Plantevernmidler i bekker blir i økende grad en global bekymring, men det er lite informasjon om sikker konsentrasjon av akvatiske økosystemer.I et 30-dagers mesokosmisk eksperiment ble de innfødte bunnlevende akvatiske virvelløse dyrene utsatt for det vanlige insektmiddelet fipronil og fire typer nedbrytningsprodukter.Fipronilforbindelsen forårsaket endringer i fremveksten og trofisk kaskade.Den effektive konsentrasjonen (EC50) der fipronil og dets sulfid-, sulfon- og desulfinylnedbrytningsprodukter forårsaker en 50 % respons er utviklet.Taxaner er ikke følsomme for fipronil.Farekonsentrasjonen på 5 % av de berørte artene fra 15 mesokosmiske EC50-verdier brukes til å konvertere forbindelseskonsentrasjonen av fipronil i feltprøven til summen av giftige enheter (∑TUFipronils).I 16 % av bekker hentet fra fem regionale studier, oversteg gjennomsnittlig ∑TUFipronil 1 (indikerer toksisitet).Invertebratindikatorer for arter i fare er negativt korrelert med TUTUipronil i fire av de fem prøvetakingsområdene.Denne økologiske risikovurderingen viser at lave konsentrasjoner av fipronilforbindelser vil redusere bekkesamfunn i mange deler av USA.
Selv om produksjonen av syntetiske kjemikalier har økt kraftig de siste tiårene, er virkningen av disse kjemikaliene på ikke-målsøkosystemer ikke fullt ut forstått (1).I overflatevann hvor 90 % av det globale jordbruksarealet går tapt, er det ingen data om plantevernmidler i landbruket, men der det finnes data er tiden for plantevernmidler å overskride regulatoriske terskler halvparten (2).En metaanalyse av plantevernmidler i landbruket i overflatevann i USA fant at i 70 % av prøvetakingsstedene overskred minst ett plantevernmiddel den forskriftsmessige terskelen (3).Disse metaanalysene (2, 3) fokuserer imidlertid kun på overflatevann påvirket av landbruksarealbruk, og er et sammendrag av diskrete studier.Pesticider, spesielt insektmidler, finnes også i høye konsentrasjoner i bylandskapsdrenering (4).Det er sjelden å foreta en helhetlig vurdering av plantevernmidler i overflatevann som slippes ut fra jordbruk og bylandskap;derfor er det ikke kjent om plantevernmidler utgjør en storskala trussel mot overflatevannsressurser og deres økologiske integritet.
Benzopyrazoler og neonikotinoider utgjorde en tredjedel av det globale plantevernmiddelmarkedet i 2010 (5).I overflatevann i USA er fipronil og dets nedbrytningsprodukter (fenylpyrazoler) de vanligste plantevernmiddelforbindelsene, og deres konsentrasjoner overstiger vanligvis vannstandardene (6-8).Selv om neonikotinoider har vakt oppmerksomhet på grunn av deres effekter på bier og fugler og deres utbredelse (9), er fipronil mer giftig for fisk og fugler (10), mens andre fenylpyrazoler Klasseforbindelser har ugressdrepende effekter (5).Fipronil er et systemisk insektmiddel som brukes til å kontrollere skadedyr i urbane og landbruksmiljøer.Siden fipronil kom inn på verdensmarkedet i 1993, har bruken av fipronil i USA, Japan og Storbritannia økt kraftig (5).I USA brukes fipronil til å kontrollere maur og termitter, og brukes i avlinger inkludert mais (inkludert frøbehandling), poteter og frukthager (11, 12).Landbruksbruken av fipronil i USA toppet seg i 2002 (13).Selv om ingen nasjonale data for urban bruk er tilgjengelig, nådde urban bruk i California en topp i 2006 og 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, åpnet 2. desember 2019).Selv om høye konsentrasjoner av fipronil (6,41μg/L) finnes i bekker i enkelte landbruksområder med høye påføringsrater (14), sammenlignet med landbruksbekker, har urbane bekker i USA generelt mer deteksjon og høyere Høye konsentrasjoner, positivt for forekomst av stormer er knyttet til testen (6, 7, 14-17).
Fipronil går inn i det akvatiske økosystemet av avrenning eller utlekking fra jorda til bekken (7, 14, 18).Fipronil har lav flyktighet (Henrys lov konstant 2,31×10-4 Pa m3 mol-1), lav til moderat vannløselighet (3,78 mg/l ved 20°C), og moderat hydrofobicitet (log Kow er 3,9 til 4,1)). mobiliteten i jorda er svært liten (log Koc er 2,6 til 3,1) (12, 19), og den viser lav til middels utholdenhet i miljøet (20).Finazepril brytes ned ved fotolyse, oksidasjon, pH-avhengig hydrolyse og reduksjon, og danner fire hovednedbrytningsprodukter: dessulfoksyfenapril (og heller ikke sulfoksid), fenaprenipsulfon (sulfon), filofenamid (amid) og filofenibsulfid (sulfid).Fipronil-nedbrytningsprodukter har en tendens til å være mer stabile og holdbare enn moderforbindelsen (21, 22).
Toksisiteten til fipronil og dens nedbrytning til ikke-målarter (som akvatiske virvelløse dyr) er godt dokumentert (14, 15).Fipronil er en nevrotoksisk forbindelse som forstyrrer kloridionpassasje gjennom kloridkanalen regulert av gamma-aminosmørsyre hos insekter, noe som resulterer i tilstrekkelig konsentrasjon til å forårsake overdreven opphisselse og død (20).Fipronil er selektivt giftig, så det har en større reseptorbindingsaffinitet for insekter enn pattedyr (23).Den insektdrepende aktiviteten til fipronil-nedbrytningsprodukter er forskjellig.Toksisiteten til sulfon og sulfid for virvelløse dyr i ferskvann er lik eller høyere enn den til moderforbindelsen.Desulfinyl har moderat toksisitet, men er mindre giftig enn moderforbindelsen.Relativt giftfri (23, 24).Akvatiske virvelløse dyrs mottakelighet for nedbrytning av fipronil og fipronil varierer sterkt innenfor og mellom taxa (15), og overstiger i noen tilfeller til og med en størrelsesorden (25).Til slutt er det bevis for at fenylpyrazoler er mer giftige for økosystemet enn tidligere antatt (3).
