Pesticidi v potokih vse bolj postajajo globalna skrb, vendar je malo informacij o varni koncentraciji vodnih ekosistemov.V 30-dnevnem mezokozmičnem poskusu so bili avtohtoni bentoški vodni nevretenčarji izpostavljeni običajnemu insekticidu fipronilu in štirim vrstam produktov razgradnje.Spojina fipronil je povzročila spremembe v pojavni in trofični kaskadi.Razvita je bila učinkovita koncentracija (EC50), pri kateri fipronil in njegovi produkti razgradnje sulfida, sulfona in desulfinila povzročijo 50-odstotni odziv.Taksani niso občutljivi na fipronil.Koncentracija nevarnosti 5 % prizadete vrste iz 15 mezokozmičnih vrednosti EC50 se uporablja za pretvorbo koncentracije spojine fipronila v poljskem vzorcu v vsoto toksičnih enot (∑TUFipronili).V 16 % tokov, vzetih iz petih regionalnih študij, je povprečje ∑TUFipronil preseglo 1 (kar kaže na toksičnost).Indikatorji nevretenčarjev ogroženih vrst so negativno povezani s TUTUipronilom na štirih od petih območij vzorčenja.Ta ocena ekološkega tveganja kaže, da bodo nizke koncentracije spojin fipronila zmanjšale skupnosti potokov v mnogih delih Združenih držav.
Čeprav se je proizvodnja sintetičnih kemikalij v zadnjih desetletjih močno povečala, vpliv teh kemikalij na neciljne ekosisteme ni bil popolnoma razumljen (1).V površinskih vodah, kjer je izgubljenih 90 % svetovnih kmetijskih zemljišč, ni podatkov o kmetijskih pesticidih, kjer pa podatki obstajajo, je čas, da pesticidi presežejo regulativne pragove, polovični (2).Meta-analiza kmetijskih pesticidov v površinskih vodah v Združenih državah je pokazala, da je na 70 % lokacij vzorčenja vsaj en pesticid presegel regulativni prag (3).Vendar se te metaanalize (2, 3) osredotočajo le na površinske vode, na katere vpliva raba kmetijskih zemljišč, in so povzetek ločenih študij.Pesticidi, zlasti insekticidi, so v visokih koncentracijah prisotni tudi v drenaži mestne krajine (4).Redko je izvesti celovito oceno pesticidov v površinskih vodah, ki se izpuščajo iz kmetijstva in urbanih krajin;zato ni znano, ali pesticidi predstavljajo obsežno grožnjo površinskim vodnim virom in njihovi ekološki celovitosti.
Benzopirazoli in neonikotinoidi so leta 2010 predstavljali tretjino svetovnega trga pesticidov (5).V površinskih vodah v ZDA so fipronil in produkti njegove razgradnje (fenilpirazoli) najpogostejše pesticidne spojine, njihove koncentracije pa običajno presegajo vodne standarde (6-8).Čeprav so neonikotinoidi pritegnili pozornost zaradi svojih učinkov na čebele in ptice ter njihove razširjenosti (9), je fipronil bolj toksičen za ribe in ptice (10), medtem ko imajo druge spojine iz razreda fenilpirazolov herbicidne učinke (5).Fipronil je sistemični insekticid, ki se uporablja za zatiranje škodljivcev v urbanem in kmetijskem okolju.Od vstopa fipronila na svetovni trg leta 1993 se je uporaba fipronila v ZDA, na Japonskem in v Združenem kraljestvu zelo povečala (5).V Združenih državah se fipronil uporablja za zatiranje mravelj in termitov ter se uporablja v pridelkih, vključno s koruzo (vključno s tretiranjem semen), krompirjem in sadovnjaki (11, 12).Uporaba fipronila v kmetijstvu je v Združenih državah dosegla vrhunec leta 2002 (13).Čeprav nacionalni podatki o uporabi v mestih niso na voljo, je uporaba v mestih v Kaliforniji dosegla vrhunec v letih 2006 in 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, dostopno 2. decembra 2019).Čeprav so visoke koncentracije fipronila (6,41 μg/L) v potokih na nekaterih kmetijskih območjih z visokimi stopnjami nanašanja (14), v primerjavi s kmetijskimi potoki mestni potoki v Združenih državah na splošno bolj zaznavni in imajo višje visoke koncentracije, kar je pozitivno za pojav neviht so povezani s testom (6, 7, 14-17).
