EPA krónikus gerinctelen referenciaérték alatt [fipronil, 11 ng/liter;deszulfinil, 10 310 ng/liter;szulfon, 37 ng/liter;és szulfid, 110 ng/liter (8)].A mezoszkópos kísérletek számos fipronilra érzékeny csoportot azonosítottak az EPA krónikus gerinctelen benchmark által jelzettek helyett (4 fipronilra érzékenyebb csoport, 13 pár deszulfinil, 11 pár szulfon és 13 pár) Szulfid érzékenység) (4. ábra, ill. táblázat) S1).Ez azt mutatja, hogy a benchmarkok nem képesek megvédeni több, a vízi ökoszisztémákban is elterjedt, a középső világban is megfigyelhető fajt.Az eredményeink és a jelenlegi benchmark közötti különbség főként abból adódik, hogy a fipronil toxicitási vizsgálati adatai hiányoznak számos vízi rovar taxonra, különösen akkor, ha az expozíciós idő meghaladja a 4 napot és a fipronil lebomlik.A 30 napos mezokozmikus kísérlet során a gerinctelen közösség rovarainak többsége érzékenyebb volt a fipronilra, mint a közönséges tesztszervezet, az azték (rákfélék), még az azték korrekciója után is.(általában 96 óra) a krónikus expozíciós időre (S7 ábra).Jobb konszenzus alakult ki a közepes membránkísérlet és az ECOTOX-ban közölt tanulmány között, a Chironomus dilutus (egy rovar) standard tesztszervezettel.Nem meglepő, hogy a vízi rovarok különösen érzékenyek a peszticidekre.Az expozíciós idő módosítása nélkül a mezoléptékű kísérlet és az ECOTOX adatbázis átfogó adatai azt mutatták, hogy számos taxon érzékenyebb volt a fipronilvegyületekre, mint a hígított Clostridium (S6 ábra).Az expozíciós idő beállításával azonban a Dilution Clostridium a legérzékenyebb szervezet a fipronilra (szülő) és a szulfidra, bár nem érzékeny a szulfonra (S7 ábra).Ezek az eredmények szemléltetik annak fontosságát, hogy többféle vízi organizmus (többek között több rovar) bevonása is fontos, hogy olyan tényleges peszticidkoncentrációkat állítsanak elő, amelyek megvédhetik a vízi szervezeteket.
Az SSD módszer képes megvédeni a ritka vagy érzéketlen taxonokat, amelyek EC50-értéke nem határozható meg, mint például a Cinygmula sp., Isoperla fulva és Brachycentrus americanus.A közösség összetételében bekövetkezett változásokat tükröző taxonszám és az esetleges repülések gyakoriságának EC50 értéke összhangban van a fipronil, szulfon és szulfid SSD HC50 értékeivel.A protokoll a következő elképzelést támogatja: A küszöbértékek származtatására használt SSD-módszer megvédheti az egész közösséget, beleértve a közösség ritka vagy érzéketlen taxonjait is.Az SSD-kből csak néhány taxon vagy érzéketlen taxon alapján meghatározott vízi organizmusok küszöbértéke nagymértékben elégtelen lehet a vízi ökoszisztémák védelmében.Ez a helyzet a deszulfinil esetében (S6B ábra).Az ECOTOX adatbázis adathiánya miatt az EPA krónikus gerinctelen kiindulási koncentrációja 10 310 ng/L, ami négy nagyságrenddel magasabb, mint a HC5 3,55 ng/l.A mezoszkópos kísérletekben előállított különböző taxon válaszhalmazok eredményei.A toxicitási adatok hiánya különösen problémás a lebomló vegyületek esetében (S6 ábra), ami magyarázatot adhat arra, hogy a szulfonra és a szulfidra vonatkozó meglévő vízi biológiai referenciaértékek körülbelül 15-30-szor kevésbé érzékenyek, mint a Kínai Univerzum SSD HC5 értéke.A közepes membrán módszer előnye, hogy egyetlen kísérletben több EC50 érték is meghatározható, ami elegendő egy teljes SSD (pl. deszulfinil; 4B ábra és S6B és S7B ábra) kialakításához, és jelentős hatást fejt ki. a védett ökoszisztéma természetes taxonjairól Sok válasz.
