Pestycydy w strumieniach stają się coraz większym problemem globalnym, ale niewiele jest informacji na temat bezpiecznej koncentracji ekosystemów wodnych.W 30-dniowym eksperymencie mezokosmicznym rodzime bezkręgowce wodne bentosowe zostały wystawione na działanie popularnego środka owadobójczego fipronil i czterech rodzajów produktów degradacji.Związek fipronilu spowodował zmiany w kaskadzie wschodów i troficznej.Opracowano efektywne stężenie (EC50), przy którym fipronil i jego produkty degradacji siarczków, sulfonów i desulfinylu powodują 50% odpowiedź.Taksany nie są wrażliwe na fipronil.Stężenie zagrożenia wynoszące 5% dotkniętych gatunków z 15 mezokosmicznych wartości EC50 służy do przeliczenia stężenia związku fipronilu w próbce polowej na sumę jednostek toksycznych (∑TUFipronils).W 16% strumieni pochodzących z pięciu badań regionalnych średnia ∑TUFipronil przekraczała 1 (co wskazuje na toksyczność).Wskaźniki gatunków zagrożonych u bezkręgowców są ujemnie skorelowane z TUTUipronilem w czterech z pięciu obszarów pobierania próbek.Ta ocena ryzyka ekologicznego pokazuje, że niskie stężenia związków fipronilu zmniejszą zbiorowiska strumieni w wielu częściach Stanów Zjednoczonych.
Chociaż w ostatnich dziesięcioleciach produkcja syntetycznych chemikaliów znacznie wzrosła, wpływ tych chemikaliów na ekosystemy inne niż docelowe nie został w pełni poznany (1).W wodach powierzchniowych, gdzie utracono 90% światowych gruntów rolnych, nie ma danych na temat pestycydów rolniczych, ale tam, gdzie takie dane istnieją, czas, w którym pestycydy przekraczają progi regulacyjne, wynosi połowę (2).Metaanaliza pestycydów rolniczych w wodach powierzchniowych w Stanach Zjednoczonych wykazała, że ​​w 70% miejsc pobierania próbek co najmniej jeden pestycyd przekroczył próg regulacyjny (3).Jednakże te metaanalizy (2, 3) skupiają się jedynie na wodach powierzchniowych, na które wpływa użytkowanie gruntów rolnych i stanowią podsumowanie odrębnych badań.Pestycydy, zwłaszcza insektycydy, występują również w wysokich stężeniach w drenażach krajobrazu miejskiego (4).Rzadko przeprowadza się kompleksową ocenę pestycydów w wodach powierzchniowych odprowadzanych z obszarów rolniczych i krajobrazów miejskich;dlatego nie wiadomo, czy pestycydy stanowią zagrożenie na dużą skalę dla zasobów wód powierzchniowych i ich integralności ekologicznej.
Benzopirazole i neonikotynoidy stanowiły jedną trzecią światowego rynku pestycydów w 2010 r. (5).W wodach powierzchniowych Stanów Zjednoczonych fipronil i produkty jego rozkładu (fenylopirazole) są najczęstszymi związkami pestycydowymi, a ich stężenia zwykle przekraczają normy wodne (6-8).Chociaż neonikotynoidy przyciągają uwagę ze względu na ich wpływ na pszczoły i ptaki oraz ich częstość występowania (9), fipronil jest bardziej toksyczny dla ryb i ptaków (10), podczas gdy inne związki z klasy fenylopirazoli mają działanie chwastobójcze (5).Fipronil to ogólnoustrojowy środek owadobójczy stosowany do zwalczania szkodników w środowiskach miejskich i rolniczych.Od czasu wprowadzenia fipronilu na rynek światowy w 1993 r. znacznie wzrosło jego stosowanie w Stanach Zjednoczonych, Japonii i Wielkiej Brytanii (5).W Stanach Zjednoczonych fipronil stosuje się do zwalczania mrówek i termitów oraz w uprawach, w tym w kukurydzy (w tym do zaprawiania nasion), ziemniakach i sadach (11, 12).Zastosowanie fipronilu w rolnictwie w Stanach Zjednoczonych osiągnęło szczyt w 2002 r. (13).Chociaż nie są dostępne żadne krajowe dane dotyczące użytkowania w miastach, szczyt wykorzystania w miastach w Kalifornii przypadał na lata 2006 i 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, dostęp: 2 grudnia 2019 r.).Chociaż w strumieniach na niektórych obszarach rolniczych stwierdza się wysokie stężenia fipronilu (6,41 μg/l) przy dużych dawkach stosowania (14), w porównaniu ze strumieniami rolniczymi, w strumieniach miejskich w Stanach Zjednoczonych na ogół wykrywa się więcej i są one wyższe. Wysokie stężenia, pozytywne dla występowanie burz wiąże się z testem (6, 7, 14-17).
Fipronil przedostaje się do ekosystemu wodnego poprzez odpływ lub wypłukiwanie z gleby do strumienia (7, 14, 18).Fipronil ma niską lotność (stała prawa Henry'ego 2,31×10-4 Pa m3 mol-1), niską do umiarkowanej rozpuszczalność w wodzie (3,78 mg/l w 20°C) i umiarkowaną hydrofobowość (log Kow wynosi 3,9 do 4,1)), mobilność w glebie jest bardzo mała (log Koc wynosi od 2,6 do 3,1) (12, 19) i charakteryzuje się niską do średniej trwałością w środowisku (20).Finazepril ulega rozkładowi w wyniku fotolizy, utleniania, hydrolizy i redukcji zależnej od pH, tworząc cztery główne produkty rozkładu: dessulfoksyfenapryl (ani sulfotlenek), sulfon fenaprenipu (sulfon), filofenamid (amid) i siarczek filofenibu (siarczek).Produkty degradacji fipronilu są zwykle trwalsze i trwalsze niż związek macierzysty (21, 22).
Toksyczność fipronilu i jego rozkład na gatunki inne niż docelowe (takie jak bezkręgowce wodne) została dobrze udokumentowana (14, 15).Fipronil jest związkiem neurotoksycznym, który zakłóca przejście jonów chlorkowych przez kanał chlorkowy regulowany przez kwas gamma-aminomasłowy u owadów, powodując stężenie wystarczające do nadmiernego pobudzenia i śmierci (20).Fipronil jest selektywnie toksyczny, dlatego ma większe powinowactwo wiązania z receptorami u owadów niż u ssaków (23).Działanie owadobójcze produktów degradacji fipronilu jest odmienne.Toksyczność sulfonu i siarczku dla bezkręgowców słodkowodnych jest podobna lub wyższa niż w przypadku związku macierzystego.Desulfinyl ma umiarkowaną toksyczność, ale jest mniej toksyczny niż związek macierzysty.Stosunkowo nietoksyczny (23, 24).Wrażliwość bezkręgowców wodnych na fipronil i degradację fipronilu jest bardzo zróżnicowana w obrębie taksonów i pomiędzy nimi (15), a w niektórych przypadkach nawet przekracza rząd wielkości (25).Wreszcie istnieją dowody na to, że fenylopirazole są bardziej toksyczne dla ekosystemu, niż wcześniej sądzono (3).