Akvatiske biologiske benchmarks basert på laboratorietoksisitetstesting kan undervurdere risikoen for feltpopulasjoner (26-28).Vanligvis etableres akvatiske standarder ved laboratorietoksisitetstesting av én art ved bruk av en eller flere akvatiske virvelløse arter (for eksempel Diptera: Chironomidae: Chironomus og Crustacea: Daphnia magna og Hyalella azteca).Disse testorganismene er generelt lettere å dyrke enn andre bunndyr makroinvertebrater (for eksempel phe-slekten::), og er i noen tilfeller mindre følsomme for forurensninger.For eksempel er D. Magna mindre følsom overfor mange metaller enn visse insekter, mens A. zteca er mindre følsom overfor pyretroide insekticidet bifenthrin enn følsomheten overfor ormer (29, 30).En annen begrensning ved eksisterende benchmarks er endepunktene som brukes i beregningene.Akutte benchmarks er basert på dødelighet (eller faste for krepsdyr), mens kroniske benchmarks vanligvis er basert på subletale endepunkter (som vekst og reproduksjon) (hvis noen).Imidlertid er det utbredte subletale effekter, som vekst, fremvekst, lammelse og utviklingsforsinkelse, som kan påvirke suksessen til taxa og samfunnsdynamikk.Som et resultat av dette, selv om referansen gir en bakgrunn for den biologiske betydningen av effekten, er den økologiske relevansen som terskel for toksisitet usikker.
For bedre å forstå effektene av fipronilforbindelser på bunnlevende akvatiske økosystemer (virvelløse dyr og alger), ble naturlige bunndyrsamfunn brakt inn i laboratoriet og utsatt for konsentrasjonsgradienter i løpet av 30-dagers strømmen Fipronil eller ett av de fire fipronil-nedbrytningseksperimentene.Forskningsmålet er å produsere en artsspesifikk effektkonsentrasjon på 50 % (EC50-verdi) for hver fipronilforbindelse som representerer en bred taxa av et elvesamfunn, og å bestemme virkningen av forurensninger på samfunnets struktur og funksjon [dvs. farekonsentrasjon] 5 % av berørte arter (HC5) og indirekte effekter som endret fremvekst og trofisk dynamikk].Deretter ble terskelen (forbindelsesspesifikk HC5-verdi) oppnådd fra det mesoskopiske eksperimentet brukt på feltet samlet inn av United States Geological Survey (USGS) fra fem regioner i USA (nordøst, sørøst, midtvest, nordvest i Stillehavet og sentrale California Coastal Zone) Data) som en del av USGS regionale strømkvalitetsvurdering (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Så vidt vi vet er dette den første økologiske risikovurderingen.Den undersøker omfattende effektene av fipronilforbindelser på bunnlevende organismer i et kontrollert meso-miljø, og bruker deretter disse resultatene på feltvurderinger i kontinental skala.
Det 30-dagers mesokosmiske eksperimentet ble utført ved USGS Aquatic Laboratory (AXL) i Fort Collins, Colorado, USA fra 18. oktober til 17. november 2017, for 1 dag med domestisering og 30 dager med eksperimentering.Metoden er tidligere beskrevet (29, 31) og detaljert i tilleggsmaterialet.Meso space-innstillingen inneholder 36 sirkulerende strømninger i de fire aktive strømmene (sirkulerende vanntanker).Hver levende bekk er utstyrt med en kjøler for å holde vanntemperaturen og er opplyst med en lys-mørke-syklus på 16:8.Meso-nivåstrømmen er rustfritt stål, som er egnet for hydrofobiteten til fipronil (log Kow = 4,0) og egnet for organiske rengjøringsløsninger (Figur S1).Vannet som ble brukt til eksperimentet i mesoskala ble samlet fra Cache La Poudre-elven (oppstrøms kilder inkludert Rocky Mountain National Park, National Forest og Continental Divide) og lagret i AXLs fire polyetylenlagringstanker.Tidligere vurderinger av sediment- og vannprøver samlet fra lokaliteten fant ingen plantevernmidler (29).
Eksperimentdesignet i mesoskala består av 30 prosesseringsstrømmer og 6 kontrollstrømmer.Behandlingsstrømmen mottar behandlet vann, som hver inneholder ikke-replikerte konstante konsentrasjoner av fipronilforbindelser: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amid (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), avsvovlingsgruppe [US Environmental Protection Agency (EPA) Pesticide Library, CAS 205650-65-3], sulfon (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) og sulfid (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); all renhet ≥ 97,8%. I henhold til publiserte responsverdier (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33). Ved å løse opp fipronilforbindelsen i metanol (Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society sertifiseringsnivå), og fortynne med avionisert vann til nødvendig volum for å tilberede en konsentrert stamløsning. Fordi mengden metanol i en dose er forskjellig, er det nødvendig å tilsette metanol til alle behandlingsstrømmene etter behov. I de tre kontrollene, for å sikre samme metanolkonsentrasjon ( 0,05 ml/L) i bekkene Midtsynet av de tre andre kontrollbekkene mottok elvevann uten metanol, ellers ble de behandlet som alle andre bekker.
På 8. dag, 16. dag og 26. dag ble temperatur, pH-verdi, elektrisk ledningsevne og nedbrytning av fipronil og fipronil målt i strømningsmembranen.For å spore nedbrytningen av moderforbindelsen fipronil under medietesten, ble fipronil (foreldre) brukt til å behandle den flytende tarmslimhinnen i ytterligere tre dager [dager 5, 12 og 21 (n = 6)] for temperatur, pH , Konduktivitet, prøvetaking av fipronil og fipronil nedbrytning.Pesticidanalyseprøvene ble samlet ved å filtrere 10 ml rennende vann inn i et 20 ml ravfarget glass hetteglass gjennom et Whatman 0,7 μm GF/F sprøytefilter utstyrt med en nål med stor diameter.Prøvene ble umiddelbart frosset og sendt til USGS National Water Quality Laboratory (NWQL) i Lakewood, Colorado, USA for analyse.Ved å bruke en forbedret metode av den tidligere publiserte metoden, ble Fipronil og 4 nedbrytningsprodukter i vannprøver bestemt ved direkte vandig injeksjon (DAI) væskekromatografi-tandem massespektrometri (LC-MS / MS; Agilent 6495).Instrumentdeteksjonsnivået (IDL) er estimert til å være minimumskalibreringsstandarden som oppfyller den kvalitative identifikasjonsstandarden;IDL for fipronil er 0,005 μg/L, og IDL for de fire andre fipronil er 0,001 μg/L.Tilleggsmaterialet gir en fullstendig beskrivelse av metodene som brukes for å måle fipronilforbindelser, inkludert kvalitetskontroll og sikringsprosedyrer (for eksempel gjenvinning av prøver, pigger, tredjepartsinspeksjoner og blankprøver).
På slutten av det 30-dagers mesokosmiske eksperimentet ble oppregningen og identifiseringen av voksne og larvevirvelløse dyr fullført (det viktigste datainnsamlingsendepunktet).De nye voksne blir samlet fra nettet hver dag og fryses ned i et rent 15 ml Falcon sentrifugerør.På slutten av eksperimentet (dag 30) ble innholdet i membranen i hver strøm skrubbet for å fjerne eventuelle virvelløse dyr, og siktet (250 μm) og lagret i 80 % etanol.Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) har fullført den taksonomiske identifiseringen av larver og voksne virvelløse dyr til lavest mulig taksonomisk nivå, vanligvis arter.På dag 9, 19 og 29 ble klorofyll a målt i tre eksemplarer i den mesoskopiske membranen til hver strøm.Alle kjemiske og biologiske data som en del av det mesoskopiske eksperimentet er gitt i den medfølgende datautgivelsen (35).
