Pesticīdi straumēs arvien vairāk kļūst par globālu problēmu, taču ir maz informācijas par drošu ūdens ekosistēmu koncentrāciju.30 dienu mezokosmiskā eksperimentā vietējie bentosa ūdens bezmugurkaulnieki tika pakļauti parastajam insekticīdam fipronilam un četru veidu noārdīšanās produktiem.Fipronila savienojums izraisīja izmaiņas rašanās un trofiskajā kaskādē.Ir izstrādāta efektīvā koncentrācija (EC50), kurā fipronils un tā sulfīda, sulfona un desulfinila sadalīšanās produkti izraisa 50% reakciju.Taksāni nav jutīgi pret fipronilu.Bīstamības koncentrācija 5% skarto sugu no 15 mezokosmiskām EC50 vērtībām tiek izmantota, lai lauka paraugā esošo fipronila koncentrāciju pārvērstu toksisko vienību summā (∑TUFipronils).16% plūsmu, kas iegūtas no pieciem reģionālajiem pētījumiem, vidējais ∑TUFipronils pārsniedza 1 (norāda uz toksicitāti).Apdraudēto sugu bezmugurkaulnieku rādītāji ir negatīvi korelēti ar TUTUipronilu četrās no piecām paraugu ņemšanas vietām.Šis ekoloģiskā riska novērtējums liecina, ka zemas fipronila savienojumu koncentrācijas samazinās straumes kopienas daudzās ASV daļās.
Lai gan sintētisko ķimikāliju ražošana pēdējās desmitgadēs ir ievērojami palielinājusies, šo ķīmisko vielu ietekme uz nemērķa ekosistēmām nav pilnībā izprasta (1).Virszemes ūdeņos, kur tiek zaudēti 90% no pasaules lauksaimniecības zemes, nav datu par lauksaimniecības pesticīdiem, bet tur, kur dati ir, laiks, kurā pesticīdi pārsniedz normatīvos sliekšņus, ir puse (2).Lauksaimniecības pesticīdu metaanalīze virszemes ūdeņos Amerikas Savienotajās Valstīs atklāja, ka 70% paraugu ņemšanas vietu vismaz viens pesticīds pārsniedza normatīvo slieksni (3).Tomēr šīs metaanalīzes (2, 3) koncentrējas tikai uz virszemes ūdeņiem, ko ietekmē lauksaimniecības zemes izmantošana, un tās ir atsevišķu pētījumu kopsavilkums.Pesticīdi, īpaši insekticīdi, lielā koncentrācijā ir arī pilsētas ainavu drenāžā (4).Reti tiek veikts visaptverošs pesticīdu novērtējums virszemes ūdeņos, kas izplūst no lauksaimniecības un pilsētu ainavām;tādēļ nav zināms, vai pesticīdi rada liela mēroga draudus virszemes ūdens resursiem un to ekoloģiskajai integritātei.
2010. gadā benzopirazoli un neonikotinoīdi veidoja vienu trešdaļu no pasaules pesticīdu tirgus (5).Amerikas Savienoto Valstu virszemes ūdeņos fipronils un tā sadalīšanās produkti (fenilpirazoli) ir visizplatītākie pesticīdu savienojumi, un to koncentrācija parasti pārsniedz ūdens standartus (6-8).Lai gan neonikotinoīdi ir piesaistījuši uzmanību to ietekmes uz bitēm un putniem un to izplatības dēļ (9), fipronils ir toksiskāks zivīm un putniem (10), savukārt citiem fenilpirazolu klases savienojumiem ir herbicīda iedarbība (5).Fipronils ir sistēmisks insekticīds, ko izmanto kaitēkļu apkarošanai pilsētas un lauksaimniecības vidē.Kopš fipronila ienākšanas pasaules tirgū 1993. gadā, fipronila lietošana ASV, Japānā un Apvienotajā Karalistē ir ievērojami palielinājusies (5).Amerikas Savienotajās Valstīs fipronilu izmanto, lai kontrolētu skudras un termītus, un to izmanto kultūrās, tostarp kukurūzā (tostarp sēklu apstrādē), kartupeļos un augļu dārzos (11, 12).Fipronila izmantošana lauksaimniecībā Amerikas Savienotajās Valstīs sasniedza maksimumu 2002. gadā (13).Lai gan nav pieejami dati par izmantošanu pilsētās, Kalifornijas pilsētās izmantošanas maksimums bija 2006. un 2015. gadā (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, pieejams 2019. gada 2. decembrī).Lai gan dažos lauksaimniecības apgabalos ar augstu izlietojuma daudzumu (14) ir konstatēta augsta fipronila koncentrācija (6,41 μg/L), salīdzinājumā ar lauksaimniecībā izmantojamām plūsmām, pilsētu plūsmām Amerikas Savienotajās Valstīs parasti ir lielāka noteikšana un augstāka augsta koncentrācija, kas pozitīvi ietekmē vētru rašanās ir saistīta ar testu (6, 7, 14-17).
Fipronils nonāk ūdens ekosistēmā ar noteci vai izskalojas no augsnes straumē (7, 14, 18).Fipronilam ir zema gaistamība (Henrija likuma konstante 2,31 × 10-4 Pa m3 mol-1), zema vai mērena šķīdība ūdenī (3,78 mg/l 20 °C temperatūrā) un mērena hidrofobitāte (log Kow ir 3,9 līdz 4,1)). mobilitāte augsnē ir ļoti maza (log Koc ir 2,6 līdz 3,1) (12, 19), un tai ir zema līdz vidēja noturība vidē (20).Finazeprils tiek noārdīts fotolīzes, oksidācijas, no pH atkarīgās hidrolīzes un reducēšanas ceļā, veidojot četrus galvenos noārdīšanās produktus: dessulfoksifenaprilu (ne sulfoksīdu), fenaprenipsulfonu (sulfonu), filofenamīdu (amīdu) un filofeniba sulfīdu (sulfīdu).Fipronila sadalīšanās produkti mēdz būt stabilāki un izturīgāki nekā pamatsavienojums (21, 22).
Fipronila toksicitāte un tā sadalīšanās sugās, kas nav mērķa sugas (piemēram, ūdens bezmugurkaulniekiem), ir labi dokumentēta (14, 15).Fipronils ir neirotoksisks savienojums, kas traucē hlorīda jonu pārvietošanos caur hlorīda kanālu, ko regulē gamma-aminosviestskābe kukaiņiem, kā rezultātā tā koncentrācija ir pietiekama, lai izraisītu pārmērīgu uzbudinājumu un nāvi (20).Fipronils ir selektīvi toksisks, tāpēc tam ir lielāka receptoru saistīšanās afinitāte pret kukaiņiem nekā zīdītājiem (23).Fipronila sadalīšanās produktu insekticīdā aktivitāte ir atšķirīga.Sulfona un sulfīda toksicitāte saldūdens bezmugurkaulniekiem ir līdzīga vai augstāka nekā sākotnējā savienojuma toksicitāte.Desulfinils ir vidēji toksisks, taču tas ir mazāk toksisks nekā pamatsavienojums.Salīdzinoši netoksisks (23, 24).Ūdens bezmugurkaulnieku uzņēmība pret fipronilu un fipronila noārdīšanos ļoti atšķiras taksonos un starp tiem (15), un dažos gadījumos pat pārsniedz lielumu (25).Visbeidzot, ir pierādījumi, ka fenilpirazoli ir toksiskāki ekosistēmai, nekā tika uzskatīts iepriekš (3).
