Pesticídy v tokoch sa čoraz viac stávajú celosvetovým problémom, ale o bezpečnej koncentrácii vodných ekosystémov je málo informácií.V 30-dňovom mezokozmickom experimente boli pôvodné bentické vodné bezstavovce vystavené bežnému insekticídu fipronilu a štyrom druhom degradačných produktov.Fipronilová zlúčenina spôsobila zmeny vo vzchádzaní a trofickej kaskáde.Bola vyvinutá efektívna koncentrácia (EC50), pri ktorej fipronil a jeho sulfidové, sulfónové a desulfinylové degradačné produkty spôsobujú 50 % odozvu.Taxány nie sú citlivé na fipronil.Nebezpečná koncentrácia 5 % postihnutých druhov z 15 mezokozmických hodnôt EC50 sa používa na prepočet koncentrácie zlúčeniny fipronilu v terénnej vzorke na súčet toxických jednotiek (∑TUFipronils).V 16 % prúdov čerpaných z piatich regionálnych štúdií prekročila priemerná hodnota ∑TUFipronil hodnotu 1 (čo naznačuje toxicitu).Indikátory bezstavovcov ohrozených druhov negatívne korelujú s TUTUipronilom v štyroch z piatich oblastí vzorkovania.Toto hodnotenie ekologického rizika ukazuje, že nízke koncentrácie fipronilových zlúčenín znížia spoločenstvá potokov v mnohých častiach Spojených štátov.
Hoci sa výroba syntetických chemikálií v posledných desaťročiach výrazne zvýšila, vplyv týchto chemikálií na necieľové ekosystémy nebol úplne pochopený (1).V povrchových vodách, kde sa stratí 90 % celosvetovej poľnohospodárskej pôdy, nie sú k dispozícii žiadne údaje o poľnohospodárskych pesticídoch, ale tam, kde údaje existujú, je čas, kým pesticídy prekročia regulačné prahové hodnoty, polovičný (2).Metaanalýza poľnohospodárskych pesticídov v povrchových vodách v Spojených štátoch zistila, že v 70 % odberných miest aspoň jeden pesticíd prekročil regulačný prah (3).Tieto metaanalýzy (2, 3) sa však zameriavajú len na povrchové vody ovplyvnené využívaním poľnohospodárskej pôdy a sú súhrnom samostatných štúdií.Pesticídy, najmä insekticídy, existujú vo vysokých koncentráciách aj v odvodňovaní mestskej krajiny (4).Je zriedkavé vykonávať komplexné hodnotenie pesticídov v povrchových vodách vypúšťaných z poľnohospodárstva a mestskej krajiny;preto nie je známe, či pesticídy predstavujú rozsiahlu hrozbu pre zdroje povrchových vôd a ich ekologickú integritu.
Benzopyrazoly a neonikotinoidy predstavovali v roku 2010 jednu tretinu celosvetového trhu s pesticídmi (5).V povrchových vodách v Spojených štátoch sú fipronil a jeho degradačné produkty (fenylpyrazoly) najbežnejšími pesticídnymi zlúčeninami a ich koncentrácie zvyčajne prekračujú normy pre vodné prostredie (6-8).Hoci neonikotinoidy priťahujú pozornosť vďaka svojim účinkom na včely a vtáky a ich prevalencii (9), fipronil je toxickejší pre ryby a vtáky (10), zatiaľ čo iné zlúčeniny triedy fenylpyrazolov majú herbicídne účinky (5).Fipronil je systémový insekticíd používaný na kontrolu škodcov v mestskom a poľnohospodárskom prostredí.Od vstupu fipronilu na svetový trh v roku 1993 sa používanie fipronilu v Spojených štátoch, Japonsku a Spojenom kráľovstve výrazne zvýšilo (5).V Spojených štátoch sa fipronil používa na kontrolu mravcov a termitov a používa sa v plodinách vrátane kukurice (vrátane ošetrenia osiva), zemiakov a sadov (11, 12).Poľnohospodárske využitie fipronilu v Spojených štátoch vyvrcholilo v roku 2002 (13).Hoci nie sú k dispozícii žiadne národné údaje o mestskom využívaní, mestské využitie v Kalifornii vyvrcholilo v rokoch 2006 a 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, prístupné 2. decembra 2019).Hoci sa vysoké koncentrácie fipronilu (6,41 μg/l) nachádzajú v potokoch v niektorých poľnohospodárskych oblastiach s vysokými aplikačnými dávkami (14), v porovnaní s poľnohospodárskymi potokmi, mestské potoky v Spojených štátoch majú vo všeobecnosti väčšiu detekciu a vyššie vysoké koncentrácie, pozitívne pre s testom súvisia výskyt búrok (6, 7, 14-17).
Fipronil vstupuje do vodného ekosystému odtokom alebo výluhom z pôdy do toku (7, 14, 18).Fipronil má nízku prchavosť (konštanta Henryho zákona 2,31 × 10-4 Pa m3 mol-1), nízku až strednú rozpustnosť vo vode (3,78 mg/l pri 20 °C) a strednú hydrofóbnosť (log Kow je 3,9 až 4,1). mobilita v pôde je veľmi malá (log Koc je 2,6 až 3,1) (12, 19) a vykazuje nízku až strednú perzistenciu v prostredí (20).Finazepril sa degraduje fotolýzou, oxidáciou, hydrolýzou a redukciou závislou od pH, pričom sa tvoria štyri hlavné produkty degradácie: dessulfoxyfenapril (ani sulfoxid), sulfón fenaprenipu (sulfón), filofenamid (amid) a sulfid filofenibu (sulfid).Produkty degradácie fipronilu majú tendenciu byť stabilnejšie a odolnejšie ako materská zlúčenina (21, 22).
Toxicita fipronilu a jeho degradácia na necieľové druhy (ako sú vodné bezstavovce) bola dobre zdokumentovaná (14, 15).Fipronil je neurotoxická zlúčenina, ktorá interferuje s prechodom chloridových iónov cez chloridový kanál regulovaný kyselinou gama-aminomaslovou u hmyzu, čo vedie k dostatočnej koncentrácii, ktorá spôsobuje nadmerné vzrušenie a smrť (20).Fipronil je selektívne toxický, takže má väčšiu väzbovú afinitu k receptorom pre hmyz ako pre cicavce (23).Insekticídna aktivita produktov degradácie fipronilu je odlišná.Toxicita sulfónu a sulfidu pre sladkovodné bezstavovce je podobná alebo vyššia ako toxicita materskej zlúčeniny.Desulfinyl má miernu toxicitu, ale je menej toxický ako materská zlúčenina.Relatívne netoxický (23, 24).Citlivosť vodných bezstavovcov na odbúravanie fipronilu a fipronilu sa značne líši v rámci jednotlivých taxónov a medzi nimi (15) a v niektorých prípadoch dokonca presahuje rádovo (25).Napokon existujú dôkazy, že fenylpyrazoly sú pre ekosystém toxickejšie, ako sa doteraz predpokladalo (3).