Økologiske undersøkelser ble utført i små (vade) bekker i fem hovedområder i USA, og plantevernmidler ble overvåket i forrige indeksperiode.Kort sagt, basert på landbruks- og urbane arealbruk (36-40), ble 77 til 100 steder valgt i hver region (444 steder totalt).I løpet av våren og sommeren ett år (2013-2017) tas vannprøver en gang i uken i hver region i 4 til 12 uker.Den spesifikke tiden avhenger av regionen og utviklingsintensiteten.De 11 stasjonene i regionen nordøst er imidlertid nesten i vannskillet.Ingen utvikling, bortsett fra at det kun ble samlet inn én prøve.Siden overvåkingsperiodene for plantevernmidler i regionale studier er forskjellige, er det til sammenligning kun de fire siste prøvene samlet på hvert sted som vurderes her.Det antas at en enkelt prøve samlet på det ubebygde Nordøst-stedet (n = 11) kan representere 4-ukers prøvetakingsperiode.Denne metoden fører til samme antall observasjoner på plantevernmidler (bortsett fra de 11 stedene i nordøst) og samme varighet av observasjon;det antas at 4 uker er lenge nok for langvarig eksponering for biota, men kort nok til at det økologiske samfunnet ikke bør komme seg etter disse kontaktene.
Ved tilstrekkelig strømning samles vannprøven ved hjelp av konstant hastighet og konstante breddeøkninger (41).Når strømmen ikke er nok til å bruke denne metoden, kan du samle prøver ved dyp integrering av prøver eller gripe fra tyngdepunktet til strømmen.Bruk en sprøyte med stor boring og skivefilter (0,7 μm) for å samle 10 ml filtrert prøve (42).Gjennom DAI LC-MS/MS/MS/MS ble vannprøver analysert ved NWQL for 225 plantevernmidler og plantevernmiddelnedbrytningsprodukter, inkludert fipronil og 7 nedbrytningsprodukter (dessulfinylfipronil, fipronil) Sulfider, fipronilsulfon, deskloropipronil, destiolfipron, fipronil og fipronil).).Typiske minimumsrapporteringsnivåer for feltstudier er: fipronil, desmetyltiofluorbenzonitril, fipronilsulfid, fipronilsulfon og desklorofipronil 0,004 μg/L;dessulfinyl fluorfenamide og Konsentrasjonen av fipronilamid er 0,009 μg/liter;konsentrasjonen av fipronilsulfonat er 0,096 μg/liter.
De virvelløse samfunnene blir tatt prøver ved slutten av hver områdestudie (vår/sommer), vanligvis samtidig med siste prøvetaking av plantevernmidler.Etter vekstsesongen og mye bruk av plantevernmidler, bør prøvetakingstiden være i samsvar med de lave strømningsforholdene, og bør sammenfalle med tiden da elvevirvelløse samfunnet modnes og hovedsakelig er i larvelivsstadiet.Ved å bruke en Surber-sampler med 500 μm mesh eller et D-rammenett, ble prøvetaking av virvelløse dyr fullført på 437 av 444 steder.Prøvetakingsmetoden er beskrevet i detalj i tilleggsmaterialet.På NWQL blir alle virvelløse dyr vanligvis identifisert og oppført på slekts- eller artsnivå.Alle kjemiske og biologiske data samlet inn i dette feltet og brukt i dette manuskriptet kan finnes i den medfølgende datautgivelsen (35).
For de fem fipronilforbindelsene som ble brukt i det mesoskopiske eksperimentet, ble konsentrasjonen av larvevirvelløse dyr redusert med 20 % eller 50 % beregnet i forhold til kontrollen (dvs. EC20 og EC50).Dataene [x = tidsvektet fipronilkonsentrasjon (se tilleggsmateriale for detaljer), y = larvemengde eller andre beregninger] ble tilpasset den utvidede R(43)-pakken ved å bruke en tre-parameter logaritmisk regresjonsmetode "drc".Kurven passer alle arter (larver) med tilstrekkelig overflod og møter andre verdier av interesse (for eksempel taxa-rikdom, total maiflue-overflod og total overflod) for å forstå samfunnseffekten ytterligere.Nash-Sutcliff-koeffisienten (45) brukes til å evaluere modelltilpasningen, der en dårlig modelltilpasning kan motta uendelige negative verdier, og verdien av en perfekt tilpasning er 1.
For å utforske effekten av fipronilforbindelser på fremveksten av insekter i eksperimentet, ble dataene evaluert på to måter.For det første, ved å trekke det gjennomsnittlige utseendet til kontrollstrømmesoen fra utseendet til hver behandlingsstrømmeso, ble den kumulative daglige forekomsten av insekter fra hver strømningsmeso (det totale antallet av alle individer) normalisert til kontrollen.Plot disse verdiene mot tiden for å forstå avviket til behandlingsvæskemediatoren fra kontrollvæskemediatoren i det 30-dagers eksperimentet.For det andre, beregn den totale forekomstprosenten av hvert strømningsmesofyll, som er definert som forholdet mellom det totale antallet mesofyll i en gitt strømning og gjennomsnittlig antall larver og voksne i kontrollgruppen, og er egnet for tre-parameter logaritmisk regresjon .Alle spirende insekter som ble samlet inn var fra to underfamilier av Chironomidae-familien, så en kombinert analyse ble utført.
Endringer i samfunnsstrukturen, som tap av taxa, kan til syvende og sist avhenge av de direkte og indirekte effektene av giftige stoffer, og kan føre til endringer i fellesskapets funksjon (for eksempel trofisk kaskade).For å teste den trofiske kaskaden ble et enkelt kausalt nettverk evaluert ved bruk av baneanalysemetoden (R-pakke "piecewiseSEM") (46).For mesoskopiske forsøk antas det at fipronil, desulfinyl, sulfid og sulfon (ikke testet amid) i vannet for å redusere biomassen til skrapen, indirekte fører til en økning i biomassen til klorofyll a (47).Forbindelseskonsentrasjonen er prediktorvariabelen, og skraperen og klorofyll a-biomassen er responsvariablene.Fishers C-statistikk brukes til å evaluere modelltilpasning, slik at en P-verdi <0,05 indikerer god modelltilpasning (46).
For å utvikle et risikobasert økosamfunnterskelbeskyttelsesmiddel, har hver forbindelse oppnådd 95 % av de berørte artene (HC5) kronisk artsfølsomhetsfordeling (SSD) og farekonsentrasjonsbeskyttelse.Tre SSD-datasett ble generert: (i) bare meso-datasett, (ii) et datasett som inneholder alle meso-data og data samlet inn fra EPA ECOTOX-databasespørring (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, tilgjengelig på 14. mars 2019), er studiens varighet 4 dager eller lenger, og (iii) et datasett som inneholder alle mesoskopiske data og ECOTOX-data, der ECOTOX-data (akutt eksponering) delt på akutt til Forholdet mellom kronisk D. magna ( 19.39) for å forklare forskjellen i eksponeringsvarighet og tilnærme den kroniske EC50-verdien (12).Vårt formål med å generere flere SSD-modeller er å (i) utvikle HC5-verdier for sammenligning med feltdata (bare for SSD-er for media), og (ii) vurdere at mediedata er mer allment akseptert enn regulatoriske byråer for inkludering i akvakultur. robusthet av livsbenchmarks og standardsetting av dataressurser, og derfor gjennomførbarheten av å bruke mesoskopiske studier for tilpasningsprosessen.