Ūdens bioloģiskie kritēriji, kuru pamatā ir laboratorijas toksicitātes testēšana, var nenovērtēt lauka populāciju risku (26–28).Ūdens standartus parasti nosaka, veicot vienas sugas laboratorijas toksicitātes testus, izmantojot vienu vai vairākas ūdens bezmugurkaulnieku sugas (piemēram, Diptera: Chironomidae: Chironomus un Crustacea: Daphnia magna un Hyalella azteca).Šos testa organismus parasti ir vieglāk kultivēt nekā citus bentosa makrobezmugurkaulniekus (piemēram, phe ģints::), un dažos gadījumos tie ir mazāk jutīgi pret piesārņotājiem.Piemēram, D. Magna ir mazāk jutīga pret daudziem metāliem nekā daži kukaiņi, savukārt A. zteca ir mazāk jutīga pret piretroīdu insekticīdu bifentrīnu nekā tā jutība pret tārpiem (29, 30).Vēl viens esošo etalonu ierobežojums ir aprēķinos izmantotie galapunkti.Akūtie kritēriji ir balstīti uz mirstību (vai noteikti vēžveidīgajiem), savukārt hroniskie kritēriji parasti ir balstīti uz subletāliem galapunktiem (piemēram, augšana un vairošanās) (ja tādi ir).Tomēr ir plaši izplatītas subletālas sekas, piemēram, augšana, parādīšanās, paralīze un attīstības kavēšanās, kas var ietekmēt taksonu panākumus un kopienas dinamiku.Rezultātā, lai gan etalons sniedz pamatu ietekmes bioloģiskajai nozīmei, ekoloģiskā nozīme kā toksicitātes slieksnim nav skaidra.
Lai labāk izprastu fipronila savienojumu ietekmi uz bentosa ūdens ekosistēmām (bezmugurkaulniekiem un aļģēm), dabiskās bentosa kopienas tika ievestas laboratorijā un pakļautas koncentrācijas gradientiem 30 dienu plūsmas fipronila laikā vai vienā no četriem fipronila degradācijas eksperimentiem.Pētījuma mērķis ir izveidot sugai raksturīgu 50% iedarbības koncentrāciju (EC50 vērtību) katram fipronila savienojumam, kas pārstāv plašus upes kopienas taksonus, un noteikt piesārņojošo vielu ietekmi uz kopas struktūru un funkciju [ti, bīstamības koncentrāciju]. % no ietekmētajām sugām (HC5) un netiešā ietekme, piemēram, izmainīta parādīšanās un trofiskā dinamika].Pēc tam slieksnis (savienojumam specifiskā HC5 vērtība), kas iegūts no mezoskopiskā eksperimenta, tika piemērots laukam, ko ASV Ģeoloģijas dienests (USGS) savāca no pieciem ASV reģioniem (ziemeļaustrumu, dienvidaustrumu, vidusrietumu, ziemeļrietumu Klusā okeāna un Kalifornijas centrālajā daļā). Piekrastes zonas dati) kā daļa no USGS reģionālā straumes kvalitātes novērtējuma (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Cik zināms, šis ir pirmais ekoloģiskā riska novērtējums.Tā vispusīgi pēta fipronila savienojumu ietekmi uz bentosa organismiem kontrolētā mezovidē un pēc tam izmanto šos rezultātus kontinentāla mēroga lauka novērtējumos.
30 dienu mezokosmiskais eksperiments tika veikts USGS Aquatic Laboratory (AXL) Fortkolinsā, Kolorādo, ASV no 2017. gada 18. oktobra līdz 17. novembrim, lai 1 dienu pieradinātu un 30 dienas eksperimentētu.Metode ir aprakstīta iepriekš (29, 31) un detalizēta papildu materiālā.Mezo telpas iestatījums satur 36 cirkulācijas plūsmas četrās aktīvajās plūsmās (cirkulējošās ūdens tvertnes).Katra dzīvā straume ir aprīkota ar dzesētāju, lai uzturētu ūdens temperatūru, un tiek apgaismota ar gaismas-tumsas ciklu 16:8.Mezolīmeņa plūsma ir nerūsējošais tērauds, kas ir piemērots fipronila hidrofobitātei (log Kow = 4,0) un piemērots organiskiem tīrīšanas šķīdinātājiem (S1 attēls).Mezo mēroga eksperimentam izmantotais ūdens tika savākts no Cache La Poudre upes (augšup avoti, tostarp Rocky Mountain National Park, National Forest un Continental Divide) un tika uzglabāts četrās AXL polietilēna uzglabāšanas tvertnēs.Iepriekšējos nogulumu un ūdens paraugu novērtējumos, kas savākti no vietas, pesticīdi netika atrasti (29).
Mezo mēroga eksperimenta dizains sastāv no 30 apstrādes plūsmām un 6 kontroles plūsmām.Apstrādes straume saņem attīrītu ūdeni, no kuriem katrs satur neatkārtotas konstantas fipronila savienojumu koncentrācijas: fipronils (fipronils (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amīds (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), desulfurizācijas grupa. [ASV Vides aizsardzības aģentūras (EPA) Pesticīdu bibliotēka, CAS 205650-65-3], sulfons (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) un sulfīds (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); visa tīrība ≥ 97,8%. Saskaņā ar publicētajām atbildes vērtībām (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33). Izšķīdinot fipronila savienojumu metanolā (Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society sertifikācijas līmenis) un atšķaidot ar dejonizētu ūdeni līdz vajadzīgajam tilpumam, lai sagatavotu koncentrētu izejas šķīdumu. Tā kā metanola daudzums devā ir atšķirīgs, ir nepieciešams pievienot metanolu visām apstrādes plūsmām pēc vajadzības. Trīs kontrolēs, lai nodrošinātu vienādu metanola koncentrāciju ( 0,05 ml/L) straumēs. Pārējo trīs kontrolstraumju vidusskats saņēma upes ūdeni bez metanola, pretējā gadījumā tās tika uzskatītas par visām pārējām straumēm.
8., 16. un 26. dienā plūsmas membrānā tika mērīta temperatūra, pH vērtība, elektrovadītspēja un fipronila un fipronila noārdīšanās.Lai izsekotu pamatsavienojuma fipronila noārdīšanos barotnes testa laikā, fipronils (vecāki) tika izmantots šķidrās zarnu gļotādas ārstēšanai vēl trīs dienas [5., 12. un 21. diena (n = 6)] temperatūrai, pH, Vadītspējas, fipronila un fipronila noārdīšanās paraugu ņemšana.Pesticīdu analīzes paraugi tika savākti, filtrējot 10 ml plūstoša ūdens 20 ml dzintara stikla flakonā caur Whatman 0, 7 μm GF / F šļirces filtru, kas aprīkots ar liela diametra adatu.Paraugi tika nekavējoties sasaldēti un nosūtīti uz USGS Nacionālo ūdens kvalitātes laboratoriju (NWQL) Leikvudā, Kolorādo, ASV, lai veiktu analīzi.Izmantojot iepriekš publicētās metodes uzlabotu metodi, Fipronils un 4 noārdīšanās produkti ūdens paraugos tika noteikti ar tiešās ūdens injekcijas (DAI) šķidruma hromatogrāfijas-tandēma masas spektrometriju (LC-MS / MS; Agilent 6495).Tiek lēsts, ka instrumenta noteikšanas līmenis (IDL) ir minimālais kalibrēšanas standarts, kas atbilst kvalitatīvajam identifikācijas standartam;fipronila IDL ir 0,005 μg/l, bet pārējo četru fipronila IDL ir 0,001 μg/l.Papildu materiālā ir sniegts pilns fipronila savienojumu mērīšanai izmantoto metožu apraksts, tostarp kvalitātes kontroles un nodrošināšanas procedūras (piemēram, paraugu atgūšana, smailes, trešo pušu pārbaudes un tukšie paraugi).
30 dienu mezokosmiskā eksperimenta beigās tika pabeigta pieaugušo un kāpuru bezmugurkaulnieku uzskaite un identificēšana (galvenais datu vākšanas galapunkts).Jaunie pieaugušie tiek savākti no tīkla katru dienu un sasaldēti tīrā 15 ml Falcon centrifūgas mēģenē.Eksperimenta beigās (30. diena) membrānas saturs katrā plūsmā tika notīrīts, lai noņemtu visus bezmugurkaulniekus, un izsijāts (250 μm) un uzglabāts 80% etanolā.Uzņēmums Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) ir pabeidzis kāpuru un pieaugušo bezmugurkaulnieku taksonomisko identifikāciju līdz zemākajam iespējamajam taksonomiskajam līmenim, parasti sugām.9., 19. un 29. dienā hlorofils a tika mērīts trīs eksemplāros katras plūsmas mezoskopiskajā membrānā.Visi ķīmiskie un bioloģiskie dati, kas ir daļa no mezoskopiskā eksperimenta, ir sniegti pievienotajā datu izlaidumā (35).