Vodné biologické štandardy založené na laboratórnom testovaní toxicity môžu podceňovať riziko terénnych populácií (26-28).Vodné normy sa zvyčajne stanovujú jednodruhovým laboratórnym testovaním toxicity s použitím jedného alebo niekoľkých druhov vodných bezstavovcov (napríklad Diptera: Chironomidae: Chironomus a Crustacea: Daphnia magna a Hyalella azteca).Tieto testovacie organizmy sa vo všeobecnosti pestujú ľahšie ako iné bentické makrobezstavovce (napríklad rod phe::) av niektorých prípadoch sú menej citlivé na znečisťujúce látky.Napríklad D. Magna je menej citlivý na mnohé kovy ako určitý hmyz, zatiaľ čo A. zteca je menej citlivý na pyretroidný insekticíd bifenthrin ako jeho citlivosť na červy (29, 30).Ďalším obmedzením existujúcich referenčných hodnôt sú koncové body použité vo výpočtoch.Akútne referenčné hodnoty sú založené na úmrtnosti (alebo pevne stanovené pre kôrovce), zatiaľ čo chronické referenčné hodnoty sú zvyčajne založené na subletálnych ukazovateľoch (ako je rast a reprodukcia) (ak existujú).Existujú však rozšírené subletálne účinky, ako je rast, objavenie sa, paralýza a oneskorenie vývoja, ktoré môžu ovplyvniť úspech taxónov a dynamiku komunity.V dôsledku toho, hoci referenčná hodnota poskytuje pozadie pre biologickú dôležitosť účinku, ekologický význam ako prah toxicity je neistý.
Aby bolo možné lepšie pochopiť účinky fipronilových zlúčenín na bentické vodné ekosystémy (bezstavovce a riasy), prirodzené bentické spoločenstvá boli prenesené do laboratória a vystavené koncentračným gradientom počas 30-dňového prietoku Fipronilu alebo jedného zo štyroch experimentov degradácie fipronilu.Cieľom výskumu je vytvoriť druhovo špecifickú 50 % účinnú koncentráciu (hodnota EC50) pre každú fipronilovú zlúčeninu predstavujúcu široké taxóny riečneho spoločenstva a určiť vplyv znečisťujúcich látok na štruktúru a funkciu spoločenstva [tj koncentráciu nebezpečia] 5 % postihnutých druhov (HC5) a nepriame účinky, ako je zmenená vzchádzavosť a trofická dynamika].Potom bola prahová hodnota (hodnota HC5 špecifická pre zlúčeninu) získaná z mezoskopického experimentu aplikovaná na pole zozbierané Geologickým prieskumom Spojených štátov (USGS) z piatich oblastí Spojených štátov (severovýchod, juhovýchod, stredozápad, severozápadný Pacifik a stredná Kalifornia). Údaje o pobrežnej zóne) ako súčasť hodnotenia kvality regionálneho toku USGS (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Pokiaľ vieme, ide o prvé hodnotenie ekologického rizika.Komplexne skúma účinky fipronilových zlúčenín na bentické organizmy v kontrolovanom mezo-prostredí a tieto výsledky potom aplikuje na terénne hodnotenia v kontinentálnom meradle.
30-dňový mezokozmický experiment sa uskutočnil v USGS Aquatic Laboratory (AXL) vo Fort Collins, Colorado, USA od 18. októbra do 17. novembra 2017, počas 1 dňa domestikácie a 30 dní experimentovania.Metóda bola opísaná skôr (29, 31) a podrobne opísaná v doplnkovom materiáli.Nastavenie medzipriestoru obsahuje 36 cirkulujúcich prietokov v štyroch aktívnych prietokoch (nádrže na obehovú vodu).Každý živý prúd je vybavený chladičom na udržanie teploty vody a je osvetlený cyklom svetlo-tma 16:8.Mezoúrovňový prietok je z nehrdzavejúcej ocele, ktorá je vhodná pre hydrofóbnosť fipronilu (log Kow = 4,0) a vhodná pre organické čistiace rozpúšťadlá (obrázok S1).Voda použitá na experiment v miernom meradle bola zozbieraná z rieky Cache La Poudre (zdroje proti prúdu vrátane Národného parku Rocky Mountain, National Forest a Continental Divide) a uskladnená v štyroch polyetylénových skladovacích nádržiach AXL.Predchádzajúce hodnotenia vzoriek sedimentov a vody odobratých z lokality nezistili žiadne pesticídy (29).
Návrh experimentu v mezo-rozsahu pozostáva z 30 procesných prúdov a 6 kontrolných prúdov.Do upravovacieho prúdu sa dostáva upravená voda, z ktorých každá obsahuje neopakované konštantné koncentrácie fipronilových zlúčenín: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amid (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), odsírovacia skupina [Knižnica pesticídov US Environmental Protection Agency (EPA), CAS 205650-65-3], sulfón (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) a sulfid (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); všetka čistota ≥ 97,8 %. Podľa publikovaných hodnôt odozvy (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33). Rozpustením zlúčeniny fipronilu v metanole (úroveň certifikácie Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society) a zriedením deionizovanou vodou na požadovaný objem na prípravu koncentrovaného zásobného roztoku. Pretože množstvo metanolu v dávke je rôzne, je potrebné pridať metanol do všetkých prúdov úpravy podľa potreby. V troch kontrolách zabezpečiť rovnakú koncentráciu metanolu ( 0,05 ml/l) v tokoch Stredný pohľad na ďalšie tri kontrolné toky dostával riečnu vodu bez metanolu, inak sa s nimi zaobchádzalo ako so všetkými ostatnými tokmi.
Na 8. deň, 16. deň a 26. deň sa v prietokovej membráne merala teplota, hodnota pH, elektrická vodivosť a degradácia fipronilu a fipronilu.Aby sa sledovala degradácia materskej zlúčeniny fipronilu počas testu s médiom, použil sa fipronil (rodičia) na ošetrenie tekutej črevnej sliznice počas ďalších troch dní [5., 12. a 21. deň (n = 6)] na teplotu, pH, Vzorkovanie vodivosti, fipronilu a degradácie fipronilu.Vzorky analýzy pesticídov sa odobrali prefiltrovaním 10 ml tečúcej vody do 20 ml ampulky z jantárového skla cez injekčný filter Whatman 0,7 μm GF/F vybavený ihlou s veľkým priemerom.Vzorky boli okamžite zmrazené a odoslané do USGS National Water Quality Laboratory (NWQL) v Lakewood, Colorado, USA na analýzu.Použitím vylepšenej metódy predtým publikovanej metódy boli Fipronil a 4 degradačné produkty vo vzorkách vody stanovené priamou vodnou injekciou (DAI) kvapalinovou chromatografiou-tandemovou hmotnostnou spektrometriou (LC-MS/MS; Agilent 6495).Úroveň detekcie prístroja (IDL) sa odhaduje ako minimálny kalibračný štandard, ktorý spĺňa kvalitatívny identifikačný štandard;IDL fipronilu je 0,005 μg/l a IDL ďalších štyroch fipronilov je 0,001 μg/l.Doplnkový materiál poskytuje úplný popis metód používaných na meranie fipronilových zlúčenín vrátane postupov kontroly kvality a zabezpečenia (napríklad získavanie vzoriek, hroty, kontroly tretích strán a slepé vzorky).
Na konci 30-dňového mezokozmického experimentu bol dokončený výpočet a identifikácia dospelých a larválnych bezstavovcov (hlavný koncový bod zberu údajov).Objavujúce sa dospelé jedince sa zozbierajú zo siete každý deň a zmrazia sa v čistej 15 ml centrifugačnej skúmavke Falcon.Na konci experimentu (30. deň) sa obsah membrány v každom prúde vydrhol, aby sa odstránili akékoľvek bezstavovce, a preosial sa (250 μm) a skladoval sa v 80 % etanole.Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) dokončila taxonomickú identifikáciu lariev a dospelých bezstavovcov na najnižšiu možnú taxonomickú úroveň, zvyčajne druhov.V dňoch 9, 19 a 29 bol chlorofyl a meraný trikrát v mezoskopickej membráne každého prúdu.Všetky chemické a biologické údaje ako súčasť mezoskopického experimentu sú uvedené v sprievodnom vydaní údajov (35).