Fipronil vstopi v vodni ekosistem z odtokom ali se izpira iz tal v potok (7, 14, 18).Fipronil ima nizko hlapnost (konstanta Henryjevega zakona 2,31×10-4 Pa m3 mol-1), nizko do zmerno topnost v vodi (3,78 mg/l pri 20 °C) in zmerno hidrofobnost (log Kow je 3,9 do 4,1)). mobilnost v tleh je zelo majhna (log Koc je 2,6 do 3,1) (12, 19) in kaže nizko do srednjo obstojnost v okolju (20).Finazepril se razgradi s fotolizo, oksidacijo, od pH-odvisne hidrolize in redukcijo, pri čemer nastanejo štirje glavni produkti razgradnje: dessulfoksifenapril (nor sulfoksid), fenaprenip sulfon (sulfon), filofenamid (amid) in filofenib sulfid (sulfid).Produkti razgradnje fipronila so bolj stabilni in trajni od matične spojine (21, 22).
Toksičnost fipronila in njegova razgradnja v neciljne vrste (kot so vodni nevretenčarji) je dobro dokumentirana (14, 15).Fipronil je nevrotoksična spojina, ki moti prehod kloridnih ionov skozi kloridni kanal, ki ga uravnava gama-aminomaslena kislina pri žuželkah, kar povzroči zadostno koncentracijo, da povzroči prekomerno vznemirjenje in smrt (20).Fipronil je selektivno toksičen, zato ima večjo afiniteto za vezavo na receptorje za žuželke kot za sesalce (23).Insekticidno delovanje produktov razgradnje fipronila je različno.Toksičnost sulfona in sulfida za sladkovodne nevretenčarje je podobna ali večja od strupenosti matične spojine.Desulfinil ima zmerno toksičnost, vendar je manj toksičen kot matična spojina.Relativno nestrupen (23, 24).Občutljivost vodnih nevretenčarjev za fipronil in razgradnjo fipronila se močno razlikuje znotraj in med taksoni (15) in v nekaterih primerih celo presega red velikosti (25).Končno obstajajo dokazi, da so fenilpirazoli bolj strupeni za ekosistem, kot se je mislilo prej (3).
Vodna biološka merila uspešnosti, ki temeljijo na laboratorijskem testiranju strupenosti, lahko podcenjujejo tveganje poljskih populacij (26–28).Vodni standardi se običajno določijo z laboratorijskim testiranjem strupenosti ene vrste z uporabo ene ali več vrst vodnih nevretenčarjev (na primer Diptera: Chironomidae: Chironomus in Crustacea: Daphnia magna in Hyalella azteca).Te testne organizme je na splošno lažje gojiti kot druge bentoške makronevretenčarje (na primer phe genus ::), v nekaterih primerih pa so manj občutljivi na onesnaževala.Na primer, D. Magna je manj občutljiva na številne kovine kot nekatere žuželke, medtem ko je A. zteca manj občutljiva na piretroidni insekticid bifentrin kot njena občutljivost na črve (29, 30).Druga omejitev obstoječih meril so končne točke, uporabljene v izračunih.Akutna merila uspešnosti temeljijo na umrljivosti (ali določeni za rake), medtem ko kronična merila uspešnosti običajno temeljijo na subletalnih končnih točkah (kot sta rast in razmnoževanje) (če obstajajo).Vendar pa obstajajo zelo razširjeni subletalni učinki, kot so rast, nastanek, paraliza in razvojna zamuda, ki lahko vplivajo na uspeh taksonov in dinamike skupnosti.Posledično, čeprav merilo uspešnosti zagotavlja ozadje za biološki pomen učinka, je ekološki pomen kot prag za strupenost negotov.
Da bi bolje razumeli učinke spojin fipronila na bentoške vodne ekosisteme (nevretenčarje in alge), so bile naravne bentoške skupnosti prinesene v laboratorij in izpostavljene gradientom koncentracije med 30-dnevnim pretočnim fipronilom ali enim od štirih poskusov razgradnje fipronila.Cilj raziskave je ustvariti koncentracijo s 50-odstotnim učinkom, specifično za vrsto (vrednost EC50) za vsako spojino fipronila, ki predstavlja širok takson rečne skupnosti, in določiti vpliv onesnaževal na strukturo in delovanje skupnosti [tj. koncentracija nevarnosti] 5 % prizadetih vrst (HC5) in posredni učinki, kot sta spremenjen nastanek in trofična dinamika].Nato je bil prag (vrednost HC5, specifična za spojino), pridobljen z mezoskopskim eksperimentom, uporabljen za polje, ki ga je zbral Geološki zavod Združenih držav (USGS) iz petih regij Združenih držav (severovzhodna, jugovzhodna, srednjezahodna, severozahodni Pacifik in osrednja Kalifornija). Coastal Zone) Data) kot del regionalne ocene kakovosti toka USGS (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Kot nam je znano, je to prva ocena ekološkega tveganja.Izčrpno raziskuje učinke spojin fipronila na bentoške organizme v nadzorovanem mezo-okolju in nato te rezultate uporabi za terenske ocene na celinski ravni.