Wodne wzorce biologiczne oparte na laboratoryjnych badaniach toksyczności mogą powodować niedoszacowanie ryzyka populacji terenowych (26-28).Normy dla organizmów wodnych ustala się zwykle w drodze laboratoryjnych badań toksyczności jednego gatunku z wykorzystaniem jednego lub kilku gatunków bezkręgowców wodnych (na przykład Diptera: Chironomidae: Chironomus i Crustacea: Daphnia magna i Hyalella azteca).Te organizmy testowe są na ogół łatwiejsze w uprawie niż inne makrobezkręgowce bentosowe (na przykład rodzaj phe::), a w niektórych przypadkach są mniej wrażliwe na zanieczyszczenia.Na przykład D. Magna jest mniej wrażliwa na wiele metali niż niektóre owady, podczas gdy A. zteca jest mniej wrażliwa na bifentrynę, insektycyd pyretroidowy, niż na robaki (29, 30).Kolejnym ograniczeniem istniejących benchmarków są punkty końcowe stosowane w obliczeniach.Dotkliwe punkty odniesienia opierają się na śmiertelności (lub ustalone w przypadku skorupiaków), podczas gdy przewlekłe punkty odniesienia opierają się zwykle na subletalnych punktach końcowych (takich jak wzrost i reprodukcja) (jeśli występują).Jednakże występują powszechne skutki subletalne, takie jak wzrost, wschody, paraliż i opóźnienie rozwoju, które mogą mieć wpływ na powodzenie taksonów i dynamikę społeczności.W rezultacie, chociaż poziom odniesienia zapewnia tło dla biologicznego znaczenia skutku, znaczenie ekologiczne jako próg toksyczności jest niepewne.
Aby lepiej zrozumieć wpływ związków fipronilu na denne ekosystemy wodne (bezkręgowce i glony), do laboratorium sprowadzono naturalne zbiorowiska bentosowe i poddano je działaniu gradientów stężeń podczas 30-dniowego przepływu Fipronilu lub jednego z czterech eksperymentów degradacji fipronilu.Celem badań jest określenie specyficznego dla gatunku stężenia skutkującego 50% (wartości EC50) dla każdego związku fipronilu reprezentującego szerokie taksony zbiorowiska rzecznego oraz określenie wpływu substancji zanieczyszczających na strukturę i funkcjonowanie zbiorowiska [tj. stężenie zagrożenia] 5 % gatunków dotkniętych (HC5) i skutki pośrednie, takie jak zmienione wschody i dynamika troficzna].Następnie próg (wartość HC5 specyficzna dla związku) uzyskany w eksperymencie mezoskopowym zastosowano na polu zebranym przez United States Geological Survey (USGS) z pięciu regionów Stanów Zjednoczonych (północno-wschodni, południowo-wschodni, środkowo-zachodni, północno-zachodni Pacyfik i środkowa Kalifornia). Coastal Zone) w ramach oceny jakości regionalnego strumienia USGS (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).O ile nam wiadomo, jest to pierwsza ocena ryzyka ekologicznego.W jego ramach kompleksowo bada się wpływ związków fipronilu na organizmy bentosowe w kontrolowanym mezośrodowisku, a następnie stosuje te wyniki do ocen terenowych na skalę kontynentalną.
30-dniowy eksperyment mezokosmiczny przeprowadzono w USGS Aquatic Laboratory (AXL) w Fort Collins, Kolorado, USA, od 18 października do 17 listopada 2017 r. i obejmował 1 dzień udomowienia i 30 dni eksperymentów.Metodę opisano wcześniej (29, 31) i szczegółowo opisano w materiale dodatkowym.Ustawienie przestrzeni mezo zawiera 36 przepływów krążących w czterech aktywnych przepływach (zbiorniki wody obiegowej).Każdy żywy strumień jest wyposażony w chłodnicę utrzymującą temperaturę wody i oświetlany w cyklu światło-ciemność 16:8.Przepływ na poziomie mezo to stal nierdzewna, która jest odpowiednia dla hydrofobowości fipronilu (log Kow = 4,0) i odpowiednia dla organicznych rozpuszczalników czyszczących (rysunek S1).Wodę wykorzystaną do eksperymentu w skali mezo zebrano z rzeki Cache La Poudre (źródła znajdujące się w górnym biegu rzeki, w tym Park Narodowy Gór Skalistych, Las Narodowy i Continental Divide) i przechowywano w czterech polietylenowych zbiornikach magazynowych AXL.Poprzednie oceny próbek osadu i wody pobranych z obiektu nie wykazały żadnych pestycydów (29).
Projekt eksperymentu w skali mezo składa się z 30 strumieni przetwarzających i 6 strumieni kontrolnych.Do strumienia oczyszczania trafia woda uzdatniona, z których każda zawiera niespotykane stałe stężenia związków fipronilu: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amid (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), grupa odsiarczająca [Biblioteka pestycydów Agencji Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (EPA), CAS 205650-65-3], sulfon (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) i siarczek (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6), wszystkie czystości ≥ 97,8%.Według opublikowanych wartości odpowiedzi (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33). Poprzez rozpuszczenie związku fipronilu w metanolu (poziom certyfikacji Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society) i rozcieńczyć z wodą dejonizowaną do wymaganej objętości w celu przygotowania stężonego roztworu podstawowego. Ze względu na różną ilość metanolu w dawce konieczne jest dodawanie metanolu do wszystkich strumieni oczyszczania w miarę potrzeb. W trzech kontrolach, aby zapewnić takie samo stężenie metanolu ( 0,05 ml/L) w potokach. Widok środkowy pozostałych trzech potoków kontrolnych otrzymywał wodę rzeczną bez metanolu, poza tym traktowano je jak wszystkie pozostałe cieki.
W ósmym, szesnastym i dwudziestym szóstym dniu w membranie przepływowej mierzono temperaturę, wartość pH, przewodność elektryczną oraz degradację fipronilu i fipronilu.W celu śledzenia degradacji związku macierzystego, fipronilu podczas testu pożywki, fipronil (macierzysty) stosowano do leczenia płynnej błony śluzowej jelit przez kolejne trzy dni [dni 5, 12 i 21 (n = 6)] w celu pomiaru temperatury, pH, Pobieranie próbek przewodności, fipronilu i degradacji fipronilu.Próbki do analizy pestycydów zebrano poprzez przefiltrowanie 10 ml przepływającej wody do 20 ml fiolki ze szkła oranżowego przez filtr strzykawkowy Whatman 0,7 μm GF/F wyposażony w igłę o dużej średnicy.Próbki natychmiast zamrożono i przesłano do analizy do Krajowego Laboratorium Jakości Wody USGS (NWQL) w Lakewood w stanie Kolorado, USA.Stosując ulepszoną metodę wcześniej opublikowaną metodę, określono produkty degradacji fipronilu i 4 w próbkach wody metodą chromatografii cieczowej z bezpośrednim wtryskiem wody (DAI) i tandemowej spektrometrii mas (LC-MS / MS; Agilent 6495).Poziom wykrywalności przyrządu (IDL) szacuje się jako minimalny standard kalibracji spełniający standard identyfikacji jakościowej;IDL fipronilu wynosi 0,005 µg/l, a IDL pozostałych czterech fipronilu wynosi 0,001 µg/l.Materiał dodatkowy zawiera pełny opis metod stosowanych do oznaczania związków fipronilu, w tym procedury kontroli i zapewniania jakości (na przykład odzyskiwanie próbek, kolce, inspekcje stron trzecich i próby ślepe).
Pod koniec 30-dniowego eksperymentu mezokosmicznego zakończono zliczanie i identyfikację bezkręgowców dorosłych i larwalnych (główny punkt końcowy gromadzenia danych).Młode osobniki dorosłe są codziennie zbierane z siatki i zamrażane w czystej probówce wirówkowej Falcon o pojemności 15 ml.Na koniec doświadczenia (dzień 30) zawartość membrany w każdym strumieniu przemyto w celu usunięcia wszelkich bezkręgowców, przesiano (250 µm) i przechowywano w 80% etanolu.Firma Timberline Aquatics (Fort Collins, Kolorado) zakończyła identyfikację taksonomiczną larw i dorosłych bezkręgowców do najniższego możliwego poziomu taksonomicznego, zwykle gatunku.W dniach 9, 19 i 29 mierzono poziom chlorofilu a w trzech powtórzeniach w błonie mezoskopowej każdego strumienia.Wszystkie dane chemiczne i biologiczne będące częścią eksperymentu mezoskopowego przedstawiono w załączonym komunikacie dotyczącym danych (35).