A mezoszkópos kísérletek azt mutatják, hogy a fipronil és bomlástermékei nyilvánvaló szubletális és közvetett káros hatással lehetnek a közösség működésére.A mezoszkópos kísérletben úgy tűnt, hogy mind az öt fipronilvegyület befolyásolja a rovarok megjelenését.A legmagasabb és legalacsonyabb koncentrációk összehasonlításának eredményei (egyedi kelés gátlása és stimulálása vagy a kelési idő változása) összhangban vannak a bifentrin rovarirtó szerrel végzett mezokísérletek korábban közölt eredményeivel (29).A kifejlett egyedek megjelenése fontos ökológiai funkciókat lát el, és azt megváltoztathatják olyan szennyező anyagok, mint a fipronil (55, 56).Az egyidejű kelés nemcsak a rovarok szaporodása és a populáció fennmaradása szempontjából kritikus, hanem az érett rovarok utánpótlása szempontjából is, amelyek vízi és szárazföldi állatok táplálékaként használhatók (56).A palánták megjelenésének megakadályozása hátrányosan befolyásolhatja a vízi ökoszisztémák és a part menti ökoszisztémák közötti táplálékcserét, és a vízi szennyező anyagok hatásait átterjedheti a szárazföldi ökoszisztémákra (55, 56).A mezoléptékű kísérletben megfigyelt kaparók (algaevő rovarok) abundanciájának csökkenése az algafogyasztás csökkenését eredményezte, ami a klorofill a növekedését eredményezte (3. ábra).Ez a trofikus kaszkád megváltoztatja a szén- és nitrogénáramlást a folyékony táplálékhálózatban, hasonlóan ahhoz a tanulmányhoz, amely a piretroid bifentrinnek a bentikus közösségekre gyakorolt ​​hatását értékelte (29).Ezért a fenilpirazolok, mint például a fipronil és bomlástermékei, a piretroidok és esetleg más típusú rovarirtó szerek közvetve elősegíthetik az algák biomassza növekedését, valamint a szén és a nitrogén zavarását kis áramlatokban.Az egyéb hatások kiterjedhetnek a vízi és szárazföldi ökoszisztémák közötti szén- és nitrogénciklusok lerombolására is.
A közepes membrántesztből nyert információk lehetővé tették, hogy értékeljük az Egyesült Államok öt régiójában végzett nagyszabású terepi vizsgálatok során mért fipronilvegyület-koncentrációk ökológiai relevanciáját.444 kis patakban egy vagy több fipronilvegyület átlagos koncentrációjának 17%-a (4 hét átlaga) haladta meg a közegtesztből kapott HC5 értéket.Használja a mezoléptékű kísérlet SSD-jét, hogy a mért fipronilvegyület-koncentrációt toxicitási indexre, azaz a toxicitási egységek (ΣTUFipronilok) összegére konvertálja.Az 1-es érték toxicitást jelez, vagy a fipronilvegyület kumulatív expozíciója meghaladja az ismert védettséget. Faj 95%-kal.A ΣTUFipronil öt régióból négyben és a gerinctelen közösség egészségét jelző SPEARpesticides indikátor közötti szignifikáns kapcsolat azt jelzi, hogy a fipronil az Egyesült Államok több régiójában káros hatással lehet a bentikus gerinctelen közösségekre a folyókban.Ezek az eredmények alátámasztják Wolfram és munkatársai hipotézisét.(3) A fenpirazol rovarirtó szerek felszíni vizekre gyakorolt ​​kockázata az Egyesült Államokban nem teljesen ismert, mivel a vízi rovarokra gyakorolt ​​hatás a jelenlegi szabályozási küszöb alatt van.