Ekologické prieskumy sa robili v malých (brodivých) tokoch v piatich hlavných oblastiach USA a pesticídy sa monitorovali počas predchádzajúceho indexového obdobia.Stručne povedané, na základe využitia poľnohospodárskej a mestskej pôdy (36-40) sa v každom kraji vybralo 77 až 100 lokalít (spolu 444 lokalít).Počas jari a leta jedného roka (2013-2017) sa vzorky vody odoberajú raz týždenne v každom regióne počas 4 až 12 týždňov.Konkrétny čas závisí od regiónu a intenzity rozvoja.Avšak 11 staníc v severovýchodnom regióne je takmer v povodí.Žiadny vývoj, okrem toho, že sa odobrala iba jedna vzorka.Keďže obdobia monitorovania pesticídov v regionálnych štúdiách sú rôzne, na porovnanie sa tu berú do úvahy len posledné štyri vzorky zozbierané na každom mieste.Predpokladá sa, že jedna vzorka odobratá na nezastavanej severovýchodnej lokalite (n = 11) môže predstavovať 4-týždňové obdobie odberu vzoriek.Táto metóda vedie k rovnakému počtu pozorovaní pesticídov (okrem 11 lokalít na severovýchode) a rovnakému trvaniu pozorovaní;predpokladá sa, že 4 týždne sú dostatočne dlhé na dlhodobé vystavenie biote, ale dostatočne krátke na to, aby sa ekologická komunita z týchto kontaktov nezotavila.
V prípade dostatočného prietoku sa vzorka vody odoberá pomocou konštantnej rýchlosti a konštantnej šírky (41).Keď prietok nestačí na použitie tejto metódy, môžete odoberať vzorky hlbokou integráciou vzoriek alebo uchopením z ťažiska toku.Použite striekačku s veľkým priemerom a kotúčový filter (0,7 μm) na odber 10 ml prefiltrovanej vzorky (42).Prostredníctvom DAI LC-MS/MS/MS/MS boli vzorky vody analyzované v NWQL na 225 pesticídov a produktov degradácie pesticídov, vrátane fipronilu a 7 produktov degradácie (dessulfinyl fipronil, fipronil), sulfidy, fipronil sulfón, deschlorofipronil, desthiol fipronil, amid, fipronil a fipronil).).Typické minimálne úrovne podávania správ pre terénne štúdie sú: fipronil, desmetyltiofluórbenzonitril, fipronilsulfid, fipronilsulfón a deschlórfipronil 0,004 μg/l;dessulfinylfluorfenamid a Koncentrácia fipronilamidu je 0,009 μg/liter;koncentrácia fipronilsulfonátu je 0,096 μg/liter.
Zo spoločenstiev bezstavovcov sa odoberajú vzorky na konci každej plošnej štúdie (jar/leto), zvyčajne v rovnakom čase ako posledný odber vzoriek pesticídov.Po vegetačnom období a intenzívnom používaní pesticídov by mal byť čas odberu vzoriek v súlade s podmienkami nízkeho prietoku a mal by sa zhodovať s časom, keď spoločenstvo riečnych bezstavovcov dospieva a je prevažne v štádiu života lariev.Pomocou vzorkovača Surber s 500 μm sieťou alebo sieťou s rámom D bol odber vzoriek bezstavovcov dokončený v 437 zo 444 lokalít.Metóda odberu vzoriek je podrobne opísaná v doplnkovom materiáli.Na NWQL sú všetky bezstavovce zvyčajne identifikované a uvedené na úrovni rodu alebo druhu.Všetky chemické a biologické údaje zozbierané v tejto oblasti a použité v tomto rukopise možno nájsť v sprievodnom vydaní údajov (35).
Pre päť fipronilových zlúčenín použitých v mezoskopickom experimente bola vypočítaná koncentrácia larválnych bezstavovcov znížená o 20 % alebo 50 % vzhľadom na kontrolu (tj EC20 a EC50).Údaje [x = časovo vážená koncentrácia fipronilu (podrobnosti pozri v doplnkovom materiáli), y = početnosť lariev alebo iné metriky] boli prispôsobené rozšírenému balíku R(43) pomocou trojparametrovej logaritmickej regresnej metódy „drc“.Krivka sa hodí pre všetky druhy (larvy) s dostatočnou abundanciou a spĺňa ďalšie metriky, ktoré nás zaujímajú (napríklad bohatstvo taxónov, celkové množstvo jepic a celkové množstvo), aby sa lepšie porozumelo účinku komunity.Nash-Sutcliffov koeficient (45) sa používa na vyhodnotenie prispôsobenia modelu, kde zlé prispôsobenie modelu môže získať nekonečné záporné hodnoty a hodnota perfektného prispôsobenia je 1.
Na preskúmanie účinkov fipronilových zlúčenín na objavenie sa hmyzu v experimente boli údaje vyhodnotené dvoma spôsobmi.Po prvé, odčítaním priemerného výskytu kontrolného mezo toku od výskytu každého ošetreného toku mezo, sa kumulatívny denný výskyt hmyzu z každého toku mezo (celkový počet všetkých jedincov) normalizoval na kontrolu.Zostrojte tieto hodnoty v závislosti od času, aby ste pochopili odchýlku mediátora liečebnej tekutiny od mediátora kontrolnej tekutiny v 30-dňovom experimente.Po druhé, vypočítajte celkové percento výskytu každého prietokového mezofylu, ktoré je definované ako pomer celkového počtu mezofylov v danom toku k priemernému počtu lariev a dospelých jedincov v kontrolnej skupine a je vhodné pre trojparametrovú logaritmickú regresiu. .Všetok zozbieraný klíčiaci hmyz pochádzal z dvoch podčeľadí čeľade Chironomidae, takže sa vykonala kombinovaná analýza.
Zmeny v štruktúre spoločenstva, ako je strata taxónov, môžu v konečnom dôsledku závisieť od priamych a nepriamych účinkov toxických látok a môžu viesť k zmenám vo funkcii spoločenstva (napríklad trofická kaskáda).Na testovanie trofickej kaskády bola vyhodnotená jednoduchá kauzálna sieť pomocou metódy analýzy cesty (R balík „piecewiseSEM“) (46).Pre mezoskopické experimenty sa predpokladá, že fipronil, desulfinyl, sulfid a sulfón (netestovaný amid) vo vode na zníženie biomasy škrabky nepriamo vedú k zvýšeniu biomasy chlorofylu a (47).Prediktorovou premennou je koncentrácia zlúčeniny a premennými odozvy sú škrabka a biomasa chlorofylu.Fisherova C štatistika sa používa na vyhodnotenie prispôsobenia modelu, takže hodnota P < 0,05 indikuje dobré prispôsobenie modelu (46).