Ekoloģiskās aptaujas tika veiktas nelielās (bridīšanas) straumēs piecos galvenajos ASV apgabalos, un pesticīdi tika uzraudzīti iepriekšējā indeksa periodā.Īsāk sakot, pamatojoties uz lauksaimniecības un pilsētu zemes izmantošanu (36-40), katrā reģionā tika atlasītas 77 līdz 100 vietas (kopā 444 vietas).Viena gada pavasarī un vasarā (2013-2017) ūdens paraugus ņem reizi nedēļā katrā reģionā 4 līdz 12 nedēļas.Konkrētais laiks ir atkarīgs no reģiona un attīstības intensitātes.Tomēr 11 stacijas ziemeļaustrumu reģionā atrodas gandrīz ūdensšķirtnē.Nav attīstības, izņemot to, ka tika savākts tikai viens paraugs.Tā kā pesticīdu monitoringa periodi reģionālajos pētījumos ir atšķirīgi, salīdzinājumam šeit tiek ņemti vērā tikai pēdējie četri katrā vietā savāktie paraugi.Tiek pieņemts, ka viens paraugs, kas savākts neattīstītajā ziemeļaustrumu vietā (n = 11), var atspoguļot 4 nedēļu paraugu ņemšanas periodu.Šī metode nodrošina tādu pašu novērojumu skaitu attiecībā uz pesticīdiem (izņemot 11 vietas ziemeļaustrumos) un vienādu novērojumu ilgumu;tiek uzskatīts, ka 4 nedēļas ir pietiekami ilgs laiks ilgstošai iedarbībai uz biotu, bet pietiekami īss, lai ekoloģiskā kopiena neatgūtos no šiem kontaktiem.
Pietiekamas plūsmas gadījumā ūdens paraugu ņem ar nemainīgu ātrumu un nemainīgu platuma soli (41).Ja ar plūsmu nepietiek, lai izmantotu šo metodi, varat savākt paraugus, dziļi integrējot paraugus vai satverot no plūsmas smaguma centra.Izmantojiet liela izmēra šļirci un diska filtru (0,7 μm), lai savāktu 10 ml filtrētā parauga (42).Izmantojot DAI LC-MS/MS/MS/MS, ūdens paraugi tika analizēti NWQL, lai noteiktu 225 pesticīdus un pesticīdu noārdīšanās produktus, tostarp fipronilu un 7 noārdīšanās produktus (dessulfinilfipronils, fipronils). Sulfīdi, fipronilsulfons, deshlorfipronils, destiolfipronils, fipronils un fipronils).).Tipiski minimālie ziņošanas līmeņi lauka pētījumos ir: fipronils, desmetiltiofluorbenzonitrils, fipronila sulfīds, fipronilsulfons un deshlorofipronils 0,004 μg/L;dessulfinilfluorfenamīds un Fipronilamīda koncentrācija ir 0,009 μg/litrā;fipronila sulfonāta koncentrācija ir 0,096 μg/litrā.
Paraugus no bezmugurkaulnieku kopienām ņem katra apgabala pētījuma beigās (pavasarī/vasarā), parasti vienlaikus ar pēdējo pesticīdu paraugu ņemšanas notikumu.Pēc augšanas sezonas un intensīvas pesticīdu lietošanas paraugu ņemšanas laikam jāatbilst zemas plūsmas apstākļiem, un tam jāsakrīt ar laiku, kad upes bezmugurkaulnieku kopiena nobriest un galvenokārt atrodas kāpuru dzīves posmā.Izmantojot Surber paraugu ņemšanas ierīci ar 500 μm sietu vai D veida rāmja tīklu, bezmugurkaulnieku kopienas paraugu ņemšana tika pabeigta 437 no 444 vietām.Paraugu ņemšanas metode ir sīki aprakstīta papildmateriālā.NWQL visi bezmugurkaulnieki parasti tiek identificēti un uzskaitīti ģints vai sugas līmenī.Visi ķīmiskie un bioloģiskie dati, kas savākti šajā jomā un izmantoti šajā manuskriptā, ir atrodami pievienotajā datu izlaidumā (35).
Pieciem mezoskopiskajā eksperimentā izmantotajiem fipronila savienojumiem tika aprēķināta par 20% vai 50% samazināta kāpuru bezmugurkaulnieku koncentrācija attiecībā pret kontroli (ti, EC20 un EC50).Dati [x = laika svērtā fipronila koncentrācija (sīkāku informāciju skatiet papildu materiālā), y = kāpuru daudzums vai citi rādītāji] tika aprīkoti ar R (43) paplašināto paketi, izmantojot trīs parametru logaritmiskās regresijas metodi "drc".Līkne atbilst visām sugām (kāpuriem) ar pietiekamu pārpilnību un atbilst citiem interesējošiem rādītājiem (piemēram, taksonu bagātībai, kopējam maijvaboļu skaitam un kopējam skaitam), lai labāk izprastu kopienas efektu.Neša-Saklifa koeficients (45) tiek izmantots, lai novērtētu modeļa piemērotību, kur slikta modeļa atbilstība var saņemt bezgalīgas negatīvas vērtības, un ideālas atbilstības vērtība ir 1.
Lai izpētītu fipronila savienojumu ietekmi uz kukaiņu parādīšanos eksperimentā, dati tika novērtēti divos veidos.Pirmkārt, atņemot kontroles plūsmas mezo vidējo izskatu no katras apstrādes plūsmas mezo izskata, katra plūsmas mezo kukaiņu kumulatīvā ikdienas sastopamība (kopējais visu indivīdu skaits) tika normalizēta kontrolei.Atzīmējiet šīs vērtības pret laiku, lai saprastu apstrādes šķidruma mediatora novirzi no kontroles šķidruma mediatora 30 dienu eksperimentā.Otrkārt, aprēķiniet katra plūsmas mezofila kopējo sastopamības procentuālo daļu, kas tiek definēta kā kopējā mezofilu skaita attiecība noteiktā plūsmā pret vidējo kāpuru un pieaugušo skaitu kontroles grupā, un ir piemērota trīs parametru logaritmiskai regresijai. .Visi savāktie dīgtspējas kukaiņi bija no divām Chironomidae dzimtas apakšģimenēm, tāpēc tika veikta kombinēta analīze.
Izmaiņas kopienas struktūrā, piemēram, taksonu zudums, galu galā var būt atkarīgas no toksisko vielu tiešās un netiešās ietekmes un var izraisīt izmaiņas kopienas funkcijās (piemēram, trofiskā kaskāde).Lai pārbaudītu trofisko kaskādi, tika novērtēts vienkāršs cēloņsakarības tīkls, izmantojot ceļa analīzes metodi (R pakete “piecewiseSEM”) (46).Mezoskopiskajos eksperimentos tiek pieņemts, ka fipronils, desulfinils, sulfīds un sulfons (nav pārbaudīts amīds) ūdenī, lai samazinātu skrāpja biomasu, netieši palielina hlorofila a biomasu (47).Savienojuma koncentrācija ir prognozējošais mainīgais, un skrāpis un hlorofila biomasa ir atbildes mainīgie.Fišera C statistiku izmanto, lai novērtētu modeļa piemērotību, lai P vērtība <0,05 norāda uz labu modeļa atbilstību (46).