Badania ekologiczne przeprowadzono w małych (brodzących) strumieniach w pięciu głównych obszarach Stanów Zjednoczonych, a w poprzednim okresie indeksowym monitorowano pestycydy.Krótko mówiąc, biorąc pod uwagę sposób użytkowania gruntów rolniczych i miejskich (36–40), w każdym województwie wybrano od 77 do 100 lokalizacji (łącznie 444 lokalizacje).Wiosną i latem jednego roku (2013–2017) próbki wody pobierane są raz w tygodniu w każdym regionie przez 4 do 12 tygodni.Konkretny czas zależy od regionu i intensywności rozwoju.Jednak 11 stacji w regionie północno-wschodnim znajduje się prawie w zlewni.Brak zmian, z wyjątkiem tego, że pobrano tylko jedną próbkę.Ponieważ okresy monitorowania pestycydów w badaniach regionalnych są różne, dla porównania uwzględniono tutaj tylko cztery ostatnie próbki pobrane w każdym miejscu.Zakłada się, że pojedyncza próbka pobrana na niezagospodarowanym stanowisku północno-wschodnim (n = 11) może reprezentować 4-tygodniowy okres pobierania próbek.Metoda ta prowadzi do takiej samej liczby obserwacji pestycydów (z wyjątkiem 11 lokalizacji na północnym wschodzie) i takiego samego czasu trwania obserwacji;uważa się, że 4 tygodnie to czas wystarczający na długotrwałe narażenie na kontakt z fauną i fauną, ale na tyle krótki, że społeczność ekologiczna nie powinna dojść do siebie po tych kontaktach.
W przypadku wystarczającego przepływu próbkę wody pobiera się za pomocą przyrostów o stałej prędkości i stałej szerokości (41).Gdy przepływ nie jest wystarczający, aby zastosować tę metodę, można pobrać próbki poprzez głęboką integrację próbek lub chwytanie ze środka ciężkości przepływu.Użyj strzykawki o dużej średnicy i filtra dyskowego (0,7 μm), aby zebrać 10 ml przefiltrowanej próbki (42).Za pomocą DAI LC-MS/MS/MS/MS próbki wody analizowano w NWQL pod kątem 225 pestycydów i produktów degradacji pestycydów, w tym fipronilu i 7 produktów degradacji (dessulfinylofipronil, fipronil). Siarczki, sulfon fipronilu, deschlorofipronil, destiol fipronil, amid, fipronil i fipronil).).Typowe minimalne poziomy zgłaszania w przypadku badań terenowych to: fipronil, desmetylotiofluorobenzonitryl, siarczek fipronilu, sulfon fipronilu i deschlorofipronil 0,004 μg/l;dessulfinylofluorofenamid i Stężenie amidu fipronilu wynosi 0,009 μg/litr;stężenie sulfonianu fipronilu wynosi 0,096 μg/litr.
Próbki ze zbiorowisk bezkręgowców pobiera się na koniec badania każdego obszaru (wiosna/lato), zwykle w tym samym czasie, co ostatnie pobieranie próbek pestycydów.Po sezonie wegetacyjnym i intensywnym stosowaniu pestycydów czas pobierania próbek powinien być zgodny z warunkami niskiego przepływu i powinien pokrywać się z czasem, w którym zbiorowisko bezkręgowców rzecznych dojrzewa i znajduje się głównie w fazie życia larwalnego.Przy użyciu próbnika Surbera z oczkami 500 μm lub siatki w kształcie litery D pobieranie próbek społeczności bezkręgowców zakończono w 437 z 444 miejsc.Metodę pobierania próbek opisano szczegółowo w materiale dodatkowym.W NWQL wszystkie bezkręgowce są zwykle identyfikowane i wymieniane na poziomie rodzaju lub gatunku.Wszystkie dane chemiczne i biologiczne zebrane w tej dziedzinie i wykorzystane w tym manuskrypcie można znaleźć w załączonym komunikacie dotyczącym danych (35).
Dla pięciu związków fipronilu zastosowanych w doświadczeniu mezoskopowym obliczono stężenie larw bezkręgowców zmniejszone o 20% lub 50% w stosunku do kontroli (tj. EC20 i EC50).Dane [x = stężenie fipronilu ważone w czasie (szczegóły w materiale dodatkowym), y = liczebność larw lub inne metryki] dopasowano do rozszerzonego pakietu R(43) przy użyciu trójparametrowej metody regresji logarytmicznej „drc”.Krzywa pasuje do wszystkich gatunków (larw) o wystarczającej liczebności i spełnia inne interesujące wskaźniki (na przykład bogactwo taksonów, całkowitą liczebność jętek i całkowitą liczebność), aby lepiej zrozumieć wpływ społeczności.Do oceny dopasowania modelu stosuje się współczynnik Nasha-Sutcliffa (45), przy czym słabe dopasowanie modelu może otrzymać nieskończoną liczbę wartości ujemnych, a wartość idealnego dopasowania wynosi 1.
Aby zbadać wpływ związków fipronilu na pojawienie się owadów w eksperymencie, dane oceniano na dwa sposoby.Po pierwsze, odejmując średni wygląd mezo strumienia kontrolnego od wyglądu mezo strumienia każdego zabiegu, skumulowane dzienne występowanie owadów z każdego mezo strumienia (całkowita liczba wszystkich osobników) znormalizowano do kontroli.Wykreśl te wartości w funkcji czasu, aby zrozumieć odchylenie mediatora płynu leczniczego od mediatora płynu kontrolnego w 30-dniowym eksperymencie.Po drugie, oblicz całkowity procent występowania każdego mezofilu przepływu, który jest zdefiniowany jako stosunek całkowitej liczby mezofili w danym przepływie do średniej liczby larw i postaci dorosłych w grupie kontrolnej i jest odpowiedni dla trójparametrowej regresji logarytmicznej .Wszystkie zebrane owady kiełkujące pochodziły z dwóch podrodzin rodziny Chironomidae, dlatego przeprowadzono łączną analizę.
Zmiany w strukturze zbiorowisk, takie jak utrata taksonów, mogą ostatecznie zależeć od bezpośredniego i pośredniego działania substancji toksycznych i mogą prowadzić do zmian w funkcjonowaniu zbiorowisk (na przykład kaskady troficznej).Aby przetestować kaskadę troficzną, oszacowano prostą sieć przyczynową za pomocą metody analizy ścieżki (pakiet R „piecewiseSEM”) (46).Do doświadczeń mezoskopowych przyjmuje się, że fipronil, desulfinyl, siarczek i sulfon (niebadany amid) zawarte w wodzie w celu zmniejszenia biomasy zgarniaka, pośrednio prowadzą do wzrostu biomasy chlorofilu a (47).Stężenie związku jest zmienną predykcyjną, a biomasa zgarniacza i chlorofilu a są zmiennymi odpowiedzi.Do oceny dopasowania modelu stosuje się statystykę C Fishera, tak że wartość P <0,05 wskazuje na dobre dopasowanie modelu (46).