A legtöbb toxikus szint feletti fipronilt tartalmazó patak a viszonylag urbanizált délkeleti régióban található (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).A terület korábbi felmérése nemcsak arra a következtetésre jutott, hogy a fipronil a fő stresszor, amely befolyásolja a gerinctelen közösség szerkezetét a patakban, hanem arra is, hogy az alacsony oldott oxigén, a megnövekedett tápanyagtartalom, az áramlásváltozások, az élőhelyek degradációja és egyéb növényvédő szerek, valamint a szennyezőanyag-kategória fontos stresszforrás (57).A stressztényezők ilyen keveréke összhangban van a „városi folyó szindrómával”, amely a folyami ökoszisztémák leromlása, amelyet általában a városi földhasználattal kapcsolatban figyelnek meg (58, 59).A városi területhasználati jelzések a délkeleti régióban növekednek, és várhatóan növekedni fognak a régió lakosságának növekedésével.A jövőbeli városfejlesztés és a peszticidek városi lefolyásra gyakorolt ​​hatása várhatóan növekedni fog (4).Ha az urbanizáció és a fipronil használata tovább növekszik, ennek a peszticidnek a városokban történő alkalmazása egyre inkább érintheti a patakközösségeket.Bár a metaanalízis arra a következtetésre jut, hogy a mezőgazdasági peszticidek használata veszélyezteti a globális ökoszisztémákat (2, 60), feltételezzük, hogy ezek az értékelések alábecsülik a peszticidek általános globális hatását a városi felhasználások kizárásával.
Különféle stressztényezők, köztük a peszticidek, hatással lehetnek a makrogerinctelen közösségekre a fejlett vízgyűjtőkön (városi, mezőgazdasági és vegyes földhasználat), és összefügghetnek a földhasználattal (58, 59, 61).Bár ez a tanulmány a SPEARpesticides indikátort és a vízi szervezetekre jellemző fipronil toxicitási jellemzőket használta a zavaró tényezők hatásának minimalizálása érdekében, a SPEARpesticides indikátor teljesítményét befolyásolhatja az élőhelyek degradációja, és a fipronil összehasonlítható más peszticidekkel (4, 17, 51, 57).Az első két regionális (közép-nyugati és délkeleti) regionális mérések felhasználásával kifejlesztett többszörös stresszor-modell azonban azt mutatta, hogy a peszticidek fontos upstream stresszort jelentenek a nagygerinctelen közösség körülményei között a gázló folyókban.Ezekben a modellekben a fontos magyarázó változók közé tartoznak a peszticidek (különösen a bifentrin), a tápanyagok és az élőhelyek jellemzői a legtöbb közép-nyugati mezőgazdasági patakban, valamint a peszticidek (különösen a fipronil) a legtöbb délkeleti városban.Változások az oxigénben, a tápanyagokban és az áramlásban (61, 62).Ezért, bár a regionális tanulmányok megpróbálják kezelni a nem peszticid stresszorok válaszmutatókra gyakorolt ​​hatását, és a prediktív mutatókat úgy módosítják, hogy leírják a fipronil hatását, a felmérés helyszíni eredményei alátámasztják a fipronil nézetét.) Az egyik legbefolyásosabb nyomásforrásnak kell tekinteni az amerikai folyókban, különösen az Egyesült Államok délkeleti részén.