Lai izstrādātu uz risku balstītu ekokopienu sliekšņa aizsardzības līdzekli, katrs savienojums ir ieguvis 95% no skarto sugu (HC5) hronisko sugu jutīguma sadalījuma (SSD) un bīstamības koncentrācijas aizsardzību.Tika ģenerētas trīs SSD datu kopas: (i) tikai mezodatu kopa, (ii) datu kopa, kas satur visus mezodatus un datus, kas savākti no EPA ECOTOX datu bāzes vaicājuma (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, kurai piekļūts 2019. gada 14. martā), pētījuma ilgums ir 4 dienas vai ilgāks, un (iii) datu kopa, kurā ir visi mezoskopiskie dati un ECOTOX dati, kuros ECOTOX dati (akūta iedarbība) dalīti ar akūtu un Hroniskas D. magna ( 19.39), lai izskaidrotu ekspozīcijas ilguma atšķirību un tuvinātu hronisko EC50 vērtību (12).Mūsu mērķis, ģenerējot vairākus SSD modeļus, ir (i) izstrādāt HC5 vērtības salīdzināšanai ar lauka datiem (tikai multivides SSD) un (ii) novērtēt, ka datu nesēju dati ir plašāk pieņemti nekā regulatīvās aģentūras, lai iekļautu tos akvakultūrā. dzīves etalonu robustums un datu resursu standarta noteikšana, un līdz ar to mezoskopisko pētījumu izmantošanas praktiskums pielāgošanas procesā.
SSD tika izstrādāts katrai datu kopai, izmantojot R pakotni “ssdtools” (48).Izmantojiet bootstrap (n = 10 000), lai novērtētu HC5 vidējo vērtību un ticamības intervālu (CI) no SSD.Četrdesmit deviņas taksonu atbildes (visi taksoni, kas identificēti kā ģints vai sugas), kas izstrādātas, izmantojot šo pētījumu, ir apvienotas ar 32 taksonu atbildēm, kas apkopotas no sešiem publicētiem pētījumiem ECOTOX datubāzē, kopumā SSD izstrādei var izmantot 81 taksonu atbildi. .Tā kā amīdu ECOTOX datubāzē netika atrasti dati, amīdiem netika izstrādāts SSD, un no pašreizējā pētījuma tika iegūta tikai viena EC50 atbilde.Lai gan ECOTOX datu bāzē tika atrasta tikai vienas sulfīdu grupas EC50 vērtība, pašreizējam absolventam ir 12 EC50 vērtības.Tāpēc ir izstrādāti SSD diski sulfinilgrupām.
Fipronila savienojumu specifiskās HC5 vērtības, kas iegūtas tikai no Mesocosmos SSD datu kopas, tika apvienotas ar lauka datiem, lai novērtētu fipronila savienojumu iedarbību un iespējamo toksicitāti 444 plūsmās no pieciem Amerikas Savienoto Valstu reģioniem.Pēdējo 4 nedēļu paraugu ņemšanas logā katra konstatētā fipronila savienojumu koncentrācija (neatklātās koncentrācijas ir nulle) tiek dalīta ar attiecīgo HC5, un katra parauga savienojuma attiecība tiek summēta, lai iegūtu fipronila kopējās toksicitātes vienību (ΣTUFipronils), kur ΣTUFipronils> 1 nozīmē toksicitāti.
Salīdzinot bīstamības koncentrāciju 50% skarto sugu (HC50) ar taksonu bagātības EC50 vērtību, kas iegūta no vidējas membrānas eksperimenta, tika novērtēts SSD, kas iegūts no vidējas membrānas datiem, lai atspoguļotu plašākas ekoloģiskās kopienas jutīgumu pret fipronilu. grāds..Izmantojot šo salīdzinājumu, var novērtēt konsekvenci starp SSD metodi (ieskaitot tikai tos taksonus ar devas-atbildes attiecību) un EC50 metodi (ieskaitot visus unikālos taksonus, kas novēroti vidējā telpā), izmantojot EC50 metodi taksonu bagātības mērīšanai.Devas reakcijas attiecība.
Tika aprēķināts pesticīdu riska sugu (SPEARpesticides) indikators, lai izpētītu saistību starp bezmugurkaulnieku kopienu veselības stāvokli un ΣTUFipronilu 437 bezmugurkaulnieku savācēju plūsmās.SPEARpesticīdu metrika pārvērš bezmugurkaulnieku sastāvu par bioloģiskās taksonomijas pārpilnības metriku ar fizioloģiskām un ekoloģiskām īpašībām, tādējādi radot jutīgumu pret pesticīdiem.SPEARpesticīdu indikators nav jutīgs pret dabiskajiem kovariātiem (49, 50), lai gan tā darbību ietekmēs nopietna biotopu degradācija (51).Uz vietas savāktie dati par katru taksonu tiek saskaņoti ar taksona galveno vērtību, kas saistīta ar ASTERICS programmatūru, lai novērtētu upes ekoloģisko kvalitāti (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home . html).Pēc tam importējiet datus Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) programmatūrā (versija 18.05).Šajā programmatūrā tiek izmantota Eiropas iezīmju datubāze un datubāze ar fizioloģisku jutīgumu pret pesticīdiem, lai katras vietas datus pārvērstu SPEARpesticīdu indikatorā.Katrā no pieciem reģionālajiem pētījumiem tika izmantots vispārīgais piedevu modelis (GAM) ["mgcv" pakotne R(52)), lai izpētītu saistību starp SPEARpesticides metriku un ΣTUFipronils [log10(X + 1) konversija] Associated.Lai iegūtu sīkāku informāciju par SPEARpesticīdu metriku un datu analīzi, lūdzu, skatiet papildu materiālus.
Ūdens kvalitātes indekss ir konsekvents katrā plūsmas mezoskopiskajā un visā mezoskopiskā eksperimenta periodā.Vidējā temperatūra, pH un vadītspēja bija attiecīgi 13,1°C (±0,27°C), 7,8 (±0,12) un 54,1 (±2,1) μS/cm (35).Izmērītais izšķīdinātais organiskais ogleklis tīrā upes ūdenī ir 3,1 mg/l.Upes mezoskatā, kurā ir izvietots MiniDOT ierakstītājs, izšķīdušais skābeklis ir tuvu piesātinājumam (vidēji> 8,0 mg/L), kas norāda, ka straume ir pilnībā cirkulēta.
Dati par fipronila kvalitātes kontroli un kvalitātes nodrošināšanu ir sniegti pievienotajā datu izlaidumā (35).Īsāk sakot, laboratorijas matricas smaiļu un mezoskopisko paraugu reģenerācijas rādītāji parasti ir pieņemamās robežās (atgūstamība no 70% līdz 130%), IDL standarti apstiprina kvantitatīvo metodi, un laboratorijas un instrumentu tukšie paraugi parasti ir tīri. Ir ļoti maz izņēmumu, izņemot šie vispārinājumi apspriesti papildmateriālā..
Sistēmas konstrukcijas dēļ izmērītā fipronila koncentrācija parasti ir zemāka par mērķa vērtību (S2. attēls) (jo ideālos apstākļos līdzsvara stāvokļa sasniegšanai nepieciešamas 4–10 dienas) (30).Salīdzinot ar citiem fipronila savienojumiem, desulfinila un amīda koncentrācija laika gaitā nedaudz mainās, un koncentrācijas mainīgums apstrādes laikā ir mazāks nekā atšķirība starp apstrādi, izņemot apstrādi ar zemu sulfona un sulfīda koncentrāciju.Laika svērtais vidējais izmērītās koncentrācijas diapazons katrai ārstēšanas grupai ir šāds: fipronils, IDL līdz 9,07 μg/L;Desulfinils, IDL līdz 2,15 μg/L;Amīds, IDL līdz 4,17 μg/L;Sulfīds, IDL Līdz 0,57 μg/litrā;un sulfons, IDL ir 1,13 μg/litrā (35).Dažās plūsmās tika atklāti nemērķa fipronila savienojumi, tas ir, savienojumi, kas netika pievienoti īpašai apstrādei, bet bija zināmi kā apstrādes savienojuma noārdīšanās produkti.Mezoskopiskajās membrānās, kas apstrādātas ar pamatsavienojumu fipronilu, ir vislielākais atklāto blakusproduktu noārdīšanās produktu skaits (ja tos neizmanto kā apstrādes savienojumu, tie ir sulfinils, amīds, sulfīds un sulfons);tas var būt saistīts ar ražošanas procesu Saliktu piemaisījumu un/vai noārdīšanās procesi, kas rodas izejas šķīduma uzglabāšanas laikā un (vai) mezoskopiskā eksperimenta laikā, nevis savstarpējas inficēšanās rezultāts.Ārstējot ar fipronilu, noārdīšanās koncentrācijas tendence netika novērota.Nemērķa noārdīšanās savienojumi organismā visbiežāk tiek konstatēti ar visaugstāko apstrādes koncentrāciju, taču koncentrācija ir mazāka par šo blakussavienojumu koncentrāciju (koncentrāciju skatiet nākamajā sadaļā).Tāpēc, tā kā zemākajā apstrādē ar fipronilu parasti netiek atklāti blakussavienojumi, kas nav saistīti ar noārdīšanos, un tā kā konstatētā koncentrācija ir zemāka par iedarbības koncentrāciju augstākajā apstrādē, tiek secināts, ka šiem blakussavienojumiem ir minimāla ietekme uz analīzi.