30-dnevni mezokozmični poskus je bil izveden v vodnem laboratoriju USGS Aquatic Laboratory (AXL) v Fort Collinsu, Colorado, ZDA od 18. oktobra do 17. novembra 2017, za 1 dan udomačitve in 30 dni poskusov.Metoda je bila predhodno opisana (29, 31) in podrobno opisana v dodatnem gradivu.Nastavitev mezo prostora vsebuje 36 krožnih tokov v štirih aktivnih tokovih (rezervoarjih za kroženje vode).Vsak živi tok je opremljen s hladilnikom za ohranjanje temperature vode in je osvetljen s ciklom svetlo-temno 16:8.Tok na mezoravni je iz nerjavečega jekla, ki je primerno za hidrofobnost fipronila (log Kow = 4,0) in primerno za organska čistilna topila (slika S1).Voda, uporabljena za eksperiment na mezo merilu, je bila zbrana iz reke Cache La Poudre (gorvodni viri, vključno z nacionalnim parkom Rocky Mountain, nacionalnim gozdom in kontinentalnim razkolom) in shranjena v štirih polietilenskih rezervoarjih AXL.Prejšnje ocene vzorcev usedlin in vode, zbranih na lokaciji, niso odkrile pesticidov (29).
Zasnova eksperimenta v mezo merilu je sestavljena iz 30 procesnih tokov in 6 kontrolnih tokov.Čistilni tok prejme obdelano vodo, od katerih vsaka vsebuje neponovljene konstantne koncentracije spojin fipronila: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amid (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), razžveplajoča skupina [Knjižnica pesticidov Agencije ZDA za varstvo okolja (EPA), CAS 205650-65-3], sulfon (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) in sulfid (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); vsa čistost ≥ 97,8 % Glede na objavljene vrednosti odziva (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33). Z raztapljanjem spojine fipronila v metanolu (stopnja certifikata Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society) in razredčenjem z deionizirano vodo do zahtevanega volumna za pripravo koncentrirane osnovne raztopine. Ker je količina metanola v odmerku različna, je treba po potrebi dodati metanol vsem tokovom obdelave. V treh kontrolah, da zagotovimo enako koncentracijo metanola ( 0,05 ml/L) v potokih Srednji pogled ostalih treh kontrolnih potokov je prejel rečno vodo brez metanola, sicer pa so bili obravnavani kot vsi ostali potoki.
8. dan, 16. dan in 26. dan smo v pretočni membrani merili temperaturo, pH vrednost, električno prevodnost in razgradnjo fipronila ter fipronila.Da bi sledili razgradnji matične spojine fipronila med preskusom medija, smo fipronil (starše) uporabili za obdelavo tekoče črevesne sluznice še tri dni [5., 12. in 21. dan (n = 6)] za temperaturo, pH, Vzorčenje prevodnosti, fipronila in razgradnje fipronila.Vzorci analize pesticidov so bili zbrani s filtriranjem 10 ml tekoče vode v 20 ml vialo iz jantarnega stekla skozi brizgalni filter Whatman 0,7 μm GF/F, opremljen z iglo velikega premera.Vzorci so bili takoj zamrznjeni in poslani v Nacionalni laboratorij za kakovost vode USGS (NWQL) v Lakewoodu, Kolorado, ZDA v analizo.Z uporabo izboljšane metode predhodno objavljene metode smo fipronil in 4 produkte razgradnje v vzorcih vode določili s tekočinsko kromatografijo z neposrednim vbrizgavanjem (DAI) – tandemsko masno spektrometrijo (LC-MS / MS; Agilent 6495).Stopnja zaznavanja instrumenta (IDL) je ocenjena kot minimalni kalibracijski standard, ki ustreza standardu kvalitativne identifikacije;IDL fipronila je 0,005 μg/L, IDL ostalih štirih fipronilov pa 0,001 μg/L.Dodatno gradivo nudi popoln opis metod, ki se uporabljajo za merjenje spojin fipronila, vključno s postopki nadzora in zagotavljanja kakovosti (na primer zbiranje vzorcev, konice, pregledi tretjih oseb in slepi vzorci).