S cieľom vyvinúť činidlo prahovej ochrany eko-spoločenstva založené na riziku, každá zlúčenina získala 95 % distribúcie chronickej citlivosti druhov (SSD) a koncentrácie nebezpečnosti pre postihnuté druhy (HC5).Boli vygenerované tri súbory údajov SSD: (i) iba súbor údajov meso, (ii) súbor údajov obsahujúci všetky údaje meso a údaje zozbierané z dotazu databázy EPA ECOTOX (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, prístupné na 14. marca 2019), trvanie štúdie je 4 dni alebo dlhšie, a (iii) súbor údajov obsahujúci všetky mezoskopické údaje a údaje ECOTOX, v ktorých sú údaje ECOTOX (akútna expozícia) delené akútnou ku pomeru chronickej D. magna ( 19.39) na vysvetlenie rozdielu v trvaní expozície a aproximáciu chronickej hodnoty EC50 (12).Naším účelom generovania viacerých modelov SSD je (i) vyvinúť hodnoty HC5 na porovnanie s údajmi v teréne (iba pre SSD pre médiá) a (ii) posúdiť, že údaje o médiách sú na zahrnutie do akvakultúry akceptované viac ako regulačné agentúry. robustnosť životných štandardov a štandardné nastavenie zdrojov údajov, a teda praktickosť použitia mezoskopických štúdií na proces prispôsobenia.
SSD bol vyvinutý pre každý súbor údajov pomocou balíka R „ssdtools“ (48).Použite bootstrap (n = 10 000) na odhadnutie priemeru HC5 a intervalu spoľahlivosti (CI) z SSD.Štyridsaťdeväť odpovedí taxónov (všetky taxóny, ktoré boli identifikované ako rod alebo druh) vyvinutých prostredníctvom tohto výskumu je kombinovaných s 32 odpoveďami taxónov zostavenými zo šiestich publikovaných štúdií v databáze ECOTOX, takže na vývoj SSD možno použiť celkovo 81 odpovedí taxónov. .Keďže v databáze amidov ECOTOX sa nenašli žiadne údaje, pre amidy sa nevyvinul žiadny SSD a zo súčasnej štúdie sa získala iba jedna odpoveď EC50.Hoci v databáze ECOTOX bola nájdená hodnota EC50 len jednej sulfidovej skupiny, súčasný postgraduálny študent má 12 hodnôt EC50.Preto boli vyvinuté SSD pre sulfinylové skupiny.
Špecifické hodnoty HC5 fipronilových zlúčenín získané iba zo súboru údajov SSD z Mesocosmos boli kombinované s údajmi z terénu na posúdenie expozície a potenciálnej toxicity fipronilových zlúčenín v 444 prúdoch z piatich oblastí v Spojených štátoch.V poslednom 4-týždňovom okne odberu vzoriek sa každá zistená koncentrácia fipronilových zlúčenín (nedetegované koncentrácie sú nulové) vydelí príslušným HC5 a pomer zlúčenín v každej vzorke sa sčíta, čím sa získa jednotka celkovej toxicity fipronilu (ΣTUFipronils), kde ΣTUFipronils> 1 znamená toxicitu.
Porovnaním nebezpečnej koncentrácie 50 % postihnutých druhov (HC50) s hodnotou EC50 bohatosti taxónov odvodenou z experimentu so strednou membránou sa vyhodnotila SSD získaná z údajov o strednej membráne tak, aby odrážala citlivosť širšej ekologickej komunity na fipronil. stupňa..Prostredníctvom tohto porovnania je možné vyhodnotiť konzistenciu medzi metódou SSD (vrátane iba tých taxónov so vzťahom medzi dávkou a odozvou) a metódou EC50 (vrátane všetkých jedinečných taxónov pozorovaných v strednom priestore) pomocou metódy EC50 merania bohatosti taxónov Pohlavie.Vzťah reakcie na dávku.
Na zistenie vzťahu medzi zdravotným stavom spoločenstiev bezstavovcov a ΣTUFipronilom v 437 tokoch zberajúcich bezstavovce bol vypočítaný ukazovateľ rizika druhov pesticídov (SPEAR pesticídy).Metrika SPEAR pesticídov prevádza zloženie bezstavovcov na metriku početnosti pre biologickú taxonómiu s fyziologickými a ekologickými charakteristikami, čím dodáva citlivosť na pesticídy.Indikátor SPEAR pesticídov nie je citlivý na prirodzené kovariáty (49, 50), hoci jeho výkonnosť bude ovplyvnená závažnou degradáciou biotopov (51).Údaje o početnosti zhromaždené na mieste pre každý taxón sa koordinujú s kľúčovou hodnotou taxónu súvisiacou so softvérom ASTERICS na posúdenie ekologickej kvality rieky (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Potom importujte údaje do softvéru Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (verzia 18.05).V tomto softvéri sa európska databáza vlastností a databáza s fyziologickou citlivosťou na pesticídy používajú na konverziu údajov každej lokality na indikátor pesticídov SPEAR.Každá z piatich regionálnych štúdií použila všeobecný model aditív (GAM) [balík "mgcv" v R(52)) na preskúmanie vzťahu medzi metrikou SPEAR pesticídov a ΣTUFipronils [log10(X + 1) konverzia] Associated.Podrobnejšie informácie o metrikách pesticídov SPEAR a analýze údajov nájdete v doplnkových materiáloch.
Index kvality vody je konzistentný v každom mezoskopickom prietoku a počas celého obdobia mezoskopického experimentu.Priemerná teplota, pH a vodivosť boli 13,1 °C (±0,27 °C), 7,8 (±0,12) a 54,1 (±2,1) μS/cm (35).Nameraný rozpustený organický uhlík v čistej riečnej vode je 3,1 mg/l.V mezo-pohľade na rieku, kde je nasadený záznamník MiniDOT, je rozpustený kyslík blízko nasýtenia (priemer > 8,0 mg/l), čo naznačuje, že prúd je plne cirkulovaný.
Údaje o kontrole kvality a zabezpečení kvality fipronilu sú uvedené v sprievodnej správe údajov (35).Stručne povedané, miery výťažnosti hrotov laboratórnej matrice a mezoskopických vzoriek sú zvyčajne v prijateľnom rozsahu (výťažnosť 70 % až 130 %), štandardy IDL potvrdzujú kvantitatívnu metódu a laboratórne a prístrojové slepé vzorky sú zvyčajne čisté Existuje len veľmi málo výnimiek okrem tieto zovšeobecnenia diskutované v doplnkovom materiáli..
Kvôli dizajnu systému je nameraná koncentrácia fipronilu zvyčajne nižšia ako cieľová hodnota (obrázok S2) (pretože dosiahnutie rovnovážneho stavu za ideálnych podmienok trvá 4 až 10 dní) (30).V porovnaní s inými fipronilovými zlúčeninami sa koncentrácia desulfinylu a amidu v priebehu času mení len málo a variabilita koncentrácie v rámci ošetrenia je menšia ako rozdiel medzi ošetreniami s výnimkou spracovania sulfónu a sulfidu s nízkou koncentráciou.Časovo vážený priemer nameraných koncentrácií pre každú liečebnú skupinu je nasledovný: Fipronil, IDL až 9,07 μg/l;desulfinyl, IDL do 2,15 μg/l;Amid, IDL do 4,17 μg/l;Sulfid, IDL do 0,57 μg/liter;a sulfón, IDL je 1,13 μg/liter (35).V niektorých prúdoch boli detegované necieľové fipronilové zlúčeniny, t.j. zlúčeniny, ktoré neboli pridané do špecifickej úpravy, ale bolo známe, že sú produktmi degradácie upravovanej zlúčeniny.Mezoskopické membrány ošetrené materskou zlúčeninou fipronilom majú najvyšší počet zistených necieľových degradačných produktov (ak sa nepoužívajú ako spracovacia zlúčenina, sú to sulfinyl, amid, sulfid a sulfón);tieto môžu byť spôsobené skôr výrobným procesom nečistôt a/alebo degradačnými procesmi, ktoré sa vyskytujú počas skladovania zásobného roztoku a (alebo) v mezoskopickom experimente, než výsledkom krížovej kontaminácie.Pri liečbe fipronilom sa nepozoroval žiadny trend degradačnej koncentrácie.Necieľové degradačné zlúčeniny sa najčastejšie detegujú v tele s najvyššou koncentráciou liečby, ale koncentrácia je nižšia ako koncentrácia týchto necieľových zlúčenín (pozri nasledujúcu časť o koncentrácii).Preto, keďže necieľové degradačné zlúčeniny sa zvyčajne nezistia pri najnižšom ošetrení fipronilom a pretože zistená koncentrácia je nižšia ako účinná koncentrácia pri najvyššom ošetrení, dospelo sa k záveru, že tieto necieľové zlúčeniny majú minimálny vplyv na analýzu.