Eksperimentos ar barotni bentosa makrobezmugurkaulnieki bija jutīgi pret fipronilu, desulfinilu, sulfonu un sulfīdu [S1 tabula;sākotnējie daudzuma dati ir sniegti pievienotajā datu versijā (35)].Fipronila amīds ir paredzēts tikai mušai Rhithrogena sp.Toksisks (nāvējošs), tā EC50 ir 2,05 μg/L [±10,8(SE)].Tika izveidotas 15 unikālu taksonu devas-atbildes līknes.Šie taksoni uzrādīja mirstību pārbaudītajā koncentrācijas diapazonā (S1 tabula), kā arī mērķtiecīgus klasterus taksonus (piemēram, mušas) (S3 attēls) un bagātīgus taksonus (1. attēls). Tika izveidota devas reakcijas līkne.Fipronila, desulfinila, sulfona un sulfīda koncentrācija (EC50) uz visjutīgāko taksonu unikālajiem taksoniem ir attiecīgi no 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 un 0,005-0,043 μg/L.Rhithrogena sp.Un Sweltsa sp.;S4 attēls) ir zemāki par labāk panesamajiem taksoniem (piemēram, Micropsectra / Tanytarsus un Lepidostoma sp.) (S1 tabula).Saskaņā ar katra savienojuma vidējo EC50 S1 tabulā sulfoni un sulfīdi ir visefektīvākie savienojumi, savukārt bezmugurkaulnieki parasti ir vismazāk jutīgi pret desulfinilu (izņemot amīdus).Vispārējā ekoloģiskā stāvokļa metrika, piemēram, taksonu bagātība, kopējais daudzums, kopējais pentaploīds un kopējais akmeņu mušu skaits, ieskaitot taksonus un dažu taksonu pārpilnību, tie ir ļoti reti sastopami mezo, un tos nevar aprēķināt. Uzzīmējiet atsevišķu devas reakcijas līkni.Tāpēc šie ekoloģiskie rādītāji ietver taksonu reakcijas, kas nav iekļautas SSD.
Taksa bagātība (larva) ar trīs līmeņu loģistikas funkciju (A) fipronila, (B) desulfinila, (C) sulfona un (D) sulfīda koncentrācijas.Katrs datu punkts attēlo kāpurus no vienas plūsmas 30 dienu mezo eksperimenta beigās.Taksonu bagātība ir unikālo taksonu skaits katrā plūsmā.Koncentrācijas vērtība ir katras plūsmas novērotās koncentrācijas vidējā laika svērtā vērtība, kas izmērīta 30 dienu eksperimenta beigās.Fipronila amīdam (nav parādīts) nav nekādas saistības ar bagātiem taksoniem.Lūdzu, ņemiet vērā, ka x ass ir logaritmiskā skalā.EC20 un EC50 ar SE ir norādīti S1 tabulā.
Visu piecu fipronila savienojumu augstākajā koncentrācijā Uetridae rašanās ātrums samazinājās.Tika novērots, ka sulfīda, sulfona, fipronila, amīda un desulfinila dīgtspējas procentuālais daudzums (EC50) samazinās par 50% koncentrācijās attiecīgi 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 un 0,97 μg/L (2. attēls un S5. attēls).Lielākajā daļā 30 dienu eksperimentu visas fipronila, desulfinila, sulfona un sulfīda apstrādes tika aizkavētas, izņemot dažas zemas koncentrācijas procedūras (2. attēls), un to izskats tika kavēts.Apstrādē ar amīdiem visa eksperimenta laikā uzkrātais notekūdeņu daudzums bija lielāks nekā kontrolei ar koncentrāciju 0,286 μg/litrā.Vislielākā koncentrācija (4,164 μg/litrā) visa eksperimenta laikā inhibēja notekūdeņus, un starpattīrīšanas izplūdes ātrums bija līdzīgs kontroles grupai.(2. attēls).
Kumulatīvā parādīšanās ir katras apstrādes vidējā dienas vidējā parādīšanās, mīnus (A) fipronils, (B) desulfinils, (C) sulfons, (D) sulfīds un (E) amīds kontroles plūsmā. Vidējais membrānas dienas vidējais parādīšanās daudzums.Izņemot kontroli (n = 6), n = 1. Koncentrācijas vērtība ir novērotās koncentrācijas vidējā laika svērtā vērtība katrā plūsmā.
Devas un reakcijas līkne parāda, ka papildus taksonomiskiem zaudējumiem notiek arī strukturālas izmaiņas kopienas līmenī.Konkrēti, testa koncentrācijas diapazonā maiju (S3. attēls) un taksonu pārpilnība (1. attēls) uzrādīja ievērojamas devas un atbildes attiecības ar fipronilu, desulfinilu, sulfonu un sulfīdu.Tāpēc mēs izpētījām, kā šīs strukturālās izmaiņas izraisa izmaiņas kopienas funkcijās, pārbaudot uztura kaskādi.Ūdens bezmugurkaulnieku iedarbībai uz fipronilu, desulfinilu, sulfīdu un sulfonu ir tieša negatīva ietekme uz skrāpja biomasu (3. attēls).Lai kontrolētu fipronila negatīvo ietekmi uz skrāpja biomasu, skrāpis negatīvi ietekmēja arī hlorofila a biomasu (3. attēls).Šo negatīvo ceļa koeficientu rezultāts ir hlorofila a neto pieaugums, palielinoties fipronila un degradantu koncentrācijai.Šie pilnībā mediētie ceļu modeļi norāda, ka pastiprināta fipronila vai fipronila noārdīšanās palielina hlorofila a īpatsvaru (3. attēls).Iepriekš tiek pieņemts, ka tiešā ietekme starp fipronila vai noārdīšanās koncentrāciju un hlorofila biomasu ir nulle, jo fipronila savienojumi ir pesticīdi un tiem ir zema tiešā toksicitāte aļģēm (piemēram, EPA akūtā nevaskulāra augu bāzes koncentrācija ir 100 μg / L fipronils, disulfoksīda grupa, sulfons un sulfīds; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), visi rezultāti (derīgi modeļi) to apstiprina hipotēze.
Fipronils var ievērojami samazināt ganību biomasu (tiešo efektu) (skrāpju grupa ir kāpuri), bet tam nav tiešas ietekmes uz hlorofila a biomasu.Tomēr fipronila spēcīgā netiešā ietekme ir hlorofila a biomasas palielināšanās, reaģējot uz mazāku ganību apjomu.Bultiņa norāda standartizēto ceļa koeficientu, un mīnusa zīme (-) norāda asociācijas virzienu.* Norāda svarīguma pakāpi.