SSD ble utviklet for hvert datasett ved å bruke R-pakken "ssdtools" (48).Bruk bootstrap (n = 10 000) for å estimere HC5-gjennomsnittet og konfidensintervallet (CI) fra SSD-en.Førti-ni taxa-responser (alle taxaer som er identifisert som slekt eller arter) utviklet gjennom denne forskningen er kombinert med 32 taxa-responser samlet fra seks publiserte studier i ECOTOX-databasen, for totalt 81 Taxon-responser kan brukes til SSD-utvikling .Siden det ikke ble funnet data i ECOTOX-databasen for amider, ble det ikke utviklet noen SSD for amider, og bare én EC50-respons ble oppnådd fra den nåværende studien.Selv om EC50-verdien til bare én sulfidgruppe ble funnet i ECOTOX-databasen, har den nåværende doktorgradsstudenten 12 EC50-verdier.Derfor er det utviklet SSD-er for sulfinylgrupper.
De spesifikke HC5-verdiene av fipronilforbindelser hentet fra SSD-datasettet til Mesocosmos ble kombinert med feltdata for å vurdere eksponeringen og potensiell toksisitet av fipronilforbindelser i 444 strømmer fra fem regioner i USA.I det siste 4-ukers prøvetakingsvinduet blir hver konsentrasjon av fipronilforbindelser påvist (uoppdagede konsentrasjoner er null) delt på dens respektive HC5, og forbindelsesforholdet for hver prøve summeres for å oppnå den totale toksisitetsenheten for fipronil (ΣTUFipronils), der ΣTUFipronils> 1 betyr toksisitet.
Ved å sammenligne farekonsentrasjonen til 50 % av de berørte artene (HC50) med EC50-verdien for taxa-rikdom avledet fra mediummembraneksperimentet, ble SSD-en som ble oppnådd fra mediummembrandataene evaluert for å gjenspeile følsomheten til det bredere økologiske samfunnet for fipronil grad..Gjennom denne sammenligningen kan konsistensen mellom SSD-metoden (inkludert bare de taxaene med et dose-responsforhold) og EC50-metoden (inkludert alle unike taxa observert i mellomrommet) ved bruk av EC50-metoden for å måle taxa-rikdom evalueres Sex.Doseresponsforhold.
En indikator for pesticidrisikoarter (SPEARpesticides) ble beregnet for å undersøke sammenhengen mellom helsetilstanden til virvelløse dyr og ΣTUFipronil i 437 invertebratsamlende bekker.SPEARpesticides-metrikken konverterer sammensetningen av virvelløse dyr til en overflodsmetrikk for biologisk taksonomi med fysiologiske og økologiske egenskaper, og gir dermed følsomhet for plantevernmidler.SPEARpesticides-indikatoren er ikke følsom for naturlige kovariater (49, 50), selv om ytelsen vil bli påvirket av alvorlig habitatforringelse (51).Overflodsdataene som samles inn på stedet for hvert takson er koordinert med nøkkelverdien til taksonen relatert til ASTERICS-programvaren for å vurdere den økologiske kvaliteten til elven (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Importer deretter dataene til Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) programvare (versjon 18.05).I denne programvaren brukes den europeiske egenskapsdatabasen og databasen med fysiologisk sensitivitet for plantevernmidler til å konvertere dataene fra hvert nettsted til SPEAR-pesticider-indikator.Hver av de fem regionale studiene brukte General Additive Model (GAM) ["mgcv"-pakken i R(52)) for å utforske forholdet mellom SPEARpesticides-metrikken og ΣTUFipronils [log10(X + 1)-konvertering] Associated.For mer detaljert informasjon om SPEARpesticides-beregninger og for dataanalyse, se tilleggsmaterialet.
Vannkvalitetsindeksen er konsistent i hver strømmesoskopiske og hele mesoskopiske eksperimentperiode.Gjennomsnittlig temperatur, pH og ledningsevne var henholdsvis 13,1°C (±0,27°C), 7,8 (±0,12) og 54,1 (±2,1) μS/cm (35).Målt oppløst organisk karbon i rent elvevann er 3,1 mg/L.I meso-visningen av elven der MiniDOT-opptakeren er utplassert, er det oppløste oksygenet nær metning (gjennomsnitt > 8,0 mg/L), noe som indikerer at strømmen er fullt sirkulert.
Kvalitetskontroll og kvalitetssikringsdata om fipronil er gitt i den medfølgende datautgivelsen (35).Kort sagt, gjenvinningsgraden for laboratoriematrisetopper og mesoskopiske prøver er vanligvis innenfor akseptable områder (gjenvinninger på 70 % til 130 %), IDL-standarder bekrefter den kvantitative metoden, og laboratorie- og instrumentemner er vanligvis rene. Det er svært få unntak annet enn disse generaliseringene omtalt i tilleggsmaterialet..
På grunn av systemdesign er den målte konsentrasjonen av fipronil vanligvis lavere enn målverdien (Figur S2) (fordi det tar 4 til 10 dager å nå en stabil tilstand under ideelle forhold) (30).Sammenlignet med andre fipronilforbindelser endres konsentrasjonen av desulfinyl og amid lite over tid, og variasjonen av konsentrasjonen i behandlingen er mindre enn forskjellen mellom behandlinger bortsett fra lavkonsentrasjonsbehandlingen av sulfon og sulfid.Det tidsvektede gjennomsnittlige målte konsentrasjonsområdet for hver behandlingsgruppe er som følger: Fipronil, IDL til 9,07μg/L;Desulfinyl, IDL til 2,15μg/L;Amid, IDL til 4,17μg/L;Sulfid, IDL Til 0,57μg/liter;og sulfon, IDL er 1,13μg/liter (35).I noen bekker ble ikke-målfipronilforbindelser påvist, det vil si forbindelser som ikke ble tilsatt en spesifikk behandling, men som var kjent for å være nedbrytningsprodukter av behandlingsforbindelsen.De mesoskopiske membranene behandlet med moderforbindelsen fipronil har det høyeste antallet ikke-målnedbrytningsprodukter som er oppdaget (når de ikke brukes som en prosessforbindelse, er de sulfinyl, amid, sulfid og sulfon);disse kan skyldes produksjonsprosessen Sammensatte urenheter og/eller nedbrytningsprosesser som oppstår under lagring av stamløsningen og (eller) i det mesoskopiske eksperimentet snarere enn resultatet av krysskontaminering.Ingen trend med nedbrytningskonsentrasjon ble observert ved fipronilbehandling.Ikke-målnedbrytningsforbindelser påvises oftest i kroppen med den høyeste behandlingskonsentrasjonen, men konsentrasjonen er mindre enn konsentrasjonen av disse ikke-målforbindelsene (se neste avsnitt for konsentrasjonen).Derfor, siden ikke-måldegraderingsforbindelser vanligvis ikke påvises i den laveste fipronilbehandlingen, og fordi den påviste konsentrasjonen er lavere enn effektkonsentrasjonen i den høyeste behandlingen, konkluderes det med at disse ikke-målforbindelsene har minimal innvirkning på analysen.