V experimentoch s médiami boli bentické makrobezstavovce citlivé na fipronil, desulfinyl, sulfón a sulfid [tabuľka S1;pôvodné údaje o abundancii sú uvedené v sprievodnej verzii údajov (35)].Fipronil amid je určený len pre muchy Rhithrogena sp.Toxický (smrteľný), jeho EC50 je 2,05 μg/l [±10,8(SE)].Boli vytvorené krivky dávka-odozva 15 jedinečných taxónov.Tieto taxóny vykazovali mortalitu v testovanom koncentračnom rozsahu (tabuľka S1) a cielené zoskupené taxóny (ako sú muchy) (obrázok S3) a bohaté taxóny (obrázok 1). Vytvorila sa krivka odozvy na dávku.Koncentrácia (EC50) fipronilu, desulfinylu, sulfónu a sulfidu na jedinečných taxónoch najcitlivejších taxónov sa pohybuje od 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 a 0,005-0,043 μg/l, v tomto poradí.Rhithrogena sp.a Sweltsa sp.;Obrázok S4) sú nižšie ako viac tolerované taxóny (ako Micropsectra / Tanytarsus a Lepidostoma sp.) (tabuľka S1).Podľa priemernej EC50 každej zlúčeniny v tabuľke S1 sú najúčinnejšie zlúčeniny sulfóny a sulfidy, zatiaľ čo bezstavovce sú vo všeobecnosti najmenej citlivé na desulfinyl (okrem amidov).Metriky celkového ekologického stavu, ako je bohatosť taxónov, celková abundancia, celkový pentaploid a celkový výskyt kamenných mušiek, vrátane taxónov a abundancie niektorých taxónov, sú veľmi zriedkavé a nie je možné ich vypočítať. Nakreslite samostatnú krivku závislosti odpovede od dávky.Preto tieto ekologické ukazovatele zahŕňajú odpovede taxónov, ktoré nie sú zahrnuté v SSD.
Bohatosť taxónov (larva) s trojúrovňovou logistickou funkciou koncentrácie (A) fipronilu, (B) desulfinylu, (C) sulfónu a (D) sulfidu.Každý údajový bod predstavuje larvy z jedného prúdu na konci 30-dňového mezo experimentu.Bohatosť taxónov je počet jedinečných taxónov v každom toku.Hodnota koncentrácie je časovo vážený priemer pozorovanej koncentrácie každého prúdu meranej na konci 30-dňového experimentu.Fipronil amid (nie je znázornený) nemá žiadny vzťah s bohatými taxónmi.Upozorňujeme, že os x je na logaritmickej stupnici.EC20 a EC50 s SE sú uvedené v tabuľke S1.
Pri najvyššej koncentrácii všetkých piatich fipronilových zlúčenín sa rýchlosť objavenia sa Uetridae znížila.Pozorovalo sa, že percento klíčenia (EC50) sulfidu, sulfónu, fipronilu, amidu a desulfinylu sa znížilo o 50 % pri koncentráciách 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 a 0,97 μg/l (obrázok 2 a obrázok S5).Vo väčšine 30-dňových experimentov boli všetky ošetrenia fipronilom, desulfinylom, sulfónom a sulfidom oneskorené, s výnimkou niektorých ošetrení s nízkou koncentráciou (obrázok 2) a ich vzhľad bol inhibovaný.Pri spracovaní amidom bol akumulovaný výtok počas celého experimentu vyšší ako pri kontrole s koncentráciou 0,286 μg/liter.Najvyššia koncentrácia (4,164 μg/liter) počas celého experimentu inhibovala výtok a rýchlosť výtoku pri prechodnom spracovaní bola podobná ako v kontrolnej skupine.(obrázok 2).
Kumulatívny výskyt je priemerný denný priemerný výskyt každého ošetrenia mínus (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfón, (D) sulfid a (E) amid v kontrolnom prúde. Priemerný denný priemerný výskyt membrány.Okrem kontroly (n = 6), n = 1. Hodnota koncentrácie je časovo vážený priemer pozorovanej koncentrácie v každom toku.
Krivka dávka-odozva ukazuje, že okrem taxonomických strát dochádza k štrukturálnym zmenám na úrovni komunity.Konkrétne, v rámci rozsahu testovaných koncentrácií množstvo mája (obrázok S3) a množstvo taxónov (obrázok 1) vykazovalo významné vzťahy medzi dávkou a odozvou s fipronilom, desulfinylom, sulfónom a sulfidom.Preto sme testovaním nutričnej kaskády skúmali, ako tieto štrukturálne zmeny vedú k zmenám v komunitnej funkcii.Expozícia vodných bezstavovcov fipronilu, desulfinylu, sulfidu a sulfónu má priamy negatívny vplyv na biomasu škrabky (obrázok 3).Aby bolo možné kontrolovať negatívny vplyv fipronilu na biomasu škrabky, škrabka negatívne ovplyvnila aj biomasu chlorofylu a (obrázok 3).Výsledkom týchto negatívnych dráhových koeficientov je čistý nárast chlorofylu a so zvyšujúcou sa koncentráciou fipronilu a degradantov.Tieto plne sprostredkované modely dráhy naznačujú, že zvýšená degradácia fipronilu alebo fipronilu vedie k zvýšeniu podielu chlorofylu a (obrázok 3).Vopred sa predpokladá, že priamy vplyv medzi koncentráciou fipronilu alebo degradácie a biomasou chlorofylu a chlorofylu je nulový, pretože zlúčeniny fipronilu sú pesticídy a majú nízku priamu toxicitu pre riasy (napríklad základná koncentrácia akútnej nevaskulárnej rastliny EPA je 100 μg / l fipronil, disulfoxidová skupina, sulfón a sulfid; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), Všetky výsledky (platné modely) to podporujú hypotéza.
Fipronil môže výrazne znížiť biomasu (priamy účinok) pastvy (skupinou škrabákov sú larvy), ale nemá priamy vplyv na biomasu chlorofylu a.Silným nepriamym účinkom fipronilu je však zvýšenie biomasy chlorofylu a v reakcii na menšiu pastvu.Šípka označuje štandardizovaný koeficient dráhy a znamienko mínus (-) označuje smer asociácie.* Označuje stupeň dôležitosti.