Ob koncu 30-dnevnega mezokozmičnega eksperimenta je bilo zaključeno štetje in identifikacija odraslih in ličink nevretenčarjev (glavna končna točka zbiranja podatkov).Pojavljajoče se odrasle osebke vsak dan poberemo iz mreže in zamrznemo v čisti 15 ml centrifugalni epruveti Falcon.Na koncu poskusa (30. dan) smo vsebino membrane v vsakem toku očistili, da smo odstranili morebitne nevretenčarje, ter presejali (250 μm) in shranili v 80 % etanolu.Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) je dokončal taksonomsko identifikacijo ličink in odraslih nevretenčarjev do najnižje možne taksonomske ravni, običajno vrste.9., 19. in 29. dan je bil klorofil a izmerjen v treh izvodih v mezoskopski membrani vsakega toka.Vsi kemijski in biološki podatki kot del mezoskopskega eksperimenta so navedeni v spremljajoči objavi podatkov (35).
Ekološke raziskave so bile izvedene v majhnih (močnih) potokih na petih večjih območjih Združenih držav, pesticide pa so spremljali v prejšnjem indeksnem obdobju.Skratka, na podlagi rabe kmetijskih in mestnih zemljišč (36-40) je bilo v vsaki regiji izbranih od 77 do 100 lokacij (skupaj 444 lokacij).Spomladi in poleti enega leta (2013–2017) se vzorci vode zbirajo enkrat tedensko v vsaki regiji 4 do 12 tednov.Konkreten čas je odvisen od regije in intenzivnosti razvoja.Vendar je 11 postaj v severovzhodni regiji skoraj v razvodju.Brez razvoja, le da je bil zbran le en vzorec.Ker so obdobja spremljanja pesticidov v regionalnih študijah različna, so za primerjavo tukaj upoštevani le zadnji štirje vzorci, odvzeti na posameznem mestu.Predpostavlja se, da lahko en sam vzorec, zbran na nerazvitem severovzhodnem mestu (n = 11), predstavlja 4-tedensko obdobje vzorčenja.Ta metoda vodi do enakega števila opazovanj pesticidov (razen za 11 lokacij na severovzhodu) in enakega trajanja opazovanja;meni se, da je 4 tedne dovolj dolgo za dolgotrajno izpostavljenost bioti, a dovolj kratko, da si ekološka skupnost ne bi smela opomoči od teh stikov.
V primeru zadostnega pretoka se vzorec vode zbira s konstantnimi koraki hitrosti in konstantne širine (41).Ko pretok ni dovolj za uporabo te metode, lahko zbirate vzorce z globoko integracijo vzorcev ali z grabitvijo iz težišča toka.Uporabite brizgo z velikim premerom in diskasti filter (0,7 μm), da zberete 10 ml filtriranega vzorca (42).Z DAI LC-MS/MS/MS/MS so bili vzorci vode analizirani na NWQL za 225 pesticidov in produktov razgradnje pesticidov, vključno s fipronilom in 7 produkti razgradnje (dessulfinil fipronil, fipronil) Sulfidi, fipronil sulfon, desklorofipronil, destiol fipronil, amid, fipronil in fipronil).).Tipične minimalne ravni poročanja za študije na terenu so: fipronil, desmetiltio fluorobenzonitril, fipronil sulfid, fipronil sulfon in desklorofipronil 0,004 μg/L;dessulfinil fluorfenamid in Koncentracija fipronil amida je 0,009 μg/liter;koncentracija fipronil sulfonata je 0,096 μg/liter.
Združbe nevretenčarjev se vzorčijo ob koncu vsake območne študije (pomlad/poletje), običajno ob zadnjem vzorčenju pesticidov.Po rastni sezoni in veliki uporabi pesticidov mora biti čas vzorčenja skladen s pogoji nizkega pretoka in mora sovpadati s časom, ko združba rečnih nevretenčarjev dozori in je večinoma v življenjski fazi ličink.Z vzorčevalnikom Surber z mrežo 500 μm ali mrežo D-okvirja je bilo vzorčenje skupnosti nevretenčarjev zaključeno na 437 od 444 mest.Metoda vzorčenja je podrobno opisana v dodatnem gradivu.Na NWQL so vsi nevretenčarji običajno identificirani in navedeni na ravni rodu ali vrste.Vse kemijske in biološke podatke, zbrane na tem področju in uporabljene v tem rokopisu, je mogoče najti v priloženi objavi podatkov (35).