I medieeksperimenter var bentiske makroinvertebrater følsomme for fipronil, desulfinyl, sulfon og sulfid [Tabell S1;originale overflodsdata er gitt i medfølgende dataversjon (35)].Fipronilamid er kun for fluen Rhithrogena sp.Giftig (dødelig), dens EC50 er 2,05 μg/L [±10,8(SE)].Dose-responskurver av 15 unike taxa ble generert.Disse taxaene viste dødelighet innenfor det testede konsentrasjonsområdet (tabell S1), og målrettede grupperte taxaer (som fluer) (figur S3) og rike taxa (figur 1) En doseresponskurve ble generert.Konsentrasjonen (EC50) av fipronil, desulfinyl, sulfon og sulfid på de unike taxaene til de mest sensitive taxaene varierer fra henholdsvis 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 og 0,005-0,043 μg/L.Rhithrogena sp.Og Sweltsa sp.;Figur S4) er lavere enn de mer tolererte taxaene (som Micropsectra / Tanytarsus og Lepidostoma sp.) (tabell S1).I henhold til gjennomsnittlig EC50 for hver forbindelse i tabell S1, er sulfoner og sulfider de mest effektive forbindelsene, mens virvelløse dyr generelt er minst følsomme for desulfinyl (unntatt amider).Målinger for den generelle økologiske statusen, som taxa-rikdom, total overflod, total pentaploid og total steinflue, inkludert taxa og forekomsten av noen taxa, disse er svært sjeldne i meso og kan ikke beregnes Tegn en egen doseresponskurve.Derfor inkluderer disse økologiske indikatorene taksonresponser som ikke er inkludert i SSD.
Taxa-rikhet (larve) med en tre-nivå logistisk funksjon av (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfon og (D) sulfidkonsentrasjon.Hvert datapunkt representerer larver fra en enkelt strøm på slutten av det 30-dagers meso-eksperimentet.Taxon rikdom er tellingen av unike taxa i hver bekk.Konsentrasjonsverdien er det tidsvektede gjennomsnittet av den observerte konsentrasjonen av hver bekk målt ved slutten av 30-dagers eksperimentet.Fipronilamid (ikke vist) har ingen sammenheng med rike taxa.Vær oppmerksom på at x-aksen er på en logaritmisk skala.EC20 og EC50 med SE er rapportert i tabell S1.
Ved den høyeste konsentrasjonen av alle fem fipronilforbindelsene avtok fremveksten av Uetridae.Spiringsprosenten (EC50) av sulfid, sulfon, fipronil, amid og desulfinyl ble observert å synke med 50 % ved konsentrasjonene på henholdsvis 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 og 0,97μg/L (Figur 2 og Figur S5).I de fleste 30-dagers eksperimentene ble alle behandlinger av fipronil, desulfinyl, sulfon og sulfid forsinket, bortsett fra noen lavkonsentrasjonsbehandlinger (Figur 2), og deres utseende ble hemmet.I amidbehandlingen var akkumulert avløp under hele forsøket høyere enn kontrollen, med en konsentrasjon på 0,286μg/liter.Den høyeste konsentrasjonen (4,164μg/liter) under hele forsøket hemmet avløpet, og avløpshastigheten for mellombehandlingen var lik kontrollgruppens.(figur 2).
Kumulativ fremvekst er den gjennomsnittlige daglige gjennomsnittlige fremveksten av hver behandling minus (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfon, (D) sulfid og (E) amid i kontrollstrømmen. Gjennomsnittlig daglig fremkomst av membranen.Bortsett fra kontroll (n = 6), n = 1. Konsentrasjonsverdien er det tidsvektede gjennomsnittet av den observerte konsentrasjonen i hver strømning.
Dose-respons-kurven viser at, i tillegg til taksonomiske tap, strukturelle endringer på samfunnsnivå.Spesifikt, innenfor testkonsentrasjonsområdet, viste overflod av mai (Figur S3) og taxa-overflod (Figur 1) signifikante dose-respons-forhold med fipronil, desulfinyl, sulfon og sulfid.Derfor undersøkte vi hvordan disse strukturelle endringene fører til endringer i fellesskapets funksjon ved å teste ernæringskaskaden.Eksponering av akvatiske virvelløse dyr for fipronil, desulfinyl, sulfid og sulfon har en direkte negativ innvirkning på biomassen til skraperen (Figur 3).For å kontrollere den negative påvirkningen av fipronil på skraperens biomasse, påvirket skraperen også klorofyll a-biomassen negativt (Figur 3).Resultatet av disse negative veikoeffisientene er en nettoøkning i klorofyll a når konsentrasjonen av fipronil og nedbrytningsmidler øker.Disse fullt medierte veimodellene indikerer at økt nedbrytning av fipronil eller fipronil fører til en økning i andelen klorofyll a (Figur 3).Det er på forhånd antatt at den direkte effekten mellom fipronil eller nedbrytningskonsentrasjon og klorofyll a-biomasse er null, fordi fipronilforbindelser er plantevernmidler og har lav direkte toksisitet for alger (for eksempel er EPAs akutte ikke-vaskulære plantebaselinjekonsentrasjon 100μg/L fipronil, disulfoxide group, sulfone og sulfide; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), alle resultater (gyldige modeller) støtter dette hypotese.
Fipronil kan redusere biomassen (direkte effekt) av beite betydelig (skrapegruppen er larver), men har ingen direkte effekt på biomassen til klorofyll a.Den sterke indirekte effekten av fipronil er imidlertid å øke biomassen av klorofyll a som svar på mindre beiting.Pilen angir den standardiserte banekoeffisienten, og minustegnet (-) angir assosiasjonsretningen.* Indikerer graden av viktighet.