Trīs SSD (tikai vidējais slānis, vidējais slānis plus ECOTOX dati un vidējais slānis plus ECOTOX dati, kas koriģēti atkarībā no ekspozīcijas ilguma atšķirībām) radīja nomināli atšķirīgas HC5 vērtības (S3 tabula), bet rezultāti bija SE diapazonā.Pārējā šī pētījuma daļā mēs koncentrēsimies uz datu SSD ar tikai mezo Visumu un saistīto HC5 vērtību.Lai iegūtu pilnīgāku šo trīs SSD novērtējumu aprakstu, lūdzu, skatiet papildu materiālus (S2 līdz S5 tabulas un S6 un S7 attēli).Vispiemērotākais datu sadalījums (zemākais Akaike informācijas standarta rādītājs) no četriem fipronila savienojumiem (4. attēls), kas izmantoti tikai mezocietā SSD kartē, ir fipronila un sulfona log-gumbel un sulfīda un desulfurizētā γ (veibulls). S3 tabula).Katram savienojumam iegūtās HC5 vērtības ir norādītas 4. attēlā tikai mezo Visumam, un S3 tabulā ir norādītas HC5 vērtības no visām trim SSD datu kopām.Fipronila, sulfīda, sulfona un desulfinilgrupu HC50 vērtības [22,1±8,78 ng/L (95% TI, 11,4 līdz 46,2), 16,9±3,38 ng/L (95% TI, 11,2 ± 24,0), 880 2,66 ng/L (95% TI, 5,44 līdz 15,8) un 83,4±32,9 ng/L (95% TI, 36,4 līdz 163)] Šie savienojumi ir ievērojami zemāki par EC50 taksonu bagātību (kopējais unikālo taksonu skaits) (S1 tabula) ; piezīmes papildu materiālu tabulā ir mikrogrami litrā).
Mezo mēroga eksperimentā, 30 dienas pakļaujot (A) fipronilam, (B) dessulfinilfipronilam, (C) fipronilsulfonam, (D) fipronila sulfīdam, sugas jutība ir aprakstīta Tā ir taksona EC50 vērtība.Zilā pārtrauktā līnija apzīmē 95% TI.Horizontālā punktētā līnija apzīmē HC5.Katra savienojuma HC5 vērtība (ng/L) ir šāda: fipronils, 4,56 ng/L (95% TI, 2,59 līdz 10,2);sulfīds, 3,52 ng/l (1,36 līdz 9,20);Sulfons, 2,86 ng/l (1,93 līdz 5,29);un sulfinils, 3,55 ng/litrā (0,35 līdz 28,4).Lūdzu, ņemiet vērā, ka x ass ir logaritmiskā skalā.
Piecos reģionālajos pētījumos fipronils (vecāki) tika konstatēts 22% no 444 lauka paraugu ņemšanas vietām (1. tabula).Florfeniba, sulfona un amīda noteikšanas biežums ir līdzīgs (18% līdz 22% no parauga), sulfīda un desulfinila noteikšanas biežums ir mazāks (11% līdz 13%), bet pārējie noārdīšanās produkti ir ļoti augsti.Dažas (1% vai mazāk) vai nekad nav konstatētas (1. tabula)..Fipronils visbiežāk tiek konstatēts dienvidaustrumos (52% vietu) un retāk ziemeļrietumos (9% vietu), kas norāda uz benzopirazola lietošanas mainīgumu un iespējamo straumes neaizsargātību visā valstī.Degradantiem parasti ir līdzīgi reģionālie modeļi ar augstāko noteikšanas biežumu dienvidaustrumos un viszemāko Kalifornijas ziemeļrietumos vai piekrastē.Izmērītā fipronila koncentrācija bija visaugstākā, kam sekoja pamatsavienojums fipronils (attiecīgi 90% procenti no 10,8 un 6,3 ng/L) (1. tabula) (35).Lielākā fipronila (61,4 ng/L), disulfinila (10,6 ng/L) un sulfīda (8,0 ng/L) koncentrācija noteikta dienvidaustrumos (pēdējās četrās parauga nedēļās).Lielākā sulfona koncentrācija tika noteikta rietumos.(15,7 ng/l), amīds (42,7 ng/l), desulfinilflupiramīds (14 ng/l) un fipronila sulfonāts (8,1 ng/l) (35).Florfenīda sulfons bija vienīgais savienojums, kas pārsniedza HC5 (1. tabula).Vidējais ΣTUFipronils dažādos reģionos ir ļoti atšķirīgs (1. tabula).Valsts vidējais ΣTUFipronils ir 0,62 (visās vietās, visos reģionos), un 71 vietā (16%) ir ΣTUFipronils> 1, kas norāda, ka tas var būt toksisks bentosa makrobezmugurkaulniekiem.Četros no pieciem pētītajiem reģioniem (izņemot Midwest) pastāv būtiska saistība starp SPEARpesticides un ΣTUFipronil, ar koriģēto R2 diapazonu no 0,07 gar Kalifornijas krastu līdz 0,34 dienvidaustrumos (5. attēls).
*Mezoskopiskajos eksperimentos izmantotie savienojumi.†ΣTUFipronili, toksīnu vienību summas mediāna [novērotā četru fipronila savienojumu lauka koncentrācija/katra savienojuma bīstamības koncentrācija no SSD inficēto sugu piektās procentiles (4. attēls)] Iknedēļas fipronila paraugiem pēdējie 4 tika aprēķināti katrā vietā savāktie pesticīdu paraugi nedēļām.‡Pesticīdu mērīšanas vietu skaits.§90. procentile ir balstīta uz maksimālo koncentrāciju, kas novērota uz vietas pēdējo 4 pesticīdu paraugu ņemšanas nedēļu laikā.ar pārbaudīto paraugu procentuālo daudzumu.¶ Lai aprēķinātu CI, izmantojiet 95% CI no HC5 vērtības (4. attēls un S3 tabula, tikai mezo).Dehlorflupinibs ir analizēts visos reģionos un nekad nav atrasts.ND, nav atklāts.
Fipronila toksiskā vienība ir izmērītā fipronila koncentrācija, kas dalīta ar savienojumam raksturīgo HC5 vērtību, ko nosaka ar barotnes eksperimentā iegūto SSD (sk. 4. attēlu).Melna līnija, vispārināts piedevu modelis (GAM).Sarkanajai pārtrauktajai līnijai GAM TI ir 95%.ΣTUFipronils tiek pārveidots par log10 (ΣTUFipronils+1).
Fipronila nelabvēlīgā ietekme uz nemērķa ūdens sugām ir labi dokumentēta (15, 21, 24, 25, 32, 33), taču šis ir pirmais pētījums, kurā tas ir jutīgs kontrolētā laboratorijas vidē.Taksonu kopienas tika pakļautas fipronila savienojumiem, un rezultāti tika ekstrapolēti kontinentālā mērogā.30 dienu mezokosmiskā eksperimenta rezultāti var radīt 15 atsevišķas ūdens kukaiņu grupas (S1 tabula) ar literatūrā neziņotu koncentrāciju, starp kurām toksicitātes datubāzē ūdens kukaiņi ir nepietiekami pārstāvēti (53, 54).Taksoniem raksturīgās devas-atbildes līknes (piemēram, EC50) atspoguļojas kopienas līmeņa izmaiņās (piemēram, taksonu bagātībā un var izraisīt lidojumu pārpilnības samazināšanos) un funkcionālās izmaiņās (piemēram, uztura kaskādes un izskata izmaiņas).Mezoskopiskā Visuma ietekme tika ekstrapolēta uz lauku.Četrās no piecām pētniecības jomām Amerikas Savienotajās Valstīs lauka mērītā fipronila koncentrācija bija saistīta ar ūdens ekosistēmas samazināšanos plūstošajā ūdenī.