Tri SSD (iba stredná vrstva, stredná vrstva plus údaje ECOTOX a stredná vrstva plus údaje ECOTOX korigované na rozdiely v trvaní expozície) vytvorili nominálne odlišné hodnoty HC5 (tabuľka S3), ale výsledky boli v rozsahu SE.Vo zvyšku tejto štúdie sa zameriame na dátový SSD iba s meso vesmírom a súvisiacou hodnotou HC5.Kompletnejší popis týchto troch hodnotení SSD nájdete v doplnkových materiáloch (tabuľky S2 až S5 a obrázky S6 a S7).Najvhodnejšia distribúcia údajov (najnižšie skóre informačného štandardu Akaike) zo štyroch fipronilových zlúčenín (obrázok 4), ktoré sa používajú iba na mape SSD s meso-pevným obsahom, je log-gumbel fipronilu a sulfónu a weibull sulfid a odsírený γ ( Tabuľka S3).Hodnoty HC5 získané pre každú zlúčeninu sú uvedené na obrázku 4 len pre meso vesmír a v tabuľke S3 sú uvedené hodnoty HC5 zo všetkých troch súborov údajov SSD.Hodnoty HC50 fipronilových, sulfidových, sulfónových a desulfinylových skupín [22,1 ± 8,78 ng/l (95 % CI, 11,4 až 46,2), 16,9 ± 3,38 ng/l (95 % CI, 11,2 až 24,0), 8 80 ± 2,66 ng/l (95 % CI, 5,44 až 15,8) a 83,4 ± 32,9 ng/l (95 % CI, 36,4 až 163)] Tieto zlúčeniny sú výrazne nižšie ako EC50 bohatosť taxónov (celkový počet jedinečných taxónov) (tabuľka S1 poznámky v tabuľke doplnkového materiálu sú mikrogramy na liter).
V experimente v mezo-meradle, keď sa exponuje (A) fipronil, (B) dessulfinyl fipronil, (C) fipronil sulfón, (D) fipronil sulfid počas 30 dní, je druhová citlivosť opísaná Je to hodnota EC50 taxónu.Modrá prerušovaná čiara predstavuje 95 % CI.Vodorovná prerušovaná čiara predstavuje HC5.Hodnota HC5 (ng/l) každej zlúčeniny je nasledujúca: Fipronil, 4,56 ng/l (95 % CI, 2,59 až 10,2);Sulfid, 3,52 ng/l (1,36 až 9,20);Sulfón, 2,86 ng/liter (1,93 až 5,29);a sulfinyl, 3,55 ng/liter (0,35 až 28,4).Upozorňujeme, že os x je na logaritmickej stupnici.
V piatich regionálnych štúdiách bol Fipronil (rodičia) zistený v 22 % zo 444 miest odberu vzoriek v teréne (tabuľka 1).Frekvencia detekcie florfenibu, sulfónu a amidu je podobná (18 % až 22 % vzorky), frekvencia detekcie sulfidu a desulfinylu je nižšia (11 % až 13 %), zatiaľ čo zvyšné produkty degradácie sú veľmi vysoké.Málo (1 % alebo menej) alebo sa nikdy nezistilo (tabuľka 1)..Fipronil sa najčastejšie deteguje na juhovýchode (52 % lokalít) a najmenej často na severozápade (9 % lokalít), čo poukazuje na variabilitu používania benzopyrazolu a potenciálnu zraniteľnosť toku v celej krajine.Degradanty zvyčajne vykazujú podobné regionálne vzorce, s najvyššou frekvenciou detekcie na juhovýchode a najnižšou v severozápadnej alebo pobrežnej Kalifornii.Nameraná koncentrácia fipronilu bola najvyššia, nasledovala materská zlúčenina fipronil (90 % percent 10,8 a 6,3 ng/l, v uvedenom poradí) (tabuľka 1) (35).Najvyššia koncentrácia fipronilu (61,4 ng/l), disulfinylu (10,6 ng/l) a sulfidu (8,0 ng/l) bola stanovená na juhovýchode (v posledných štyroch týždňoch odberu).Najvyššia koncentrácia sulfónu bola stanovená na západe.(15,7 ng/l), amid (42,7 ng/l), dessulfinylflupirnamid (14 ng/l) a fipronilsulfonát (8,1 ng/l) (35).Florfenidsulfón bol jedinou zlúčeninou, u ktorej bolo pozorované, že prevyšuje HC5 (tabuľka 1).Priemerné ΣTUFipronils medzi rôznymi regiónmi sa značne líšia (tabuľka 1).Národný priemer ΣTUFipronils je 0,62 (všetky lokality, všetky regióny) a 71 miest (16 %) má ΣTUFipronils > 1, čo naznačuje, že môže byť toxický pre bentické makrobezstavovce.V štyroch z piatich študovaných regiónov (okrem stredozápadu) existuje významný vzťah medzi pesticídmi SPEAR a ΣTUFipronil, s upraveným R2 v rozsahu od 0,07 pozdĺž pobrežia Kalifornie po 0,34 na juhovýchode (obrázok 5).
*Zlúčeniny používané pri mezoskopických experimentoch.†ΣTUFipronils, medián súčtu toxínových jednotiek [pozorovaná poľná koncentrácia štyroch fipronilových zlúčenín/nebezpečná koncentrácia každej zlúčeniny z piateho percentilu druhov infikovaných SSD (obrázok 4)] Pre týždenné vzorky fipronilu posledné 4 týždňov boli vypočítané vzorky pesticídov zozbierané na každom mieste.‡Počet miest, kde sa merajú pesticídy.§ 90. percentil je založený na maximálnej koncentrácii pozorovanej na mieste počas posledných 4 týždňov odberu vzoriek pesticídov.s percentom testovaných vzoriek.¶ Na výpočet CI použite 95 % CI hodnoty HC5 (obrázok 4 a tabuľka S3, iba mezo).Dechloroflupinib bol analyzovaný vo všetkých regiónoch a nikdy sa nenašiel.ND, nezistené.
Toxická jednotka fipronilu je nameraná koncentrácia fipronilu vydelená hodnotou HC5 špecifickou pre danú látku, ktorá je určená SSD získanou z experimentu s médiom (pozri obrázok 4).Čierna čiara, všeobecný aditívny model (GAM).Červená prerušovaná čiara má CI 95 % pre GAM.ΣTUFipronils sa prevedie na log10 (ΣTUFipronils+1).
Nepriaznivé účinky fipronilu na necieľové vodné druhy boli dobre zdokumentované (15, 21, 24, 25, 32, 33), ale toto je prvá štúdia, v ktorej je citlivý v kontrolovanom laboratórnom prostredí.Spoločenstvá taxónov boli vystavené fipronilovým zlúčeninám a výsledky boli extrapolované v kontinentálnom meradle.Výsledky 30-dňového mezokozmického experimentu môžu produkovať 15 samostatných skupín vodného hmyzu (tabuľka S1) s neuvádzanou koncentráciou v literatúre, medzi ktorými je vodný hmyz v databáze toxicity nedostatočne zastúpený (53, 54).Krivky závislosti odpovede od dávky špecifické pre taxóny (ako je EC50) sa odrážajú v zmenách na úrovni komunity (ako je bohatstvo taxónov a strata hojnosti taxónov) a funkčné zmeny (ako sú nutričné ​​kaskády a zmeny vzhľadu).Účinok mezoskopického vesmíru bol extrapolovaný na pole.V štyroch z piatich výskumných oblastí v Spojených štátoch bola koncentrácia fipronilu nameraná v teréne korelovaná s poklesom vodného ekosystému v tekutej vode.