De tre SSD-ene (kun mellomlag, mellomlag pluss ECOTOX-data og mellomlag pluss ECOTOX-data korrigert for forskjeller i eksponeringsvarighet) produserte nominelt forskjellige HC5-verdier (tabell S3), men resultatene var innenfor SE-området.I resten av denne studien vil vi fokusere på data-SSDen med kun meso-universet og den tilhørende HC5-verdien.For en mer fullstendig beskrivelse av disse tre SSD-evalueringene, se tilleggsmaterialet (tabellene S2 til S5 og figurene S6 og S7).Den best passende datafordelingen (laveste Akaike-informasjonsstandardscore) av de fire fipronilforbindelsene (figur 4) som bare brukes i det mesosolid SSD-kartet er log-gumbelen til fipronil og sulfon, og weibullen av sulfid og avsvovlet γ ( Tabell S3).HC5-verdiene oppnådd for hver forbindelse er rapportert i figur 4 kun for meso-universet, og i tabell S3 er HC5-verdiene fra alle tre SSD-datasettene rapportert.HC50-verdiene for fipronil-, sulfid-, sulfon- og desulfinylgrupper [22,1±8,78 ng/L (95% KI, 11,4 til 46,2), 16,9±3,38 ng/L (95% CI, 11,2 til 24,0), 880 2,66 ng/L (95 % KI, 5,44 til 15,8) og 83,4±32,9 ng/L (95 % KI, 36,4 til 163)] Disse forbindelsene er betydelig lavere enn EC50 taxa rikdom (totalt antall unike taxa) (tabell S1) ; merknadene i tilleggsmaterialtabellen er mikrogram per liter).
I eksperimentet i mesoskala, når det eksponeres for (A) fipronil, (B) dessulfinylfipronil, (C) fipronilsulfon, (D) fipronilsulfid i 30 dager, beskrives artsfølsomheten. Det er EC50-verdien til taxon.Den blå stiplede linjen representerer 95 % KI.Den horisontale stiplede linjen representerer HC5.HC5-verdien (ng/L) for hver forbindelse er som følger: Fipronil, 4,56 ng/L (95 % Cl, 2,59 til 10,2);Sulfid, 3,52 ng/L (1,36 til 9,20);Sulfon, 2,86 ng/liter (1,93 til 5,29);og sulfinyl, 3,55 ng/liter (0,35 til 28,4).Vær oppmerksom på at x-aksen er på en logaritmisk skala.
I de fem regionale studiene ble Fipronil (foreldre) påvist i 22 % av de 444 feltprøvepunktene (tabell 1).Deteksjonsfrekvensen for florfenib, sulfon og amid er lik (18 % til 22 % av prøven), deteksjonsfrekvensen for sulfid og desulfinyl er lavere (11 % til 13 %), mens de gjenværende nedbrytningsproduktene er svært høye.Få (1 % eller mindre) eller aldri oppdaget (tabell 1)..Fipronil er hyppigst påvist i sørøst (52 % av lokalitetene) og minst hyppig i nordvest (9 % av lokalitetene), noe som fremhever variasjonen av benzopyrazolbruk og potensiell bekkesårbarhet over hele landet.Degradanter viser vanligvis lignende regionale mønstre, med den høyeste deteksjonsfrekvensen i sørøst og den laveste i nordvest eller kyst-California.Den målte konsentrasjonen av fipronil var høyest, etterfulgt av moderforbindelsen fipronil (90 % prosentandel på henholdsvis 10,8 og 6,3 ng/L) (tabell 1) (35).Den høyeste konsentrasjonen av fipronil (61,4 ng/L), disulfinyl (10,6 ng/L) og sulfid (8,0 ng/L) ble bestemt i sørøst (i de siste fire ukene av prøven).Den høyeste konsentrasjonen av sulfon ble bestemt i vest.(15,7 ng/L), amid (42,7 ng/L), dessulfinylflupirnamid (14 ng/L) og fipronilsulfonat (8,1 ng/L) (35).Florfenidsulfon var den eneste forbindelsen som ble observert å overstige HC5 (tabell 1).Gjennomsnittlig ΣTUFipronils mellom de ulike regionene varierer sterkt (tabell 1).Landsgjennomsnittet for ΣTUFipronils er 0,62 (alle lokaliteter, alle regioner), og 71 lokaliteter (16%) har ΣTUFipronils> 1, noe som indikerer at det kan være giftig for bentiske makroinvertebrater.I fire av de fem regionene som ble studert (unntatt Midtvesten), er det en signifikant sammenheng mellom SPEAR-pesticider og ΣTUFipronil, med justert R2 som strekker seg fra 0,07 langs kysten av California til 0,34 i sørøst (Figur 5).
*Forbindelser brukt i mesoskopiske eksperimenter.†ΣTUFipronils, medianen av summen av toksinenheter [observert feltkonsentrasjon av fire fipronilforbindelser/farekonsentrasjon av hver forbindelse fra den femte persentilen av den SSD-infiserte arten (Figur 4)] For de ukentlige prøvene av fipronil, de siste 4 uker med plantevernmiddelprøver samlet på hvert sted ble beregnet.‡Antall steder hvor sprøytemidler måles.§90. persentilen er basert på maksimal konsentrasjon observert på stedet i løpet av de siste 4 ukene med prøvetaking av plantevernmidler.med prosentandelen av prøver som er testet.¶ Bruk 95 % CI av HC5-verdien (Figur 4 og Tabell S3, bare meso) for å beregne CI.Dekloroflupinib er analysert i alle regioner og har aldri blitt funnet.ND, ikke oppdaget.
Fipronil-toksisk enhet er den målte fipronilkonsentrasjonen delt på den forbindelsesspesifikke HC5-verdien, som bestemmes av SSD-en oppnådd fra medieeksperimentet (se figur 4).Svart linje, generalisert additiv modell (GAM).Den røde stiplede linjen har en KI på 95 % for GAM.ΣTUFipronils konverteres til log10 (ΣTUFipronils+1).
De negative effektene av fipronil på ikke-målarter i vann er godt dokumentert (15, 21, 24, 25, 32, 33), men dette er den første studien der den er følsom i et kontrollert laboratoriemiljø.Samfunnene i taxaene ble utsatt for fipronilforbindelser, og resultatene ble ekstrapolert på kontinental skala.Resultatene av det 30-dagers mesokosmiske eksperimentet kan produsere 15 diskrete akvatiske insektgrupper (Tabell S1) med urapportert konsentrasjon i litteraturen, blant dem er vannlevende insekter i toksisitetsdatabasen underrepresentert (53, 54).Taxa-spesifikke dose-respons-kurver (som EC50) gjenspeiles i endringer på samfunnsnivå (som taxa-rikdom og kan tap av flyoverflod) og funksjonelle endringer (som ernæringskaskader og endringer i utseende).Effekten av det mesoskopiske universet ble ekstrapolert til feltet.I fire av de fem forskningsområdene i USA var den feltmålte fipronilkonsentrasjonen korrelert med nedgangen i det akvatiske økosystemet i det flytbare vannet.