Vidējās membrānas eksperimentā 95% sugu HC5 vērtībai ir aizsargājoša iedarbība, norādot, ka kopējās ūdens bezmugurkaulnieku kopienas ir jutīgākas pret fipronila savienojumiem, nekā tika saprasts iepriekš.Iegūtā HC5 vērtība (florfenibs, 4,56 ng/litrā; desulfoksirāns, 3,55 ng/litrā; sulfons, 2,86 ng/litrā; sulfīds, 3,52 ng/litrā) ir vairākas reizes (florfenibs) līdz trīs reizes lielāka par lielumu (desulfinils). ) zem pašreizējā EPA hronisko bezmugurkaulnieku kritērija [fipronils, 11 ng/litrā;desulfinils, 10 310 ng/litrā;sulfons, 37 ng/l;un sulfīds, 110 ng/litrā (8)].Mezoskopiskie eksperimenti identificēja daudzas grupas, kas ir jutīgas pret fipronilu, nevis tām, kas norādītas EPA hronisko bezmugurkaulnieku etalonā (4 grupas, kas ir jutīgākas pret fipronilu, 13 pāri desulfinila, 11 pāri sulfona un 13 pāri), jutība pret sulfīdiem) (4. tabula) S1).Tas liecina, ka ar etaloniem nevar aizsargāt vairākas sugas, kas ir novērojamas arī vidējā pasaulē un kas ir plaši izplatītas arī ūdens ekosistēmās.Atšķirība starp mūsu rezultātiem un pašreizējo etalonu galvenokārt ir saistīta ar fipronila toksicitātes testu datu trūkumu, kas būtu piemērojami dažādiem ūdens kukaiņu taksoniem, jo ​​īpaši, ja iedarbības laiks pārsniedz 4 dienas un fipronils noārdās.30 dienu mezokosmiskā eksperimenta laikā lielākā daļa kukaiņu bezmugurkaulnieku sabiedrībā bija jutīgāki pret fipronilu nekā parastais testa organisms acteku (vēžveidīgais), pat pēc acteku korekcijas Teikes EC50 padara to tādu pašu pēc akūtas transformācijas.(parasti 96 stundas) līdz hroniskas iedarbības laikam (S7. attēls).Tika panākta labāka vienprātība starp eksperimentu ar vidēju membrānu un pētījumu, par kuru ziņots ECOTOX, izmantojot standarta testa organismu Chironomus dilutus (kukainis).Nav pārsteidzoši, ka ūdens kukaiņi ir īpaši jutīgi pret pesticīdiem.Nepielāgojot ekspozīcijas laiku, mezo mēroga eksperiments un visaptverošie ECOTOX datu bāzes dati parādīja, ka tika novērots, ka daudzi taksoni ir jutīgāki pret fipronila savienojumiem nekā atšķaidīts Clostridium (S6. attēls).Tomēr, pielāgojot ekspozīcijas laiku, Dilution Clostridium ir visjutīgākais organisms pret fipronilu (sākotnējo) un sulfīdu, lai gan tas nav jutīgs pret sulfonu (S7. attēls).Šie rezultāti parāda, cik svarīgi ir iekļaut vairāku veidu ūdens organismus (tostarp vairākus kukaiņus), lai radītu faktiskas pesticīdu koncentrācijas, kas var aizsargāt ūdens organismus.
SSD metode var aizsargāt retus vai nejutīgus taksonus, kuru EC50 nevar noteikt, piemēram, Cinygmula sp., Isoperla fulva un Brachycentrus americanus.Taksonu daudzuma EC50 vērtības un var lidot, kas atspoguļo izmaiņas kopienas sastāvā, atbilst fipronila, sulfona un sulfīda SSD HC50 vērtībām.Protokols atbalsta šādu ideju: SSD metode, ko izmanto, lai iegūtu sliekšņus, var aizsargāt visu kopienu, tostarp retus vai nejutīgus taksonus.Ūdens organismu slieksnis, kas noteikts no SSD, pamatojoties tikai uz dažiem taksoniem vai nejutīgiem taksoniem, var būt ļoti nepietiekams ūdens ekosistēmu aizsardzībai.Tas attiecas uz desulfinilu (S6B attēls).Tā kā ECOTOX datubāzē trūkst datu, EPA hronisko bezmugurkaulnieku sākotnējā koncentrācija ir 10 310 ng/L, kas ir par četrām kārtām augstāka nekā HC5 3,55 ng/L.Mezoskopiskos eksperimentos iegūto dažādu taksonu reakciju kopu rezultāti.Toksicitātes datu trūkums ir īpaši problemātisks noārdāmiem savienojumiem (S6. attēls), kas var izskaidrot, kāpēc esošie ūdens bioloģiskie sulfona un sulfīda etaloni ir aptuveni 15 līdz 30 reizes mazāk jutīgi nekā SSD HC5 vērtība, kas balstīta uz Ķīnas Visumu.Vidējās membrānas metodes priekšrocība ir tāda, ka vienā eksperimentā var noteikt vairākas EC50 vērtības, kas ir pietiekami, lai izveidotu pilnīgu SSD (piemēram, desulfinils; 4.B attēls un S6B un S7B attēli), un tam ir būtiska ietekme. par aizsargājamās ekosistēmas dabiskajiem taksoniem Daudzas atbildes.
Mezoskopiskie eksperimenti liecina, ka fipronilam un tā sadalīšanās produktiem var būt acīmredzama subletāla un netieša nelabvēlīga ietekme uz kopienas darbību.Mezoskopiskajā eksperimentā visi pieci fipronila savienojumi ietekmēja kukaiņu parādīšanos.Salīdzinājuma rezultāti starp augstāko un zemāko koncentrāciju (individuālas parādīšanās kavēšana un stimulēšana vai rašanās laika izmaiņas) saskan ar iepriekš ziņotajiem mezo eksperimentu rezultātiem, izmantojot insekticīdu bifentrīnu (29).Pieaugušo cilvēku parādīšanās nodrošina svarīgas ekoloģiskas funkcijas, un to var mainīt piesārņotāji, piemēram, fipronils (55, 56).Vienlaicīga dīgšana ir svarīga ne tikai kukaiņu vairošanās un populācijas noturības nodrošināšanai, bet arī nobriedušu kukaiņu piegādei, ko var izmantot kā barību ūdens un sauszemes dzīvniekiem (56).Stādu rašanās novēršana var negatīvi ietekmēt barības apmaiņu starp ūdens ekosistēmām un piekrastes ekosistēmām, kā arī izplatīt ūdens piesārņotāju ietekmi uz sauszemes ekosistēmām (55, 56).Mezomēroga eksperimentā novērotā skrāpju (aļģes ēdošo kukaiņu) daudzuma samazināšanās izraisīja aļģu patēriņa samazināšanos, kā rezultātā palielinājās hlorofils a (3. attēls).Šī trofiskā kaskāde maina oglekļa un slāpekļa plūsmas šķidrajā barības tīklā, līdzīgi kā pētījumā, kurā tika novērtēta piretroīda bifentrīna ietekme uz bentosa kopienām (29).Tāpēc fenilpirazoli, piemēram, fipronils un tā sadalīšanās produkti, piretroīdi un, iespējams, cita veida insekticīdi, var netieši veicināt aļģu biomasas palielināšanos un oglekļa un slāpekļa traucējumus mazās plūsmās.Cita ietekme var izpausties līdz oglekļa un slāpekļa ciklu iznīcināšanai starp ūdens un sauszemes ekosistēmām.
Vidējās membrānas testā iegūtā informācija ļāva novērtēt fipronila savienojumu koncentrāciju ekoloģisko atbilstību, kas izmērīta liela mēroga lauka pētījumos, kas veikti piecos Amerikas Savienoto Valstu reģionos.444 mazās plūsmās 17% no viena vai vairāku fipronila savienojumu vidējās koncentrācijas (vidēji 4 nedēļu laikā) pārsniedza barotnes testā iegūto HC5 vērtību.Izmantojiet SSD no mezomēroga eksperimenta, lai pārvērstu izmērīto fipronila savienojuma koncentrāciju ar toksicitāti saistītā indeksā, tas ir, toksicitātes vienību (ΣTUFipronils) summā.Vērtība 1 norāda uz toksicitāti vai fipronila savienojuma kumulatīvā iedarbība pārsniedz zināmo aizsardzību Sugas vērtībā par 95%.Būtiskā saistība starp ΣTUFipronilu četros no pieciem reģioniem un SPEARpesticides indikatoru bezmugurkaulnieku kopienas veselībai norāda, ka fipronils var negatīvi ietekmēt bentosa bezmugurkaulnieku kopienas upēs vairākos ASV reģionos.Šie rezultāti apstiprina Volframa et al. hipotēzi.(3) Fenpirazola insekticīdu risks virszemes ūdeņiem Amerikas Savienotajās Valstīs nav pilnībā izprotams, jo ietekme uz ūdens kukaiņiem ir zemāka par pašreizējo normatīvo slieksni.