Ritkán dokumentálják a peszticidek lebomlásának előfordulását a környezetben, de a vízi élőlényekre gyakorolt ​​fenyegetés károsabb lehet, mint az anyatest.A fipronil esetében a terepi vizsgálatok és a mezoléptékű kísérletek kimutatták, hogy a bomlástermékek ugyanolyan gyakoriak, mint az anyatest a mintaáramokban, és ugyanolyan vagy magasabb toxicitásúak (1. táblázat).A közepes membránkísérletben a vizsgált peszticid bomlástermékek közül a fluor-benzonitril-szulfon volt a legtoxikusabb, és mérgezőbb, mint az alapvegyület, és szintén az alapvegyületéhez hasonló gyakorisággal mutatták ki.Ha csak a kiindulási peszticideket mérik, előfordulhat, hogy a potenciális toxicitási eseményeket nem veszik észre, és a toxicitási információk viszonylagos hiánya a peszticidek lebomlása során azt jelenti, hogy ezek előfordulását és következményeit figyelmen kívül lehet hagyni.Például a bomlástermékek toxicitására vonatkozó információk hiánya miatt átfogó értékelést végeztek a svájci folyamokban lévő peszticidekről, beleértve 134 peszticid bomlásterméket, és az ökotoxikológiai kockázatértékelésben csak az anyavegyületet tekintették kiindulási vegyületnek.
Az ökológiai kockázatértékelés eredményei azt mutatják, hogy a fipronilvegyületek káros hatással vannak a folyók egészségére, így megalapozottan arra következtethetünk, hogy káros hatások mindenhol megfigyelhetők, ahol a fipronilvegyületek meghaladják a HC5 szintet.A mezoszkópos kísérletek eredményei függetlenek a helytől, ami azt jelzi, hogy a fipronil és bomlástermékeinek koncentrációja számos stream taxonban jóval alacsonyabb, mint korábban regisztráltak.Úgy gondoljuk, hogy ezt a felfedezést valószínűleg kiterjesztik az érintetlen patakokban lévő protobiótákra is.A mezoléptékű kísérlet eredményeit nagyszabású terepi vizsgálatokban alkalmazták (444 kis patak, amelyek városi, mezőgazdasági és földterületek vegyes használatából állnak az Egyesült Államok öt nagy régiójában), és azt találták, hogy sok patak koncentrációja ahol a fipronilt kimutatták, várhatóan az eredményül kapott toxicitás arra utal, hogy ezek az eredmények más országokra is kiterjedhetnek, ahol fipronilt használnak.A jelentések szerint a fipronilt használók száma növekszik Japánban, az Egyesült Királyságban és az Egyesült Államokban (7).A fipronil szinte minden kontinensen jelen van, beleértve Ausztráliát, Dél-Amerikát és Afrikát is (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Az itt bemutatott mezo-terep vizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy a fipronil felhasználásának globális léptékű ökológiai jelentősége lehet.
A cikkhez kapcsolódó kiegészítő anyagokért lásd: http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Ez egy nyílt hozzáférésű cikk, amelyet a Creative Commons Nevezd meg! Nem kereskedelmi licenc feltételei szerint terjesztenek, és amely lehetővé teszi a felhasználást, terjesztést és reprodukálást bármilyen médiában, mindaddig, amíg a végső felhasználás nem kereskedelmi haszonszerzés céljából történik, és az a feltevés, hogy az eredeti munka helyes.Referencia.
Megjegyzés: Csak azért kérjük meg e-mail címét, hogy az oldalra ajánlott személy tudja, hogy szeretné látni az e-mailt, és az nem spam.E-mail címeket nem rögzítünk.
Ez a kérdés annak tesztelésére szolgál, hogy Ön látogató-e, és megakadályozza az automatikus spamküldést.
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
Tanulmányok kimutatták, hogy az amerikai patakokban gyakran kimutatott peszticidek mérgezőbbek, mint azt korábban gondolták.
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
Tanulmányok kimutatták, hogy az amerikai patakokban gyakran kimutatott peszticidek mérgezőbbek, mint azt korábban gondolták.
©2021 American Association for the Advancement of Science.minden jog fenntartva.Az AAAS a HINARI, az AGORA, az OARE, a CHORUS, a CLOCKSS, a CrossRef és a COUNTER partnere.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.