Za pet spojin fipronila, uporabljenih v mezoskopskem poskusu, je bila koncentracija ličink nevretenčarjev, zmanjšana za 20 % ali 50 %, izračunana glede na kontrolo (tj. EC20 in EC50).Podatki [x = časovno utežena koncentracija fipronila (za podrobnosti glejte dodatni material), y = številčnost ličink ali druge metrike] so bili prilagojeni razširjenemu paketu R(43) z uporabo triparametrske logaritemske regresijske metode "drc".Krivulja ustreza vsem vrstam (ličinkam) z zadostno številčnostjo in izpolnjuje druge zanimive metrike (na primer bogastvo taksonov, skupno številčnost enodnevnice in skupno številčnost) za nadaljnje razumevanje učinka skupnosti.Za oceno prileganja modela se uporablja Nash-Sutcliffov koeficient (45), pri čemer lahko slabo prileganje modela prejme neskončno negativnih vrednosti, vrednost popolnega prileganja pa je 1.
Za raziskovanje učinkov spojin fipronila na pojav žuželk v poskusu so bili podatki ovrednoteni na dva načina.Prvič, z odštevanjem povprečnega videza mezo kontrolnega toka od videza vsakega mezo toka obdelave je bil kumulativni dnevni pojav žuželk iz vsakega mezo toka (skupno število vseh posameznikov) normaliziran na kontrolo.Narišite te vrednosti glede na čas, da razumete odstopanje mediatorja terapevtske tekočine od mediatorja kontrolne tekočine v 30-dnevnem poskusu.Drugič, izračunajte skupni odstotek pojavljanja vsakega tokovnega mezofila, ki je opredeljen kot razmerje med skupnim številom mezofilov v danem toku in povprečnim številom ličink in odraslih osebkov v kontrolni skupini in je primeren za logaritemsko regresijo s tremi parametri. .Vse zbrane kalilne žuželke so bile iz dveh poddružin družine Chironomidae, zato je bila izvedena kombinirana analiza.
Spremembe v strukturi skupnosti, kot je izguba taksonov, so lahko na koncu odvisne od neposrednih in posrednih učinkov strupenih snovi in ​​lahko povzročijo spremembe v funkciji skupnosti (na primer trofična kaskada).Za testiranje trofične kaskade je bila ovrednotena preprosta vzročna mreža z metodo analize poti (paket R »piecewiseSEM«) (46).Za mezoskopske poskuse se domneva, da fipronil, desulfinil, sulfid in sulfon (ni testiran amid) v vodi za zmanjšanje biomase strgala posredno povzročijo povečanje biomase klorofila a (47).Koncentracija spojine je napovedna spremenljivka, strgalo in biomasa klorofila pa sta spremenljivki odziva.Za oceno prileganja modela se uporablja Fisherjeva C statistika, tako da vrednost P <0,05 kaže dobro prileganje modela (46).
Da bi razvili sredstvo za zaščito praga ekoskupnosti, ki temelji na tveganju, je vsaka spojina pridobila 95 % porazdelitve kronične občutljivosti (SSD) prizadete vrste (HC5) in zaščite pred koncentracijo nevarnosti.Ustvarjeni so bili trije nabori podatkov SSD: (i) samo nabor mezo podatkov, (ii) nabor podatkov, ki vsebuje vse mezo podatke in podatke, zbrane iz poizvedbe po bazi podatkov EPA ECOTOX (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, dostop do 14. marca 2019), trajanje študije je 4 dni ali več, in (iii) nabor podatkov, ki vsebuje vse mezoskopske podatke in podatke ECOTOX, v katerem so podatki ECOTOX (akutna izpostavljenost), deljeni z razmerjem akutne in kronične D. magna ( 19.39), da bi pojasnili razliko v trajanju izpostavljenosti in približali kronično vrednost EC50 (12).Naš namen generiranja več modelov SSD je (i) razviti vrednosti HC5 za primerjavo s terenskimi podatki (samo za SSD za medije) in (ii) oceniti, da so medijski podatki širše sprejeti kot regulativne agencije za vključitev v ribogojstvo. robustnost življenjskih meril uspešnosti in standardne nastavitve podatkovnih virov ter s tem izvedljivost uporabe mezoskopskih študij za proces prilagajanja.