Aby opracować oparty na ryzyku środek ochronny dla społeczności ekologicznych, każdy związek uzyskał 95% rozkładu wrażliwości gatunków chronicznych (SSD) narażonych gatunków (HC5) i ochronę przed koncentracją zagrożeń.Wygenerowano trzy zestawy danych SSD: (i) tylko zestaw danych mezo, (ii) zestaw danych zawierający wszystkie dane mezo i dane zebrane z zapytania do bazy danych EPA ECOTOX (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, dostęp: 14 marca 2019 r.), czas trwania badania wynosi 4 dni lub dłużej oraz (iii) zbiór danych zawierający wszystkie dane mezoskopowe i dane ECOTOX, w którym dane ECOTOX (ostre narażenie) podzielone przez ostrą do Stosunek przewlekłej D. magna ( 19.39), aby wyjaśnić różnicę w czasie trwania ekspozycji i przybliżyć wartość chroniczną EC50 (12).Naszym celem generowania wielu modeli dysków SSD jest (i) opracowanie wartości HC5 do porównania z danymi terenowymi (tylko w przypadku dysków SSD dla mediów) oraz (ii) ocena, czy dane medialne są szerzej akceptowane w przypadku włączenia do akwakultury niż agencje regulacyjne. solidność wzorców życia i ustalanie standardów zasobów danych, a tym samym praktyczność wykorzystania badań mezoskopowych w procesie dostosowawczym.
Dla każdego zestawu danych opracowano dysk SSD przy użyciu pakietu R „ssdtools” (48).Użyj paska początkowego (n = 10 000), aby oszacować średnią HC5 i przedział ufności (CI) z dysku SSD.Czterdzieści dziewięć odpowiedzi taksonów (wszystkie taksony zidentyfikowane jako rodzaj lub gatunek) opracowanych w ramach tych badań połączono z 32 odpowiedziami taksonów zebranymi z sześciu opublikowanych badań w bazie danych ECOTOX, co daje łącznie 81 odpowiedzi taksonów, które można wykorzystać do opracowania dysków SSD .Ponieważ w bazie danych ECOTOX dotyczącej amidów nie znaleziono żadnych danych, nie opracowano dysku SSD dla amidów i uzyskano tylko jedną odpowiedź EC50 z bieżącego badania.Chociaż w bazie danych ECOTOX znaleziona została wartość EC50 tylko jednej grupy siarczkowej, obecny absolwent ma 12 wartości EC50.Dlatego opracowano dyski SSD dla grup sulfinylowych.
Konkretne wartości HC5 związków fipronilu uzyskane wyłącznie ze zbioru danych SSD Mesocosmos połączono z danymi terenowymi w celu oceny narażenia i potencjalnej toksyczności związków fipronilu w 444 strumieniach z pięciu regionów Stanów Zjednoczonych.W ostatnim 4-tygodniowym oknie pobierania próbek każde wykryte stężenie związków fipronilu (niewykryte stężenia wynoszą zero) jest dzielone przez odpowiedni HC5 i sumowany jest stosunek składników w każdej próbce, aby otrzymać jednostkę całkowitej toksyczności fipronilu (ΣTUFipronils), gdzie ΣTUFipronils > 1 oznacza toksyczność.
Porównując stężenie zagrożenia wynoszące 50% dotkniętego gatunku (HC50) z wartością EC50 bogactwa taksonów uzyskaną z eksperymentu na średniej membranie, oszacowano SSD uzyskany z danych dotyczących membrany na pożywkę, aby odzwierciedlić wrażliwość szerszej społeczności ekologicznej na fipronil stopień..Dzięki temu porównaniu można ocenić zgodność metody SSD (obejmującej tylko te taksony, w których występuje zależność dawka-odpowiedź) z metodą EC50 (obejmującą wszystkie unikalne taksony obserwowane w środkowej przestrzeni) wykorzystującą metodę EC50 do pomiaru bogactwa taksonów.Zależność dawka-odpowiedź.
Obliczono wskaźnik gatunków zagrożonych pestycydami (SPEARpesticides), aby zbadać związek między stanem zdrowia zbiorowisk bezkręgowców a ΣTUFipronilem w 437 strumieniach zbierających bezkręgowce.Metryka SPEARpesticides przekształca skład bezkręgowców w metrykę liczebności dla taksonomii biologicznej z cechami fizjologicznymi i ekologicznymi, nadając w ten sposób wrażliwość na pestycydy.Wskaźnik SPEARpesticides nie jest wrażliwy na naturalne współzmienne (49, 50), chociaż na jego działanie będzie miała wpływ poważna degradacja siedlisk (51).Dane dotyczące liczebności zebrane na miejscu dla każdego taksonu są skoordynowane z kluczową wartością taksonu powiązaną z oprogramowaniem ASTERICS w celu oceny jakości ekologicznej rzeki (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Następnie zaimportuj dane do oprogramowania Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (wersja 18.05).W tym oprogramowaniu europejska baza danych cech i baza danych zawierająca fizjologiczną wrażliwość na pestycydy są wykorzystywane do konwersji danych każdego miejsca na wskaźnik SPEARpesticides.W każdym z pięciu badań regionalnych wykorzystano ogólny model addytywny (GAM) [pakiet „mgcv” w R(52)) w celu zbadania związku między metryką SPEARpesticides a powiązaną konwersją ΣTUFipronils [log10(X + 1)].Bardziej szczegółowe informacje na temat wskaźników SPEARpesticides i analizy danych można znaleźć w materiałach uzupełniających.
Wskaźnik jakości wody jest spójny w każdym mezoskopowym przepływie i w całym okresie eksperymentu mezoskopowego.Średnia temperatura, pH i przewodność wynosiły odpowiednio 13,1°C (±0,27°C), 7,8 (±0,12) i 54,1 (±2,1) µS/cm (35).Zmierzona zawartość rozpuszczonego węgla organicznego w czystej wodzie rzecznej wynosi 3,1 mg/l.W mezoobrazie rzeki, w którym zastosowano rejestrator MiniDOT, zawartość rozpuszczonego tlenu jest bliska stanu nasycenia (średnia > 8,0 mg/L), co wskazuje na pełną cyrkulację strumienia.
Dane dotyczące kontroli i zapewnienia jakości fipronilu przedstawiono w załączonym komunikacie dotyczącym danych (35).Krótko mówiąc, współczynnik odzysku kolców matrycy laboratoryjnej i próbek mezoskopowych zwykle mieści się w dopuszczalnych zakresach (odzysk od 70% do 130%), standardy IDL potwierdzają metodę ilościową, a ślepe próby laboratoryjne i instrumentarium są zwykle czyste. Istnieje bardzo niewiele wyjątków poza te uogólnienia omówiono w materiale dodatkowym..
Ze względu na konstrukcję systemu zmierzone stężenie fipronilu jest zwykle niższe niż wartość docelowa (rysunek S2) (ponieważ osiągnięcie stanu ustalonego w idealnych warunkach zajmuje od 4 do 10 dni) (30).W porównaniu z innymi związkami fipronilu, stężenie desulfinylu i amidu zmienia się nieznacznie w czasie, a zmienność stężenia w trakcie zabiegu jest mniejsza niż różnica pomiędzy zabiegami, z wyjątkiem leczenia niskim stężeniem sulfonu i siarczku.Średni ważony w czasie zakres zmierzonych stężeń dla każdej grupy leczenia jest następujący: Fipronil, IDL do 9,07 μg/l;Desulfinyl, IDL do 2,15 μg/l;Amid, IDL do 4,17 μg/l;Siarczek, IDL Do 0,57 μg/litr;i sulfon, IDL wynosi 1,13 μg/litr (35).W niektórych strumieniach wykryto niedocelowe związki fipronilu, to znaczy związki, które nie zostały dodane do konkretnego zabiegu, ale o których wiadomo, że są produktami degradacji związku poddanego działaniu.W membranach mezoskopowych traktowanych związkiem macierzystym fipronilem występuje największa liczba wykrytych produktów degradacji innych niż docelowe (jeśli nie są stosowane jako związek do przetwarzania, są to sulfinyl, amid, siarczek i sulfon);może to być spowodowane procesem produkcyjnym, złożonymi zanieczyszczeniami i/lub procesami degradacji, które zachodzą podczas przechowywania roztworu podstawowego i (lub) w eksperymencie mezoskopowym, a nie wynikiem zanieczyszczenia krzyżowego.Podczas leczenia fipronilem nie zaobserwowano żadnego trendu stężenia degradacji.Związki ulegające degradacji niebędące docelowymi są najczęściej wykrywane w organizmie przy najwyższym stężeniu stosowanym podczas leczenia, ale stężenie jest mniejsze niż stężenie tych związków niebędących docelowymi (stężenie podano w następnej sekcji).Dlatego też, ponieważ przy najniższym podaniu fipronilu zwykle nie wykrywa się związków ulegających degradacji niebędących docelowymi, a wykryte stężenie jest niższe niż stężenie powodujące efekt przy najwyższym działaniu, stwierdza się, że te związki niebędące docelowymi mają minimalny wpływ na analizę.