Hodnota HC5 95 % druhov v experimente so strednou membránou má ochranný účinok, čo naznačuje, že celkové spoločenstvá vodných bezstavovcov sú citlivejšie na fipronilové zlúčeniny, ako sa predtým chápalo.Získaná hodnota HC5 (florfenib, 4,56 ng/liter; desulfoxiran, 3,55 ng/liter; sulfón, 2,86 ng/liter; sulfid, 3,52 ng/liter) je niekoľkonásobne (florfenib) až trojnásobne vyššia ako rádová hodnota (desulfinyl ) pod súčasnou referenčnou hodnotou EPA pre chronické bezstavovce [fipronil, 11 ng/liter;desulfinyl, 10 310 ng/liter;sulfón, 37 ng/liter;a sulfid, pre 110 ng/liter (8)].Mezoskopické experimenty identifikovali mnoho skupín, ktoré sú citlivé na fipronil namiesto tých, ktoré sú uvedené v benchmarku chronických bezstavovcov EPA (4 skupiny, ktoré sú citlivejšie na fipronil, 13 párov desulfinylu, 11 párov sulfónu a 13 párov) Senzitivita na sulfidy) (obrázok 4 a tabuľka) S1).To ukazuje, že referenčné hodnoty nemôžu chrániť niekoľko druhov, ktoré sa pozorujú aj v strednom svete a ktoré sú tiež rozšírené vo vodných ekosystémoch.Rozdiel medzi našimi výsledkami a súčasnou referenčnou hodnotou je spôsobený najmä nedostatkom údajov z testov toxicity fipronilu použiteľných na rad taxónov vodného hmyzu, najmä ak doba expozície presiahne 4 dni a fipronil sa degraduje.Počas 30-dňového mezokozmického experimentu bola väčšina hmyzu v spoločenstve bezstavovcov citlivejšia na fipronil ako bežný testovací organizmus Aztec (kôrovec), a to aj po korekcii hodnoty Aztec EC50 z Teike to robí rovnako po akútnej transformácii.(zvyčajne 96 hodín) až po chronickú dobu expozície (obrázok S7).Lepší konsenzus sa dosiahol medzi experimentom so strednou membránou a štúdiou uvedenou v ECOTOX s použitím štandardného testovacieho organizmu Chironomus dilutus (hmyz).Nie je prekvapujúce, že vodný hmyz je obzvlášť citlivý na pesticídy.Bez úpravy expozičného času experiment v mezo mierke a komplexné údaje databázy ECOTOX ukázali, že mnohé taxóny boli pozorované ako citlivejšie na fipronilové zlúčeniny ako zriedené Clostridium (obrázok S6).Avšak úpravou času expozície je Dilution Clostridium najcitlivejším organizmom na fipronil (rodičovský) a sulfid, hoci nie je citlivý na sulfón (obrázok S7).Tieto výsledky ilustrujú dôležitosť zahrnutia viacerých typov vodných organizmov (vrátane viacerých druhov hmyzu) na produkciu skutočných koncentrácií pesticídov, ktoré môžu chrániť vodné organizmy.
Metóda SSD môže chrániť vzácne alebo necitlivé taxóny, ktorých EC50 nemožno určiť, ako napríklad Cinygmula sp., Isoperla fulva a Brachycentrus americanus.Hodnoty EC50 pre početnosť taxónov a početnosť môžu lietať odrážajúce zmeny v zložení komunity sú v súlade s hodnotami HC50 SSD fipronilu, sulfónu a sulfidu.Protokol podporuje nasledujúcu myšlienku: Metóda SSD použitá na odvodenie prahových hodnôt môže chrániť celú komunitu vrátane vzácnych alebo necitlivých taxónov v komunite.Prahová hodnota vodných organizmov určená z SSD na základe iba niekoľkých taxónov alebo necitlivých taxónov môže byť pri ochrane vodných ekosystémov značne nedostatočná.To je prípad desulfinylu (obrázok S6B).Kvôli nedostatku údajov v databáze ECOTOX je východisková koncentrácia chronických bezstavovcov EPA 10 310 ng/l, čo je o štyri rády viac ako 3,55 ng/l HC5.Výsledky rôznych súborov odozvy taxónov získané v mezoskopických experimentoch.Nedostatok údajov o toxicite je obzvlášť problematický pre degradovateľné zlúčeniny (obrázok S6), čo môže vysvetľovať, prečo sú existujúce vodné biologické referenčné hodnoty pre sulfón a sulfid asi 15 až 30-krát menej citlivé ako hodnota SSD HC5 založená na China Universe.Výhodou metódy so strednou membránou je, že v jedinom experimente je možné určiť viacero hodnôt EC50, čo je dostatočné na vytvorenie kompletného SSD (napríklad desulfinyl; obrázok 4B a obrázky S6B a S7B) a má významný vplyv o prírodných taxónoch chráneného ekosystému Mnoho odpovedí.
Mezoskopické experimenty ukazujú, že fipronil a jeho degradačné produkty môžu mať zjavné subletálne a nepriame nepriaznivé účinky na funkciu komunity.V mezoskopickom experimente sa ukázalo, že všetkých päť fipronilových zlúčenín ovplyvňuje výskyt hmyzu.Výsledky porovnania medzi najvyššou a najnižšou koncentráciou (inhibícia a stimulácia individuálneho vzchádzania alebo zmeny v čase vzídenia) sú v súlade s predtým uvádzanými výsledkami mezo experimentov s použitím insekticídu bifentrínu (29).Výskyt dospelých jedincov zabezpečuje dôležité ekologické funkcie a môže byť zmenený znečisťujúcimi látkami, ako je fipronil (55, 56).Súčasný výskyt nie je kritický len pre reprodukciu hmyzu a perzistenciu populácie, ale aj pre prísun dospelého hmyzu, ktorý možno použiť ako potravu pre vodné a suchozemské živočíchy (56).Zabránenie vzniku sadeníc môže nepriaznivo ovplyvniť výmenu potravy medzi vodnými ekosystémami a pobrežnými ekosystémami a rozšíriť účinky vodných polutantov do suchozemských ekosystémov (55, 56).Zníženie početnosti škrabákov (hmyz požierajúci riasy) pozorované v experimente v mezomeradle malo za následok zníženie spotreby rias, čo malo za následok zvýšenie chlorofylu a (obrázok 3).Táto trofická kaskáda mení toky uhlíka a dusíka v tekutej potravinovej sieti, podobne ako v štúdii, ktorá hodnotila účinky pyretroidného bifentrínu na bentické spoločenstvá (29).Preto fenylpyrazoly, ako je fipronil a jeho degradačné produkty, pyretroidy a možno aj iné typy insekticídov, môžu nepriamo podporovať nárast biomasy rias a narušenie uhlíka a dusíka v malých tokoch.Ďalšie vplyvy sa môžu rozšíriť na zničenie cyklov uhlíka a dusíka medzi vodnými a suchozemskými ekosystémami.
Informácie získané zo stredného membránového testu nám umožnili vyhodnotiť ekologický význam koncentrácií fipronilovej zlúčeniny meraných v rozsiahlych poľných štúdiách uskutočnených v piatich regiónoch Spojených štátov amerických.V 444 malých prúdoch prekročilo 17 % priemernej koncentrácie jednej alebo viacerých fipronilových zlúčenín (priemer za 4 týždne) hodnotu HC5 získanú z testu média.Použite SSD z experimentu v mezo-meradle na konverziu nameranej koncentrácie fipronilovej zlúčeniny na index súvisiaci s toxicitou, to znamená súčet jednotiek toxicity (ΣTUFipronils).Hodnota 1 znamená toxicitu alebo kumulatívna expozícia fipronilovej zlúčenine prekračuje známu ochranu Druh v hodnote 95 %.Významný vzťah medzi ΣTUFipronilom v štyroch z piatich oblastí a indikátorom SPEAR pesticídov pre zdravie komunity bezstavovcov naznačuje, že fipronil môže nepriaznivo ovplyvniť komunity bentických bezstavovcov v riekach vo viacerých regiónoch Spojených štátov.Tieto výsledky podporujú hypotézu Wolframa a kol.(3) Riziko fenpyrazolových insekticídov pre povrchové vody v Spojených štátoch nie je úplne pochopené, pretože vplyv na vodný hmyz sa vyskytuje pod súčasným regulačným prahom.