SSD je bil razvit za vsak nabor podatkov s paketom R »ssdtools« (48).Uporabite zagonsko metodo (n = 10.000), da ocenite povprečje HC5 in interval zaupanja (CI) iz SSD.Devetinštirideset odzivov taksonov (vsi taksoni, ki so bili identificirani kot rod ali vrsta), razvitih s to raziskavo, je združenih z odgovori 32 taksonov, zbranih iz šestih objavljenih študij v bazi podatkov ECOTOX, za skupno 81 odzivov taksonov, ki se lahko uporabijo za razvoj SSD .Ker v zbirki podatkov ECOTOX o amidih ni bilo najdenih podatkov, za amide ni bil razvit SSD in iz trenutne študije je bil pridobljen samo en odziv EC50.Čeprav je bila v podatkovni bazi ECOTOX najdena vrednost EC50 samo ene sulfidne skupine, ima trenutni podiplomski študent 12 vrednosti EC50.Zato so bili razviti SSD-ji za sulfinilne skupine.
Specifične vrednosti HC5 spojin fipronila, pridobljene samo iz nabora podatkov SSD Mesocosmosa, so bile združene s terenskimi podatki za oceno izpostavljenosti in potencialne toksičnosti spojin fipronila v 444 potokih iz petih regij v Združenih državah.V zadnjem 4-tedenskem oknu vzorčenja se vsaka odkrita koncentracija spojin fipronila (neodkrite koncentracije so nič) deli z ustreznim HC5, razmerje spojin vsakega vzorca pa se sešteje, da dobimo enoto skupne toksičnosti fipronila (ΣTUFipronili), kjer ΣTUFipronils> 1 pomeni strupenost.
S primerjavo koncentracije nevarnosti 50 % prizadete vrste (HC50) z vrednostjo EC50 bogastva taksonov, pridobljeno iz eksperimenta s srednjo membrano, je bil SSD, pridobljen iz podatkov o srednji membrani, ovrednoten tako, da odraža občutljivost širše ekološke skupnosti na fipronil. stopnja..S to primerjavo je mogoče oceniti skladnost med metodo SSD (vključno s tistimi taksoni z razmerjem med odmerkom in odzivom) in metodo EC50 (vključno z vsemi edinstvenimi taksoni, opaženimi v srednjem prostoru) z uporabo metode EC50 za merjenje bogastva taksonov.Razmerje med odmerkom in odzivom.
Izračunan je bil indikator tveganja pesticidov za vrste (SPEARpesticides), da bi raziskali razmerje med zdravstvenim stanjem skupnosti nevretenčarjev in ΣTUFipronilom v 437 potokih za zbiranje nevretenčarjev.Metrika pesticidov SPEAR pretvori sestavo nevretenčarjev v metriko številčnosti za biološko taksonomijo s fiziološkimi in ekološkimi značilnostmi, s čimer daje občutljivost na pesticide.Indikator pesticidov SPEAR ni občutljiv na naravne spremenljivke (49, 50), čeprav bo na njegovo delovanje vplivala resna degradacija habitata (51).Podatki o številčnosti, zbrani na kraju samem za vsak takson, so usklajeni s ključno vrednostjo taksona, povezane s programsko opremo ASTERICS za oceno ekološke kakovosti reke (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Nato uvozite podatke v programsko opremo Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (različica 18.05).V tej programski opremi se uporabljata evropska zbirka podatkov o lastnostih in baza podatkov s fiziološko občutljivostjo na pesticide za pretvorbo podatkov vsakega mesta v indikator pesticidov SPEAR.Vsaka od petih regionalnih študij je uporabila splošni aditivni model (GAM) [paket "mgcv" v R(52)) za raziskovanje razmerja med metriko pesticidov SPEAR in ΣTUFipronili [pretvorba log10(X + 1)] Associated.Za podrobnejše informacije o metrikah pesticidov SPEAR in za analizo podatkov si oglejte dodatna gradiva.
Indeks kakovosti vode je dosleden v vsakem mezoskopskem pretoku in celotnem obdobju mezoskopskega poskusa.Povprečna temperatura, pH in prevodnost so bili 13,1 °C (±0,27 °C), 7,8 (±0,12) oziroma 54,1 (±2,1) μS/cm (35).Izmerjena vsebnost raztopljenega organskega ogljika v čisti rečni vodi je 3,1 mg/L.V mezopogledu reke, kjer je nameščen snemalnik MiniDOT, je raztopljeni kisik blizu nasičenosti (povprečje> 8,0 mg/L), kar kaže, da je tok v celoti krožen.