W eksperymentach z mediami makrobezkręgowce bentosowe były wrażliwe na fipronil, desulfinyl, sulfon i siarczek [Tabela S1;oryginalne dane dotyczące liczebności przedstawiono w załączonej wersji danych (35)].Amid fipronilu przeznaczony jest wyłącznie dla much Rhithrogena sp.Toksyczny (śmiertelny), jego EC50 wynosi 2,05 μg/L [±10,8(SE)].Wygenerowano krzywe odpowiedzi na dawkę dla 15 unikalnych taksonów.Taksony te wykazywały śmiertelność w badanym zakresie stężeń (Tabela S1) i atakowały taksony skupione (takie jak muchy) (Rysunek S3) i taksony bogate (Rysunek 1). Wygenerowano krzywą odpowiedzi na dawkę.Stężenie (EC50) fipronilu, desulfinylu, sulfonu i siarczku w unikalnych taksonach najbardziej wrażliwych taksonów mieści się w zakresie odpowiednio 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 i 0,005-0,043 μg/L.Rhithrogena sp.Oraz Sweltsa sp.;Rysunek S4) są niższe niż bardziej tolerowane taksony (takie jak Micropsectra / Tanytarsus i Lepidostoma sp.) (Tabela S1).Zgodnie ze średnim EC50 każdego związku w Tabeli S1, sulfony i siarczki są najskuteczniejszymi związkami, podczas gdy bezkręgowce są na ogół najmniej wrażliwe na desulfinyl (z wyjątkiem amidów).Wskaźniki ogólnego stanu ekologicznego, takie jak bogactwo taksonów, całkowita liczebność, całkowita pentaploidalność i całkowita liczebność much skalnych, w tym taksony i liczebność niektórych taksonów, są bardzo rzadkie w mezo i nie można ich obliczyć. Narysuj oddzielną krzywą reakcji na dawkę.Dlatego te wskaźniki ekologiczne obejmują reakcje taksonów nieuwzględnione w SSD.
Bogactwo taksonów (larwa) z trójpoziomową funkcją logistyczną stężenia (A) fipronilu, (B) desulfinylu, (C) sulfonu i (D) stężenia siarczku.Każdy punkt danych reprezentuje larwy z pojedynczego strumienia na koniec 30-dniowego eksperymentu mezo.Bogactwo taksonów to liczba unikalnych taksonów w każdym strumieniu.Wartość stężenia jest średnią ważoną w czasie zaobserwowanego stężenia każdego strumienia zmierzonego na koniec 30-dniowego doświadczenia.Amid fipronilu (nie pokazano) nie ma związku z bogatymi taksonami.Należy pamiętać, że oś x jest wyrażona w skali logarytmicznej.EC20 i EC50 z SE podano w tabeli S1.
Przy najwyższym stężeniu wszystkich pięciu związków fipronilu tempo pojawiania się Uetridae spadło.Zaobserwowano, że procent kiełkowania (EC50) siarczku, sulfonu, fipronilu, amidu i desulfinylu spadł o 50% przy stężeniach odpowiednio 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 i 0,97 μg/L (Rysunek 2 i Rysunek S5).W większości 30-dniowych eksperymentów wszystkie terapie fipronilem, desulfinylem, sulfonem i siarczkiem były opóźnione, z wyjątkiem niektórych terapii niskimi stężeniami (ryc. 2), a ich pojawienie się było zahamowane.W przypadku obróbki amidowej, w całym doświadczeniu zgromadzony odciek był wyższy niż w kontroli i wyniósł 0,286 µg/litr.Najwyższe stężenie (4,164 µg/litr) podczas całego doświadczenia hamowało wyciek, a szybkość odpływu z pośredniej obróbki była podobna jak w grupie kontrolnej.(Rysunek 2).
Skumulowane wschody to średnie dzienne wschody każdego zabiegu minus (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfon, (D) siarczek i (E) amid w strumieniu kontrolnym. Średnie dzienne wschody błony.Z wyjątkiem kontroli (n = 6), n = 1. Wartość stężenia jest średnią ważoną w czasie obserwowanego stężenia w każdym przepływie.
Krzywa dawka-odpowiedź pokazuje, że oprócz strat taksonomicznych zachodzą zmiany strukturalne na poziomie społeczności.W szczególności, w badanym zakresie stężeń, liczebność maju (rysunek S3) i liczebność taksonów (rysunek 1) wykazały znaczące zależności pomiędzy dawką a odpowiedzią w przypadku fipronilu, desulfinylu, sulfonu i siarczku.Dlatego zbadaliśmy, w jaki sposób te zmiany strukturalne prowadzą do zmian w funkcjonowaniu społeczności, testując kaskadę żywieniową.Narażenie bezkręgowców wodnych na fipronil, desulfinyl, siarczek i sulfon ma bezpośredni negatywny wpływ na biomasę zgarniaka (ryc. 3).W celu ograniczenia negatywnego wpływu fipronilu na biomasę zgarniaka, zgarniacz oddziaływał także negatywnie na biomasę chlorofilu a (ryc. 3).Wynikiem tych ujemnych współczynników ścieżki jest wzrost netto chlorofilu a wraz ze wzrostem stężenia fipronilu i substancji degradowanych.Te w pełni pośrednie modele szlaków wskazują, że zwiększona degradacja fipronilu lub fipronilu prowadzi do wzrostu proporcji chlorofilu a (ryc. 3).Z góry zakłada się, że bezpośredni wpływ pomiędzy fipronilem lub stężeniem degradacji a biomasą chlorofilu a wynosi zero, ponieważ związki fipronilu są pestycydami i mają niską toksyczność bezpośrednią dla alg (przykładowo ostre stężenie wyjściowe EPA dla roślin nienaczyniowych wynosi 100 μg/L fipronil, grupa disulfotlenkowa, sulfon i siarczek; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), Wszystkie wyniki (prawidłowe modele) to potwierdzają hipoteza.
Fipronil może znacznie zmniejszyć biomasę (bezpośredni wpływ) wypasu (grupą skrobaków są larwy), ale nie ma bezpośredniego wpływu na biomasę chlorofilu a.Jednakże silnym, pośrednim działaniem fipronilu jest zwiększenie biomasy chlorofilu a w odpowiedzi na rzadsze wypasanie.Strzałka wskazuje znormalizowany współczynnik ścieżki, a znak minus (-) wskazuje kierunek asocjacji.* Wskazuje stopień ważności.