HC5-verdien til 95 % av artene i mediummembraneksperimentet har en beskyttende effekt, noe som indikerer at akvatiske virvelløse samfunn er mer følsomme for fipronilforbindelser enn tidligere forstått.Den oppnådde HC5-verdien (florfenib, 4,56 ng/liter; desulfoksiran, 3,55 ng/liter; sulfon, 2,86 ng/liter; sulfid, 3,52 ng/liter) er flere ganger (florfenib) til tre ganger mer enn en størrelsesorden (desulfinyl) ) under gjeldende EPA benchmark for kroniske virvelløse dyr [fipronil, 11 ng/liter;desulfinyl, 10 310 ng/liter;sulfon, 37 ng/liter;og sulfid, for 110 ng/liter (8)].Mesoskopiske eksperimenter identifiserte mange grupper som er følsomme for fipronil i stedet for de som er angitt av EPAs benchmark for kroniske virvelløse dyr (4 grupper som er mer følsomme for fipronil, 13 par desulfinyl, 11 par sulfon og 13 par) Sulfidfølsomhet4) (figur tabell) S1).Dette viser at benchmarks ikke kan beskytte flere arter som også er observert i mellomverdenen, som også er utbredt i akvatiske økosystemer.Forskjellen mellom resultatene våre og gjeldende benchmark skyldes i hovedsak mangelen på testdata for fipronil-toksisitet som gjelder for en rekke vannlevende insekttaxa, spesielt når eksponeringstiden overstiger 4 dager og fipronil brytes ned.I løpet av det 30-dagers mesokosmiske eksperimentet var de fleste insekter i virvelløse dyr mer følsomme for fipronil enn den vanlige testorganismen Aztec (krepsdyr), selv etter å ha korrigert Aztec. EC50 fra Teike gjør det det samme etter akutt transformasjon.(Vanligvis 96 timer) til kronisk eksponeringstid (Figur S7).En bedre konsensus ble oppnådd mellom mediummembraneksperimentet og studien rapportert i ECOTOX ved bruk av standard testorganisme Chironomus dilutus (et insekt).Det er ikke overraskende at vannlevende insekter er spesielt følsomme for plantevernmidler.Uten å justere eksponeringstiden, viste mesoskalaeksperimentet og de omfattende dataene fra ECOTOX-databasen at mange taxa ble observert å være mer følsomme for fipronilforbindelser enn fortynnet Clostridium (Figur S6).Ved å justere eksponeringstiden er imidlertid Dilution Clostridium den mest følsomme organismen for fipronil (foreldre) og sulfid, selv om den ikke er følsom for sulfon (Figur S7).Disse resultatene illustrerer viktigheten av å inkludere flere typer vannlevende organismer (inkludert flere insekter) for å produsere faktiske plantevernmiddelkonsentrasjoner som kan beskytte vannlevende organismer.
SSD-metoden kan beskytte sjeldne eller ufølsomme taxaer hvis EC50 ikke kan bestemmes, for eksempel Cinygmula sp., Isoperla fulva og Brachycentrus americanus.EC50-verdiene for taxa-overflod og kan fly-overflod som reflekterer endringer i fellesskapssammensetningen er i samsvar med HC50-verdiene til SSD-en for fipronil, sulfon og sulfid.Protokollen støtter følgende idé: SSD-metoden som brukes til å utlede terskler kan beskytte hele fellesskapet, inkludert sjeldne eller ufølsomme taxa i fellesskapet.Terskelen for akvatiske organismer bestemt fra SSD-er basert på bare noen få taxa eller ufølsomme taxa kan være svært utilstrekkelig for å beskytte akvatiske økosystemer.Dette er tilfellet for desulfinyl (Figur S6B).På grunn av mangelen på data i ECOTOX-databasen, er EPA-konsentrasjonen av kronisk virvelløse dyr 10 310 ng/L, som er fire størrelsesordener høyere enn 3,55 ng/L for HC5.Resultatene av forskjellige taksonresponssett produsert i mesoskopiske eksperimenter.Mangelen på toksisitetsdata er spesielt problematisk for nedbrytbare forbindelser (Figur S6), noe som kan forklare hvorfor de eksisterende vannbiologiske benchmarkene for sulfon og sulfid er omtrent 15 til 30 ganger mindre følsomme enn SSD HC5-verdien basert på China Universe.Fordelen med medium membranmetoden er at flere EC50-verdier kan bestemmes i et enkelt eksperiment, som er tilstrekkelig til å danne en komplett SSD (for eksempel desulfinyl; figur 4B og figurer S6B og S7B), og har en betydelig innvirkning på den naturlige taxaen til det beskyttede økosystemet Mange svar.
Mesoskopiske eksperimenter viser at fipronil og dets nedbrytningsprodukter kan ha åpenbare subletale og indirekte negative effekter på samfunnsfunksjonen.I det mesoskopiske eksperimentet så alle fem fipronilforbindelsene ut til å påvirke fremveksten av insekter.Resultatene av sammenligningen mellom de høyeste og laveste konsentrasjonene (hemming og stimulering av individuell fremvekst eller endringer i fremveksttid) stemmer overens med de tidligere rapporterte resultatene fra meso-eksperimenter med bruk av insektmiddelet bifentrin (29).Fremveksten av voksne gir viktige økologiske funksjoner og kan endres av forurensninger som fipronil (55, 56).Samtidig fremvekst er ikke bare kritisk for insektsreproduksjon og bestandighet i bestanden, men også for tilførsel av modne insekter, som kan brukes som mat for vann- og landdyr (56).Å forhindre fremvekst av frøplanter kan ha en negativ innvirkning på matutvekslingen mellom akvatiske økosystemer og kant-økosystemer, og spre effekten av akvatiske forurensninger inn i terrestriske økosystemer (55, 56).Nedgangen i mengden av skraper (algespisende insekter) observert i eksperimentet i mesoskala resulterte i en nedgang i algeforbruket, noe som resulterte i en økning i klorofyll a (Figur 3).Denne trofiske kaskaden endrer karbon- og nitrogenfluksene i det flytende næringsnettet, i likhet med en studie som evaluerte effekten av pyretroidbifentrin på bentiske samfunn (29).Derfor kan fenylpyrazoler, som fipronil og dets nedbrytningsprodukter, pyretroider, og kanskje andre typer insektmidler, indirekte fremme økningen i algebiomasse og forstyrrelse av karbon og nitrogen i små bekker.Andre påvirkninger kan strekke seg til ødeleggelse av karbon- og nitrogensykluser mellom akvatiske og terrestriske økosystemer.
Informasjonen innhentet fra middels membrantesten tillot oss å evaluere den økologiske relevansen av fipronilforbindelseskonsentrasjoner målt i storskala feltstudier utført i fem regioner i USA.I 444 små bekker overskred 17 % av den gjennomsnittlige konsentrasjonen av en eller flere fipronilforbindelser (gjennomsnittlig over 4 uker) HC5-verdien oppnådd fra medietesten.Bruk SSD fra meso-skala-eksperimentet til å konvertere den målte konsentrasjonen av fipronilforbindelse til en toksisitetsrelatert indeks, det vil si summen av toksisitetsenheter (ΣTUFipronils).Verdien på 1 indikerer toksisitet eller den kumulative eksponeringen av fipronilforbindelse overstiger den kjente beskyttelsen Arter verdt 95 %.Det betydelige forholdet mellom ΣTUFipronil i fire av de fem regionene og SPEAR-pesticide-indikatoren for helse hos virvelløse dyr indikerer at fipronil kan ha en negativ innvirkning på bunndyrmiljøer i elver i flere regioner i USA.Disse resultatene støtter hypotesen til Wolfram et al.(3) Risikoen for fenpyrazol-insekticider til overflatevann i USA er ikke fullt ut forstått fordi påvirkningen på vannlevende insekter skjer under gjeldende forskriftsgrense.