Podatki o nadzoru kakovosti in zagotavljanju kakovosti fipronila so navedeni v priloženi objavi podatkov (35).Skratka, stopnje izkoristka laboratorijskih matričnih konic in mezoskopskih vzorcev so običajno znotraj sprejemljivih razponov (izkoristki od 70 % do 130 %), standardi IDL potrjujejo kvantitativno metodo, laboratorijski in instrumentalni slepi vzorci pa so običajno čisti. Obstaja zelo malo izjem razen te posplošitve obravnavane v dodatnem gradivu..
Zaradi zasnove sistema je izmerjena koncentracija fipronila običajno nižja od ciljne vrednosti (slika S2) (ker traja od 4 do 10 dni, da se v idealnih pogojih doseže stabilno stanje) (30).V primerjavi z drugimi spojinami fipronila se koncentracija desulfinila in amida sčasoma malo spremeni, variabilnost koncentracije znotraj obdelave pa je manjša od razlike med obdelavo, razen pri obdelavi z nizko koncentracijo sulfona in sulfida.Časovno tehtano povprečno izmerjeno območje koncentracije za vsako zdravljeno skupino je naslednje: Fipronil, IDL do 9,07 μg/L;Desulfinil, IDL do 2,15 μg/L;Amid, IDL do 4,17 μg/L;Sulfid, IDL Do 0,57μg/liter;in sulfona je IDL 1,13 μg/liter (35).V nekaterih tokovih so bile odkrite neciljne spojine fipronila, to je spojine, ki niso bile dodane v posebno obdelavo, vendar je bilo znano, da so produkti razgradnje spojine za obdelavo.Mezoskopske membrane, obdelane z matično spojino fipronil, imajo največje število zaznanih neciljnih razgradnih produktov (če se ne uporabljajo kot procesna spojina, so sulfinil, amid, sulfid in sulfon);ti so lahko posledica nečistoč spojine v proizvodnem procesu in/ali procesov razgradnje, do katerih pride med shranjevanjem osnovne raztopine in (ali) v mezoskopskem poskusu, in ne zaradi navzkrižne kontaminacije.Pri zdravljenju s fipronilom niso opazili trenda koncentracije razgradnje.Neciljne razgradne spojine so najpogosteje odkrite v telesu z najvišjo koncentracijo zdravljenja, vendar je koncentracija manjša od koncentracije teh neciljnih spojin (za koncentracijo glejte naslednji razdelek).Ker torej neciljne razgradne spojine običajno niso odkrite pri najnižji obdelavi s fipronilom in ker je zaznana koncentracija nižja od koncentracije učinka pri najvišji obdelavi, se sklepa, da imajo te neciljne spojine minimalen vpliv na analizo.
V poskusih z mediji so bili bentoški makronevretenčarji občutljivi na fipronil, desulfinil, sulfon in sulfid [tabela S1;izvirni podatki o številčnosti so na voljo v spremni različici podatkov (35)].Fipronil amid je samo za muho Rhithrogena sp.Strupeno (smrtno), njegova EC50 je 2,05 μg/L [±10,8(SE)].Ustvarjene so bile krivulje odmerek-odziv 15 edinstvenih taksonov.Ti taksoni so pokazali umrljivost v razponu testirane koncentracije (tabela S1) in ciljno združeni taksoni (kot so muhe) (slika S3) in bogati taksoni (slika 1). Ustvarjena je bila krivulja odziva na odmerek.Koncentracija (EC50) fipronila, desulfinila, sulfona in sulfida na edinstvenih taksonih najbolj občutljivih taksonov se giblje med 0,005–0,364, 0,002–0,252, 0,002–0,061 oziroma 0,005–0,043 μg/L.Rhithrogena sp.In Sweltsa sp.;Slika S4) so ​​nižje od bolj sprejemljivih taksonov (kot sta Micropsectra / Tanytarsus in Lepidostoma sp.) (Tabela S1).Glede na povprečno vrednost EC50 vsake spojine v tabeli S1 so sulfoni in sulfidi najučinkovitejše spojine, medtem ko so nevretenčarji na splošno najmanj občutljivi na desulfinil (razen amidov).Meritve splošnega ekološkega statusa, kot so bogastvo taksonov, skupna abundanca, skupni pentaploid in skupna številčnost kamenčkov, vključno s taksoni in številčnostjo nekaterih taksonov, so v mezo zelo redki in jih ni mogoče izračunati. Narišite ločeno krivuljo odziva na odmerek.Zato ti ekološki indikatorji vključujejo odzive taksonov, ki niso vključeni v SSD.