Trzy dyski SSD (tylko warstwa środkowa, warstwa środkowa plus dane ECOTOX i warstwa środkowa plus dane ECOTOX skorygowane o różnice w czasie ekspozycji) wytworzyły nominalnie różne wartości HC5 (Tabela S3), ale wyniki mieściły się w zakresie SE.W pozostałej części tego badania skupimy się na dyskach SSD z danymi, uwzględniając jedynie wszechświat mezo i powiązaną wartość HC5.Pełniejszy opis tych trzech ocen dysków SSD można znaleźć w materiałach uzupełniających (tabele S2 do S5 oraz rysunki S6 i S7).Najlepiej dopasowany rozkład danych (najniższy wynik w standardzie informacyjnym Akaike) czterech związków fipronilu (Rysunek 4) zastosowanych wyłącznie na mapie mezostałego SSD to log-gumbel fipronilu i sulfonu oraz weibull siarczku i odsiarczonego γ ( Tabela S3).Wartości HC5 uzyskane dla każdego związku przedstawiono na rysunku 4 tylko dla wszechświata mezo, a w tabeli S3 podano wartości HC5 ze wszystkich trzech zestawów danych SSD.Wartości HC50 grup fipronilowych, siarczkowych, sulfonowych i desulfinylowych [22,1±8,78 ng/L (95% CI, 11,4 do 46,2), 16,9±3,38 ng/L (95% CI, 11,2 do 24,0), 8 80± 2,66 ng/L (95% CI, 5,44 do 15,8) i 83,4±32,9 ng/L (95% CI, 36,4 do 163)] Związki te są znacznie niższe niż bogactwo taksonów EC50 (całkowita liczba unikalnych taksonów) (Tabela S1 ; uwagi w tabeli materiałów uzupełniających podano w mikrogramach na litr).
W eksperymencie w skali mezo, pod wpływem (A) fipronilu, (B) dessulfinylofipronilu, (C) sulfonu fipronilu, (D) siarczku fipronilu przez 30 dni, opisano wrażliwość gatunku. Jest to wartość EC50 taksonu.Niebieska linia przerywana przedstawia 95% CI.Pozioma linia przerywana przedstawia HC5.Wartość HC5 (ng/l) każdego związku jest następująca: Fipronil, 4,56 ng/l (95% CI, 2,59 do 10,2);Siarczek, 3,52 ng/l (1,36 do 9,20);Sulfon, 2,86 ng/litr (1,93 do 5,29);i sulfinyl, 3,55 ng/litr (0,35 do 28,4).Należy pamiętać, że oś x jest wyrażona w skali logarytmicznej.
W pięciu badaniach regionalnych fipronil (rodzice) wykryto w 22% z 444 terenowych punktów poboru próbek (Tabela 1).Częstotliwość detekcji florfenibu, sulfonu i amidu jest podobna (18% do 22% próbki), częstotliwość detekcji siarczku i desulfinylu jest niższa (11% do 13%), natomiast ilość pozostałych produktów degradacji jest bardzo wysoka.Niewiele (1% lub mniej) lub nigdy nie wykryto (Tabela 1)..Fipronil najczęściej wykrywa się na południowym wschodzie (52% stanowisk), a najrzadziej na północnym zachodzie (9% stanowisk), co podkreśla zmienność stosowania benzopirazolu i potencjalną wrażliwość strumieni w całym kraju.Degradanty zwykle wykazują podobne wzorce regionalne, z najwyższą częstotliwością wykrywania na południowym wschodzie i najniższą w północno-zachodniej lub przybrzeżnej Kalifornii.Zmierzone stężenie fipronilu było najwyższe, a następnie związku macierzystego fipronilu (90% procent odpowiednio 10,8 i 6,3 ng/l) (Tabela 1) (35).Najwyższe stężenie fipronilu (61,4 ng/L), disulfinylu (10,6 ng/L) i siarczku (8,0 ng/L) oznaczono na południowym wschodzie (w ostatnich czterech tygodniach próbki).Najwyższe stężenie sulfonu stwierdzono na zachodzie.(15,7 ng/l), amid (42,7 ng/l), dessulfinyloflupirnamid (14 ng/l) i sulfonian fipronilu (8,1 ng/l) (35).Sulfon florfenidowy był jedynym związkiem, w przypadku którego zaobserwowano stężenie przekraczające HC5 (Tabela 1).Średnie ΣTUFipronile w różnych regionach znacznie się różnią (Tabela 1).Średnia krajowa ΣTUFipronils wynosi 0,62 (wszystkie lokalizacje, wszystkie regiony), a 71 stanowisk (16%) ma ΣTUFipronils > 1, co wskazuje, że może być toksyczny dla makrobezkręgowców bentosowych.W czterech z pięciu badanych regionów (z wyjątkiem Środkowego Zachodu) istnieje znaczący związek między pestycydami SPEAR i ΣTUFipronilem, przy skorygowanym R2 w zakresie od 0,07 wzdłuż wybrzeża Kalifornii do 0,34 na południowym wschodzie (Rysunek 5).
*Związki stosowane w doświadczeniach mezoskopowych.†ΣTUFipronile, mediana sumy jednostek toksyny [obserwowane stężenie terenowe czterech związków fipronilu/stężenie zagrożenia każdego związku z piątego percentyla gatunku zakażonego SSD (Rysunek 4)] W przypadku cotygodniowych próbek fipronilu, ostatnie 4 Obliczono tygodnie próbek pestycydów zebranych w każdym miejscu.‡Liczba lokalizacji, w których dokonuje się pomiarów pestycydów.§90. percentyl opiera się na maksymalnym stężeniu zaobserwowanym na miejscu w ciągu ostatnich 4 tygodni pobierania próbek pestycydów.z procentem przebadanych próbek.¶ Do obliczenia CI użyj 95% CI wartości HC5 (Rysunek 4 i Tabela S3, tylko mezo).Dechloroflupinib analizowano we wszystkich regionach i nigdy go nie znaleziono.ND, nie wykryto.
Jednostka toksyczności fipronilu to zmierzone stężenie fipronilu podzielone przez wartość HC5 specyficzną dla związku, określoną na podstawie SSD uzyskanego z eksperymentu z mediami (patrz rysunek 4).Czarna linia, uogólniony model addytywny (GAM).Czerwona linia przerywana ma CI 95% dla GAM.ΣTUFipronils jest konwertowane na log10 (ΣTUFipronils+1).
Niekorzystny wpływ fipronilu na gatunki wodne niebędące przedmiotem zwalczania został dobrze udokumentowany (15, 21, 24, 25, 32, 33), ale jest to pierwsze badanie, w którym wykazano jego wrażliwość w kontrolowanym środowisku laboratoryjnym.Zbiorowiska taksonów poddano działaniu związków fipronilu, a wyniki ekstrapolowano na skalę kontynentalną.Wyniki 30-dniowego eksperymentu mezokosmicznego mogą pozwolić na utworzenie 15 odrębnych grup owadów wodnych (tabela S1) o nieopisanym w literaturze stężeniu, wśród których owady wodne w bazie danych toksyczności są niedostatecznie reprezentowane (53, 54).Krzywe odpowiedzi na dawkę specyficzne dla taksonu (takie jak EC50) znajdują odzwierciedlenie w zmianach na poziomie społeczności (takich jak bogactwo taksonów i utrata liczebności much) oraz zmianach funkcjonalnych (takich jak kaskady żywieniowe i zmiany w wyglądzie).Wpływ mezoskopowego wszechświata ekstrapolowano na pole.W czterech z pięciu obszarów badawczych w Stanach Zjednoczonych stężenie fipronilu mierzone w terenie zostało skorelowane z zanikiem ekosystemu wodnego w wodzie płynnej.