De fleste bekker med fipronilinnhold over det giftige nivået ligger i den relativt urbaniserte sørøstregionen (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Den forrige vurderingen av området konkluderte ikke bare med at fipronil er den viktigste stressfaktoren som påvirker strukturen i virvelløse dyr i bekken, men også at lavt oppløst oksygen, økte næringsstoffer, strømningsendringer, habitatforringelse og andre plantevernmidler og forurensningskategorien er en viktig kilde til stress (57).Denne blandingen av stressfaktorer er i samsvar med "urban river syndrome", som er nedbrytningen av elveøkosystemer som ofte observeres i forhold til urban arealbruk (58, 59).Tegn på urban arealbruk i Sørøst-regionen vokser og forventes å øke etter hvert som befolkningen i regionen vokser.Effekten av fremtidig byutvikling og plantevernmidler på byavrenning forventes å øke (4).Hvis urbaniseringen og bruken av fipronil fortsetter å vokse, kan bruken av dette plantevernmiddelet i byer i økende grad påvirke bekkesamfunn.Selv om metaanalysen konkluderer med at bruken av plantevernmidler i landbruket truer globale strømøkosystemer (2, 60), antar vi at disse vurderingene undervurderer den samlede globale effekten av plantevernmidler ved å ekskludere urban bruk.
Ulike stressfaktorer, inkludert plantevernmidler, kan påvirke makroinvertebratsamfunn i utviklede vannskiller (by-, landbruks- og blandet arealbruk) og kan være relatert til arealbruk (58, 59, 61).Selv om denne studien brukte SPEARpesticides-indikatoren og akvatiske organismespesifikke fipronil-toksisitetsegenskaper for å minimere virkningen av forstyrrende faktorer, kan ytelsen til SPEARpesticides-indikatoren bli påvirket av habitatnedbrytning, og fipronil kan sammenlignes med andre pesticidrelaterte (4, 17, 51, 57).En modell med flere stressfaktorer utviklet ved bruk av feltmålinger fra de to første regionale studiene (Midvesten og Sørøstlandet) viste imidlertid at plantevernmidler er en viktig oppstrøms stressfaktor for forhold i makroinvertebratsamfunnet i vasselver.I disse modellene inkluderer viktige forklaringsvariabler plantevernmidler (spesielt bifentrin), næringsstoffer og habitategenskaper i de fleste landbruksbekker i Midtvesten, og plantevernmidler (spesielt fipronil) i de fleste byer i sørøst.Endringer i oksygen, næringsstoffer og flyt (61, 62).Derfor, selv om regionale studier forsøker å adressere virkningen av stressfaktorer som ikke er plantevernmidler på responsindikatorer og justere de prediktive indikatorene for å beskrive virkningen av fipronil, støtter feltresultatene av denne undersøkelsen fipronils syn.) Bør betraktes som en av de mest innflytelsesrike kildene til trykk i amerikanske elver, spesielt i det sørøstlige USA.
Forekomsten av plantevernmiddelnedbrytning i miljøet er sjelden dokumentert, men trusselen mot vannlevende organismer kan være mer skadelig enn moderkroppen.Når det gjelder fipronil, har feltstudier og eksperimenter i mesoskala vist at nedbrytningsprodukter er like vanlige som moderlegemet i prøvetakene og har samme eller høyere toksisitet (tabell 1).I middels membraneksperimentet var fluorbenzonitrilsulfon det giftigste av plantevernmiddelnedbrytningsproduktene som ble studert, og det var mer giftig enn moderforbindelsen, og ble også påvist med en frekvens som ligner på moderforbindelsen.Hvis bare de overordnede plantevernmidlene måles, kan potensielle toksisitetshendelser ikke bli lagt merke til, og den relative mangelen på toksisitetsinformasjon under plantevernmiddelnedbrytning betyr at deres forekomst og konsekvenser kan ignoreres.For eksempel, på grunn av manglende informasjon om nedbrytningsprodukters giftighet, ble det foretatt en omfattende vurdering av plantevernmidler i sveitsiske bekker, inkludert 134 nedbrytningsprodukter for plantevernmidler, og kun moderstoffet ble vurdert som moderstoffet i sin økotoksikologiske risikovurdering.
Resultatene av denne økologiske risikovurderingen indikerer at fipronilforbindelser har uheldige effekter på elvehelsen, så det kan med rimelighet antas at uønskede effekter kan observeres hvor som helst der fipronilforbindelser overstiger HC5-nivået.Resultatene av mesoskopiske eksperimenter er uavhengige av plassering, noe som indikerer at konsentrasjonen av fipronil og dets nedbrytningsprodukter i mange bekketaksa er mye lavere enn tidligere registrert.Vi tror at denne oppdagelsen sannsynligvis vil bli utvidet til protobiota i uberørte bekker hvor som helst.Resultatene av eksperimentet i mesoskala ble brukt på feltstudier i stor skala (444 små bekker sammensatt av by-, landbruks- og landbruksbruk over fem hovedregioner i USA), og det ble funnet at konsentrasjonen av mange bekker hvor fipronil ble påvist forventes å være. Den resulterende toksisiteten antyder at disse resultatene kan strekke seg til andre land der fipronil brukes.Ifølge rapporter øker antallet personer som bruker Fipronil i Japan, Storbritannia og USA (7).Fipronil finnes på nesten alle kontinenter, inkludert Australia, Sør-Amerika og Afrika (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Resultatene av meso-til-felt-studiene som presenteres her indikerer at bruk av fipronil kan ha økologisk betydning på global skala.
For tilleggsmateriell for denne artikkelen, se http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Dette er en artikkel med åpen tilgang distribuert under vilkårene i Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, som tillater bruk, distribusjon og reproduksjon i et hvilket som helst medium, så lenge den endelige bruken ikke er for kommersiell vinning og forutsetningen er at originalverket er korrekt.Henvisning.
Merk: Vi ber deg kun oppgi e-postadressen din slik at personen du anbefaler til siden vet at du vil at de skal se e-posten og at det ikke er spam.Vi vil ikke registrere noen e-postadresser.
Dette spørsmålet brukes til å teste om du er en besøkende og forhindre automatisk innsending av søppelpost.
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
Studier har vist at vanlige plantevernmidler som ofte oppdages i amerikanske bekker er mer giftige enn tidligere antatt.
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
Studier har vist at vanlige plantevernmidler som ofte oppdages i amerikanske bekker er mer giftige enn tidligere antatt.
©2021 American Association for the Advancement of Science.alle rettigheter forbeholdt.AAAS er partner av HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef og COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.