Väčšina tokov s obsahom fipronilu nad toxickou úrovňou sa nachádza v relatívne urbanizovanom juhovýchodnom regióne (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Predchádzajúce hodnotenie oblasti nielenže dospelo k záveru, že fipronil je hlavným stresorom ovplyvňujúcim štruktúru spoločenstva bezstavovcov v potoku, ale aj to, že nízka hladina rozpusteného kyslíka, zvýšené množstvo živín, zmeny prietoku, degradácia biotopov a iné pesticídy a kategória znečisťujúcich látok je dôležitá. zdroj stresu (57).Táto zmes stresorov je v súlade so „syndrómom mestskej rieky“, čo je degradácia riečnych ekosystémov bežne pozorovaná v súvislosti s využívaním mestskej pôdy (58, 59).Značky využívania mestskej pôdy v juhovýchodnom regióne rastú a očakáva sa, že sa budú zvyšovať spolu s rastom populácie regiónu.Očakáva sa, že vplyv budúceho rozvoja miest a pesticídov na odtok z miest sa zvýši (4).Ak bude urbanizácia a používanie fipronilu naďalej rásť, používanie tohto pesticídu v mestách môže čoraz viac ovplyvňovať komunity potokov.Hoci metaanalýza dospela k záveru, že používanie poľnohospodárskych pesticídov ohrozuje globálne prúdové ekosystémy (2, 60), predpokladáme, že tieto hodnotenia podceňujú celkový globálny vplyv pesticídov vylúčením ich použitia v mestách.
Rôzne stresory, vrátane pesticídov, môžu ovplyvniť spoločenstvá makrobezstavovcov v rozvinutých povodiach (mestské, poľnohospodárske a zmiešané využitie pôdy) a môžu súvisieť s využívaním pôdy (58, 59, 61).Hoci táto štúdia používala indikátor SPEAR pesticídov a charakteristiky fipronilovej toxicity špecifické pre vodné organizmy na minimalizáciu vplyvu mätúcich faktorov, výkonnosť indikátora SPEAR pesticídov môže byť ovplyvnená degradáciou biotopu a fipronil možno porovnať s inými pesticídmi súvisiacimi (4, 17, 51, 57).Model viacerých stresorov vyvinutý pomocou terénnych meraní z prvých dvoch regionálnych štúdií (stredozápadná a juhovýchodná) však ukázal, že pesticídy sú dôležitým stresorom proti prúdu pre podmienky spoločenstva makrobezstavovcov v brodiacich sa riekach.V týchto modeloch medzi dôležité vysvetľujúce premenné patria pesticídy (najmä bifentrín), živiny a charakteristiky biotopov vo väčšine poľnohospodárskych tokov na Stredozápade a pesticídy (najmä fipronil) vo väčšine miest na juhovýchode.Zmeny kyslíka, živín a prietoku (61, 62).Preto, hoci sa regionálne štúdie pokúšajú riešiť vplyv nepesticídnych stresorov na ukazovatele odozvy a upraviť prediktívne ukazovatele tak, aby popisovali vplyv fipronilu, terénne výsledky tohto prieskumu podporujú názor fipronilu.) Malo by sa považovať za jeden z najvplyvnejších zdrojov tlaku v amerických riekach, najmä na juhovýchode Spojených štátov.
Výskyt degradácie pesticídov v životnom prostredí je zriedkavo zdokumentovaný, ale ohrozenie vodných organizmov môže byť škodlivejšie ako materské telo.V prípade fipronilu štúdie v teréne a experimenty v mezodmere ukázali, že produkty degradácie sú vo vzorkovaných prúdoch také bežné ako materské telo a majú rovnakú alebo vyššiu toxicitu (tabuľka 1).V experimente so strednou membránou bol fluórbenzonitrilsulfón najtoxickejší zo študovaných produktov degradácie pesticídov a bol toxickejší ako materská zlúčenina a bol tiež detegovaný s frekvenciou podobnou frekvencii materskej zlúčeniny.Ak sa merajú iba materské pesticídy, potenciálne toxické javy sa nemusia zaznamenať a relatívny nedostatok informácií o toxicite počas degradácie pesticídov znamená, že ich výskyt a dôsledky môžu byť ignorované.Napríklad pre nedostatok informácií o toxicite produktov degradácie sa vykonalo komplexné hodnotenie pesticídov vo švajčiarskych tokoch, vrátane 134 produktov degradácie pesticídov, pričom v hodnotení ekotoxikologického rizika sa za materskú látku považovala iba materská zlúčenina.
Výsledky tohto hodnotenia ekologického rizika naznačujú, že zlúčeniny fipronilu majú nepriaznivé účinky na zdravie riek, takže možno odôvodnene vyvodiť, že nepriaznivé účinky možno pozorovať kdekoľvek, kde zlúčeniny fipronilu prekračujú hladinu HC5.Výsledky mezoskopických experimentov sú nezávislé od miesta, čo naznačuje, že koncentrácia fipronilu a produktov jeho degradácie v mnohých prúdových taxónoch je oveľa nižšia, ako sa predtým zaznamenalo.Veríme, že tento objav sa pravdepodobne rozšíri na protobiotu v nedotknutých tokoch kdekoľvek.Výsledky experimentu v mierke boli aplikované na rozsiahle terénne štúdie (444 malých tokov zložených z mestského, poľnohospodárskeho a zmiešaného využitia pôdy v piatich hlavných regiónoch v Spojených štátoch) a zistilo sa, že koncentrácia mnohých tokov kde sa očakáva, že sa zistí fipronil Výsledná toxicita naznačuje, že tieto výsledky sa môžu rozšíriť aj na iné krajiny, kde sa fipronil používa.Podľa správ sa počet ľudí užívajúcich Fipronil zvyšuje v Japonsku, Spojenom kráľovstve a USA (7).Fipronil je prítomný takmer na každom kontinente vrátane Austrálie, Južnej Ameriky a Afriky (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Výsledky tu prezentovaných mezo-poľných štúdií naznačujú, že použitie fipronilu môže mať ekologický význam v globálnom meradle.
Doplnkové materiály k tomuto článku nájdete na http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Toto je článok s otvoreným prístupom distribuovaný za podmienok Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, ktorý umožňuje použitie, distribúciu a reprodukciu na akomkoľvek médiu, pokiaľ konečné použitie nie je na komerčný zisk a predpokladom je, že pôvodná práca je správna.Odkaz.
Poznámka: Uveďte svoju e-mailovú adresu iba preto, aby osoba, ktorú odporúčate na stránku, vedela, že chcete, aby e-mail videla a že nejde o spam.Nebudeme zachytávať žiadne e-mailové adresy.
Táto otázka sa používa na testovanie, či ste návštevník a na zabránenie automatickému odosielaniu 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
Štúdie ukázali, že bežné pesticídy, ktoré sú často detegované v amerických tokoch, sú toxickejšie, ako sa doteraz predpokladalo.
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
Štúdie ukázali, že bežné pesticídy, ktoré sú často detegované v amerických tokoch, sú toxickejšie, ako sa doteraz predpokladalo.
©2021 American Association for the Advancement of Science.všetky práva vyhradené.AAAS je partnerom HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef a COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.