Wartość HC5 wynosząca 95% gatunków w eksperymencie z pożywką membranową ma działanie ochronne, wskazując, że ogół zbiorowisk bezkręgowców wodnych jest bardziej wrażliwy na związki fipronilu, niż wcześniej sądzono.Uzyskana wartość HC5 (florfenib 4,56 ng/litr; desulfoksyran 3,55 ng/litr; sulfon 2,86 ng/litr; siarczek 3,52 ng/litr) jest kilkukrotnie (florfenib) do trzykrotnie większa niż rząd wielkości (desulfinyl ) poniżej aktualnego poziomu odniesienia EPA dla chronicznych bezkręgowców [fipronil, 11 ng/litr;desulfinyl, 10310 ng/litr;sulfon, 37 ng/litr;i siarczek, dla 110 ng/litr (8)].W eksperymentach mezoskopowych zidentyfikowano wiele grup wrażliwych na fipronil zamiast grup wskazanych w benchmarku EPA dla chronicznych bezkręgowców (4 grupy bardziej wrażliwe na fipronil, 13 par desulfinylu, 11 par sulfonów i 13 par) Wrażliwość na siarczki) (Rysunek 4 i tabela) S1).Pokazuje to, że wzorce nie mogą chronić kilku gatunków obserwowanych również w świecie środkowym, które są również szeroko rozpowszechnione w ekosystemach wodnych.Różnica między naszymi wynikami a obecnym punktem odniesienia wynika głównie z braku danych z badań toksyczności fipronilu mających zastosowanie do szeregu taksonów owadów wodnych, zwłaszcza gdy czas ekspozycji przekracza 4 dni i fipronil ulega degradacji.Podczas 30-dniowego eksperymentu mezokosmicznego większość owadów w społeczności bezkręgowców była bardziej wrażliwa na fipronil niż pospolity organizm testowy Azteków (skorupiaki), nawet po skorygowaniu Azteków. EC50 Teike sprawia, że ​​jest tak samo po ostrej transformacji.(Zwykle 96 godzin) do czasu długotrwałej ekspozycji (rysunek S7).Lepszy konsensus osiągnięto pomiędzy eksperymentem z membraną na podłożu a badaniem przedstawionym w badaniu ECOTOX z użyciem standardowego organizmu testowego Chironomus dilutus (owad).Nic dziwnego, że owady wodne są szczególnie wrażliwe na pestycydy.Bez dostosowania czasu ekspozycji eksperyment w skali mezo i obszerne dane z bazy danych ECOTOX wykazały, że zaobserwowano, że wiele taksonów jest bardziej wrażliwych na związki fipronilu niż rozcieńczone Clostridium (Rysunek S6).Jednakże, dostosowując czas ekspozycji, Dilution Clostridium staje się najbardziej wrażliwym organizmem na fipronil (macierzysty) i siarczek, chociaż nie jest wrażliwy na sulfon (Rysunek S7).Wyniki te ilustrują znaczenie uwzględnienia wielu typów organizmów wodnych (w tym wielu owadów) w celu uzyskania rzeczywistych stężeń pestycydów, które mogą chronić organizmy wodne.
Metoda SSD może chronić rzadkie lub niewrażliwe taksony, których EC50 nie można określić, takie jak Cinygmula sp., Isoperla fulva i Brachycentrus americanus.Wartości EC50 dotyczące liczebności taksonów i liczebności much, odzwierciedlające zmiany w składzie społeczności, są zgodne z wartościami HC50 SSD fipronilu, sulfonu i siarczku.Protokół wspiera następującą ideę: metoda SSD stosowana do wyznaczania progów może chronić całą społeczność, w tym rzadkie lub niewrażliwe taksony w społeczności.Próg organizmów wodnych określony na podstawie SSD na podstawie zaledwie kilku taksonów lub taksonów niewrażliwych może być znacznie niewystarczający w ochronie ekosystemów wodnych.Dzieje się tak w przypadku desulfinylu (rysunek S6B).Ze względu na brak danych w bazie danych ECOTOX, wyjściowe stężenie EPA u chronicznych bezkręgowców wynosi 10 310 ng/l, czyli o cztery rzędy wielkości więcej niż 3,55 ng/l HC5.Wyniki różnych zestawów odpowiedzi taksonów uzyskanych w eksperymentach mezoskopowych.Brak danych na temat toksyczności jest szczególnie problematyczny w przypadku związków ulegających degradacji (rysunek S6), co może wyjaśniać, dlaczego istniejące wzorce biologii wodnej dla sulfonów i siarczków są około 15 do 30 razy mniej czułe niż wartość SSD HC5 obliczona na podstawie China Universe.Zaletą metody średniej membrany jest to, że w jednym eksperymencie można wyznaczyć wiele wartości EC50, co wystarczy do utworzenia kompletnego dysku SSD (na przykład desulfinylu; rysunek 4B oraz rysunki S6B i S7B) i ma znaczący wpływ na temat naturalnych taksonów chronionego ekosystemu Wiele odpowiedzi.
Eksperymenty mezoskopowe pokazują, że fipronil i produkty jego rozkładu mogą mieć oczywisty subletalny i pośredni niekorzystny wpływ na funkcjonowanie społeczności.W eksperymencie mezoskopowym okazało się, że wszystkie pięć związków fipronilu wpływa na pojawienie się owadów.Wyniki porównania najwyższych i najniższych stężeń (hamowanie i stymulacja pojedynczych wschodów lub zmiany czasu wschodów) są zgodne z wcześniej przedstawionymi wynikami eksperymentów mezo z użyciem insektycydu bifentryny (29).Pojawienie się osobników dorosłych spełnia ważne funkcje ekologiczne i może zostać zmienione przez zanieczyszczenia, takie jak fipronil (55, 56).Jednoczesne wschody mają kluczowe znaczenie nie tylko dla reprodukcji owadów i trwałości populacji, ale także dla zaopatrzenia w dojrzałe owady, które można wykorzystać jako pokarm dla zwierząt wodnych i lądowych (56).Zapobieganie pojawianiu się sadzonek może niekorzystnie wpływać na wymianę żywności między ekosystemami wodnymi a ekosystemami nadbrzeżnymi i rozprzestrzeniać skutki zanieczyszczeń wodnych na ekosystemy lądowe (55, 56).Spadek liczebności skrobaków (owadów żywiących się glonami) zaobserwowany w eksperymencie w skali mezo spowodował zmniejszenie spożycia glonów, co skutkowało wzrostem chlorofilu a (ryc. 3).Ta kaskada troficzna zmienia przepływ węgla i azotu w płynnej sieci pokarmowej, podobnie jak w badaniu oceniającym wpływ bifentryny piretroidowej na zbiorowiska bentosowe (29).Dlatego fenylopirazole, takie jak fipronil i produkty jego degradacji, pyretroidy i być może inne rodzaje insektycydów, mogą pośrednio sprzyjać wzrostowi biomasy glonów oraz zakłóceniom węgla i azotu w małych strumieniach.Inne skutki mogą obejmować zniszczenie cykli węgla i azotu między ekosystemami wodnymi i lądowymi.
Informacje uzyskane z testu membrany medium pozwoliły ocenić znaczenie ekologiczne stężeń związku fipronilu mierzonych w szeroko zakrojonych badaniach terenowych przeprowadzonych w pięciu regionach Stanów Zjednoczonych.W 444 małych strumieniach 17% średniego stężenia jednego lub większej liczby związków fipronilu (średnio z 4 tygodni) przekraczało wartość HC5 uzyskaną z testu mediów.Użyj dysku SSD z eksperymentu w skali mezo, aby przeliczyć zmierzone stężenie związku fipronilu na wskaźnik związany z toksycznością, to znaczy sumę jednostek toksyczności (ΣTUFipronil).Wartość 1 oznacza toksyczność lub skumulowane narażenie na związek fipronilu przekracza wartość znanego gatunku ochronnego wynoszącą 95%.Znaczący związek między ΣTUFipronil w czterech z pięciu regionów a wskaźnikiem SPEARpesticides dotyczącym zdrowia społeczności bezkręgowców wskazuje, że fipronil może niekorzystnie wpływać na zbiorowiska bezkręgowców bentosowych w rzekach w wielu regionach Stanów Zjednoczonych.Wyniki te potwierdzają hipotezę Wolframa i in.(3) Ryzyko, jakie insektycydy fenpirazolowe stwarzają dla wód powierzchniowych w Stanach Zjednoczonych, nie jest w pełni poznane, ponieważ wpływ na owady wodne występuje poniżej progu obowiązującego w przepisach.