Lielākā daļa plūsmu, kurās fipronila saturs pārsniedz toksisko līmeni, atrodas relatīvi urbanizētajā dienvidaustrumu reģionā (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Iepriekšējā apgabala novērtējumā ne tikai secināts, ka fipronils ir galvenais stresa faktors, kas ietekmē bezmugurkaulnieku kopienas struktūru strautā, bet arī tas, ka zems izšķīdušā skābekļa līmenis, palielināts barības vielu daudzums, plūsmas izmaiņas, biotopu degradācija un citi pesticīdi, un piesārņotāju kategorija ir svarīga. stresa avots (57).Šis stresa faktoru sajaukums atbilst "pilsētas upes sindromam", kas ir upju ekosistēmu degradācija, kas parasti tiek novērota saistībā ar pilsētas zemes izmantošanu (58, 59).Pilsētas zemes izmantošanas zīmes Dienvidaustrumu reģionā pieaug, un paredzams, ka pieaugs, pieaugot reģiona iedzīvotāju skaitam.Paredzams, ka turpmākās pilsētu attīstības un pesticīdu ietekme uz pilsētu noteci palielināsies (4).Ja urbanizācija un fipronila izmantošana turpinās pieaugt, šī pesticīda lietošana pilsētās var arvien vairāk ietekmēt straumes kopienas.Lai gan metaanalīzē secināts, ka lauksaimniecības pesticīdu izmantošana apdraud globālās straumes ekosistēmas (2, 60), mēs pieņemam, ka šajos novērtējumos par zemu novērtēta pesticīdu vispārējā globālā ietekme, izslēdzot izmantošanu pilsētās.
Dažādi stresa faktori, tostarp pesticīdi, var ietekmēt makrobezmugurkaulnieku kopienas attīstītajos ūdensšķirtnēs (pilsētu, lauksaimniecības un jaukta zemes izmantošana) un var būt saistīti ar zemes izmantošanu (58, 59, 61).Lai gan šajā pētījumā tika izmantots SPEARpesticīdu indikators un ūdens organismiem raksturīgās fipronila toksicitātes īpašības, lai mazinātu traucējošo faktoru ietekmi, SPEARpesticīdu indikatora darbību var ietekmēt biotopu degradācija, un fipronilu var salīdzināt ar citiem pesticīdiem saistītiem (4, 17, 51, 57).Tomēr vairāku stresa faktoru modelis, kas izstrādāts, izmantojot lauka mērījumus no pirmajiem diviem reģionālajiem pētījumiem (vidusrietumu un dienvidaustrumu daļā), parādīja, ka pesticīdi ir nozīmīgs augšteces stresa faktors makrobezmugurkaulnieku kopienas apstākļiem bristošās upēs.Šajos modeļos svarīgi skaidrojošie mainīgie ir pesticīdi (īpaši bifentrīns), barības vielas un biotopu īpašības lielākajā daļā lauksaimniecības plūsmu Vidējo rietumu daļā un pesticīdi (īpaši fipronils) lielākajā daļā pilsētu dienvidaustrumos.Skābekļa, barības vielu un plūsmas izmaiņas (61, 62).Tāpēc, lai gan reģionālajos pētījumos ir mēģināts pievērsties nepesticīdu stresa faktoru ietekmei uz reakcijas rādītājiem un pielāgot paredzamos rādītājus, lai aprakstītu fipronila ietekmi, šīs aptaujas rezultāti apstiprina fipronila viedokli.) Jāuzskata par vienu no ietekmīgākajiem spiediena avotiem Amerikas upēs, īpaši ASV dienvidaustrumos.
Pesticīdu noārdīšanās vidē ir reti dokumentēta, taču apdraudējums ūdens organismiem var būt kaitīgāks nekā mātes ķermenis.Fipronila gadījumā lauka pētījumi un mezomēroga eksperimenti ir parādījuši, ka noārdīšanās produkti ir tikpat izplatīti kā primārais ķermenis parauga plūsmās un tiem ir tāda pati vai augstāka toksicitāte (1. tabula).Vidējās membrānas eksperimentā fluorbenzonitrila sulfons bija toksiskākais no pētītajiem pesticīdu noārdīšanās produktiem, un tas bija toksiskāks par pamatsavienojumu, kā arī tika konstatēts ar tādu pašu biežumu kā pamatsavienojums.Ja mēra tikai sākotnējos pesticīdus, iespējamos toksicitātes notikumus var nepamanīt, un relatīvais toksicitātes informācijas trūkums pesticīdu sadalīšanās laikā nozīmē, ka to rašanos un sekas var ignorēt.Piemēram, informācijas trūkuma dēļ par noārdīšanās produktu toksicitāti tika veikts vispusīgs pesticīdu novērtējums Šveices plūsmās, tostarp 134 pesticīdu noārdīšanās produkti, un ekotoksikoloģiskā riska novērtējumā par pamatsavienojumu tika uzskatīts tikai pamatsavienojums.
Šī ekoloģiskā riska novērtējuma rezultāti liecina, ka fipronila savienojumi negatīvi ietekmē upju veselību, tāpēc var pamatoti secināt, ka nelabvēlīgu ietekmi var novērot visur, kur fipronila savienojumi pārsniedz HC5 līmeni.Mezoskopisko eksperimentu rezultāti ir neatkarīgi no atrašanās vietas, norādot, ka fipronila un tā sadalīšanās produktu koncentrācija daudzos plūsmas taksonos ir daudz zemāka nekā iepriekš reģistrēts.Mēs uzskatām, ka šis atklājums, visticamāk, tiks attiecināts uz protobiotu senatnīgās plūsmās jebkur.Mezomēroga eksperimenta rezultāti tika izmantoti liela mēroga lauka pētījumos (444 mazas straumes, kas sastāv no pilsētas, lauksaimniecības un zemes jauktas izmantošanas piecos galvenajos ASV reģionos), un tika konstatēts, ka daudzu strautu koncentrācija. Rezultātā iegūtā toksicitāte liecina, ka šie rezultāti var attiekties arī uz citām valstīm, kurās tiek izmantots fipronils.Saskaņā ar ziņojumiem Japānā, Apvienotajā Karalistē un ASV pieaug cilvēku skaits, kuri lieto fipronilu (7).Fipronils ir pieejams gandrīz visos kontinentos, tostarp Austrālijā, Dienvidamerikā un Āfrikā (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Šeit sniegtie mezo-lauka pētījumu rezultāti liecina, ka fipronila lietošanai var būt ekoloģiska nozīme globālā mērogā.
Lai iegūtu papildmateriālus šim rakstam, lūdzu, skatiet vietni http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1.
Šis ir atvērtas piekļuves raksts, kas tiek izplatīts saskaņā ar Creative Commons Attribution-Non-Commercial License noteikumiem, kas ļauj izmantot, izplatīt un reproducēt jebkurā datu nesējā, ja vien galīgais lietojums nav paredzēts komerciāla labuma gūšanai un priekšnoteikums ir tāds, ka oriģinālais darbs ir pareizs.Atsauce.
Piezīme. Mēs lūdzam jūs norādīt tikai savu e-pasta adresi, lai lapai ieteiktā persona zinātu, ka vēlaties, lai tā redz e-pastu un ka tas nav mēstule.Mēs neuzņemsim nevienu e-pasta adresi.
Šis jautājums tiek izmantots, lai pārbaudītu, vai esat apmeklētājs, un novērstu automātisku surogātpasta iesniegšanu.
Dženeta L. Millere, Treviss S. Šmits, Pīters K. Van Metre, Barbara Mālere (Barbara Dž. Mālere, Marks V. Sandstroma, Liza H. Novela, Darens M. Kārlails, Patriks V. Morans
Pētījumi ir parādījuši, ka parastie pesticīdi, kas bieži tiek atklāti Amerikas plūsmās, ir toksiskāki, nekā tika uzskatīts iepriekš.
Dženeta L. Millere, Treviss S. Šmits, Pīters K. Van Metre, Barbara Mālere (Barbara Dž. Mālere, Marks V. Sandstroma, Liza H. Novela, Darens M. Kārlails, Patriks V. Morans
Pētījumi ir parādījuši, ka parastie pesticīdi, kas bieži tiek atklāti Amerikas plūsmās, ir toksiskāki, nekā tika uzskatīts iepriekš.
©2021 Amerikas Zinātnes attīstības asociācija.Visas tiesības aizsargātas.AAAS ir HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef un COUNTER partneris.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.