Większość strumieni o zawartości fipronilu powyżej poziomu toksycznego znajduje się w stosunkowo zurbanizowanym regionie południowo-wschodnim (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Z poprzedniej oceny obszaru nie tylko wynikało, że fipronil jest głównym czynnikiem stresogennym wpływającym na strukturę zbiorowiska bezkręgowców w potoku, ale także, że niski poziom rozpuszczonego tlenu, zwiększona ilość składników odżywczych, zmiany przepływu, degradacja siedlisk i inne pestycydy oraz kategoria substancji zanieczyszczających jest ważnym czynnikiem źródło stresu (57).Ta mieszanina stresorów jest zgodna z „syndromem rzeki miejskiej”, czyli degradacją ekosystemów rzecznych powszechnie obserwowaną w związku z użytkowaniem gruntów miejskich (58, 59).Wskaźniki użytkowania gruntów miejskich w regionie południowo-wschodnim rosną i oczekuje się, że będą rosły wraz ze wzrostem populacji regionu.Oczekuje się, że wpływ przyszłego rozwoju obszarów miejskich i pestycydów na spływy miejskie będzie wzrastał (4).Jeśli urbanizacja i stosowanie fipronilu będą nadal rosnąć, stosowanie tego pestycydu w miastach może w coraz większym stopniu wpływać na społeczności nad strumieniami.Chociaż z metaanalizy wynika, że ​​stosowanie pestycydów w rolnictwie zagraża globalnym ekosystemom strumieniowym (2, 60), zakładamy, że w ocenach tych nie docenia się ogólnego globalnego wpływu pestycydów, wykluczając zastosowania miejskie.
Różne czynniki stresogenne, w tym pestycydy, mogą wpływać na zbiorowiska makrobezkręgowców w rozwiniętych zlewniach (użytkowanie gruntów miejskich, rolniczych i mieszanych) i mogą być związane z użytkowaniem gruntów (58, 59, 61).Chociaż w tym badaniu wykorzystano wskaźnik SPEARpesticides i charakterystykę toksyczności fipronilu specyficznej dla organizmów wodnych, aby zminimalizować wpływ czynników zakłócających, na działanie wskaźnika SPEARpesticides może mieć wpływ degradacja siedlisk, a fipronil można porównać z innymi substancjami powiązanymi z pestycydami (4, 17, 51, 57).Jednakże model wielu czynników stresogennych opracowany na podstawie pomiarów terenowych z pierwszych dwóch badań regionalnych (środkowo-zachodniego i południowo-wschodniego) wykazał, że pestycydy są ważnym czynnikiem stresogennym w górnym biegu rzeki dla warunków zbiorowisk makrobezkręgowców w brodzących rzekach.W tych modelach ważne zmienne objaśniające obejmują pestycydy (zwłaszcza bifentrynę), składniki odżywcze i cechy siedlisk w większości strumieni rolniczych na Środkowym Zachodzie oraz pestycydy (zwłaszcza fipronil) w większości miast na południowym wschodzie.Zmiany w tlenie, składnikach odżywczych i przepływie (61, 62).Dlatego też, chociaż badania regionalne mają na celu zbadanie wpływu stresorów innych niż pestycydy na wskaźniki reakcji i dostosowanie wskaźników predykcyjnych w celu opisania wpływu fipronilu, wyniki tego badania terenowego potwierdzają pogląd fipronilu.) Należy uznać za jedno z najbardziej wpływowych źródeł ciśnienia w rzekach amerykańskich, zwłaszcza w południowo-wschodnich Stanach Zjednoczonych.
Występowanie degradacji pestycydów w środowisku jest rzadko dokumentowane, jednak zagrożenie dla organizmów wodnych może być bardziej szkodliwe niż organizm macierzysty.W przypadku fipronilu badania terenowe i eksperymenty w skali mezo wykazały, że produkty degradacji są tak samo powszechne jak ciała macierzyste w pobranych strumieniach i mają tę samą lub wyższą toksyczność (tab. 1).W eksperymencie ze średnią membraną sulfon fluorobenzonitrylowy był najbardziej toksycznym z badanych produktów degradacji pestycydów i był bardziej toksyczny niż związek macierzysty, a także był wykrywany z częstotliwością podobną do częstotliwości związku macierzystego.Jeśli mierzone są tylko pestycydy macierzyste, potencjalne zdarzenia toksyczne mogą nie zostać zauważone, a względny brak informacji o toksyczności podczas degradacji pestycydów oznacza, że ​​ich występowanie i konsekwencje mogą zostać zignorowane.Na przykład ze względu na brak informacji na temat toksyczności produktów degradacji przeprowadzono kompleksową ocenę pestycydów w szwajcarskich strumieniach, obejmującą 134 produkty degradacji pestycydów, i tylko związek macierzysty został uznany za związek macierzysty w ocenie ryzyka ekotoksykologicznego.
Wyniki tej oceny ryzyka ekologicznego wskazują, że związki fipronilu mają niekorzystny wpływ na zdrowie rzek, można więc rozsądnie wywnioskować, że niekorzystne skutki można zaobserwować wszędzie tam, gdzie zawartość fipronilu przekracza poziom HC5.Wyniki eksperymentów mezoskopowych są niezależne od lokalizacji, co wskazuje, że stężenie fipronilu i produktów jego degradacji w wielu taksonach strumieniowych jest znacznie niższe niż wcześniej rejestrowano.Wierzymy, że to odkrycie prawdopodobnie obejmie protobiotę w dziewiczych strumieniach w dowolnym miejscu.Wyniki eksperymentu w skali mezo zastosowano w badaniach terenowych na dużą skalę (444 małe strumienie o mieszanym przeznaczeniu miejskim, rolniczym i gruntowym w pięciu głównych regionach Stanów Zjednoczonych) i stwierdzono, że stężenie wielu strumieni w którym oczekuje się, że wykryto fipronil. Uzyskana toksyczność sugeruje, że wyniki te mogą dotyczyć innych krajów, w których stosuje się fipronil.Według doniesień liczba osób stosujących Fipronil rośnie w Japonii, Wielkiej Brytanii i USA (7).Fipronil jest obecny niemal na każdym kontynencie, m.in. w Australii, Ameryce Południowej i Afryce (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Przedstawione wyniki badań mezo-polowych wskazują, że zastosowanie fipronilu może mieć znaczenie ekologiczne w skali globalnej.
Materiały dodatkowe do tego artykułu można znaleźć pod adresem http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Jest to artykuł o otwartym dostępie, rozpowszechniany na warunkach licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne, która umożliwia wykorzystanie, dystrybucję i reprodukcję na dowolnym nośniku, pod warunkiem, że ostateczne wykorzystanie nie będzie miało celu komercyjnego i założeniem jest, że oryginalna praca jest poprawna.Odniesienie.
Uwaga: Prosimy Cię jedynie o podanie adresu e-mail, aby osoba, którą polecisz stronie, wiedziała, że ​​chcesz, aby zobaczyła wiadomość i że nie jest to spam.Nie będziemy przechwytywać żadnych adresów e-mail.
To pytanie służy do sprawdzenia, czy jesteś gościem i zapobiegania automatycznemu przesyłaniu spamu.
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
Badania wykazały, że powszechnie stosowane pestycydy często wykrywane w amerykańskich strumieniach są bardziej toksyczne, niż wcześniej sądzono.
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
Badania wykazały, że powszechnie stosowane pestycydy często wykrywane w amerykańskich strumieniach są bardziej toksyczne, niż wcześniej sądzono.
©2021 Amerykańskie Stowarzyszenie Rozwoju Nauki.Wszelkie prawa zastrzeżone.AAAS jest partnerem HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef i COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.