Bogastvo taksonov (ličinka) s trinivojsko logistično funkcijo (A) fipronila, (B) desulfinila, (C) sulfona in (D) koncentracije sulfida.Vsaka podatkovna točka predstavlja ličinke iz enega samega toka na koncu 30-dnevnega mezo poskusa.Bogastvo taksonov je število edinstvenih taksonov v vsakem toku.Vrednost koncentracije je časovno tehtano povprečje opazovane koncentracije vsakega toka, izmerjeno na koncu 30-dnevnega poskusa.Fipronil amid (ni prikazan) ni povezan z bogatimi taksoni.Upoštevajte, da je os x na logaritemskem merilu.EC20 in EC50 s SE sta navedena v tabeli S1.
Pri najvišji koncentraciji vseh petih spojin fipronila se je stopnja pojavljanja Uetridae zmanjšala.Opazili so, da se je odstotek kalitve (EC50) sulfida, sulfona, fipronila, amida in desulfinila zmanjšal za 50 % pri koncentracijah 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 oziroma 0,97 μg/L (slika 2 in slika S5).V večini 30-dnevnih poskusov so bile vse obdelave s fipronilom, desulfinilom, sulfonom in sulfidom odložene, razen pri nekaterih obdelavah z nizko koncentracijo (slika 2), njihov pojav pa je bil zaviran.Pri obdelavi z amidom je bil akumulirani iztok med celotnim poskusom višji od tistega pri kontroli, s koncentracijo 0,286 μg/liter.Najvišja koncentracija (4,164 μg/liter) med celotnim poskusom je zavirala efluent, stopnja efluenta pri vmesnem čiščenju pa je bila podobna kot pri kontrolni skupini.(slika 2).
Kumulativno pojavljanje je povprečno dnevno povprečno pojavljanje vsakega tretiranja minus (A) fipronil, (B) desulfinil, (C) sulfon, (D) sulfid in (E) amid v kontrolnem toku Povprečno dnevno povprečno pojavljanje membrane.Razen pri kontroli (n = 6), n = 1. Vrednost koncentracije je časovno tehtano povprečje opazovane koncentracije v posameznem toku.
Krivulja odmerek-odziv kaže, da so poleg taksonomskih izgub tudi strukturne spremembe na ravni skupnosti.Natančneje, znotraj razpona preskusne koncentracije sta številčnost maja (slika S3) in številčnost taksonov (slika 1) pokazala pomembna razmerja med odmerkom in odzivom s fipronilom, desulfinilom, sulfonom in sulfidom.Zato smo s testiranjem prehranske kaskade raziskali, kako te strukturne spremembe vodijo do sprememb v funkciji skupnosti.Izpostavljenost vodnih nevretenčarjev fipronilu, desulfinilu, sulfidu in sulfonu neposredno negativno vpliva na biomaso strgala (slika 3).Da bi nadzorovali negativni vpliv fipronila na biomaso strgala, je strgalo negativno vplivalo tudi na biomaso klorofila a (slika 3).Rezultat teh negativnih koeficientov poti je neto povečanje klorofila a, ko se poveča koncentracija fipronila in degradantov.Ti popolnoma posredovani modeli poti kažejo, da povečana razgradnja fipronila ali fipronila povzroči povečanje deleža klorofila a (slika 3).Vnaprej se domneva, da je neposredni učinek med koncentracijo fipronila ali razgradnje in biomaso klorofila a enak nič, ker so spojine fipronila pesticidi in imajo nizko neposredno toksičnost za alge (na primer izhodiščna koncentracija EPA za akutne nevaskularne rastline je 100 μg / L fipronil, disulfoksidna skupina, sulfon in sulfid; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), vsi rezultati (veljavni modeli) podpirajo to hipoteza.
Fipronil lahko pomembno zmanjša biomaso (neposredni učinek) paše (skupina strgalnikov so ličinke), nima pa neposrednega vpliva na biomaso klorofila a.Vendar pa je močan posredni učinek fipronila povečanje biomase klorofila a kot odgovor na manj paše.Puščica označuje standardizirani koeficient poti, znak minus (-) pa smer povezave.* Označuje stopnjo pomembnosti.
Trije SSD-ji (samo srednja plast, srednja plast in podatki ECOTOX ter srednja plast in podatki ECOTOX, popravljeni za razlike v trajanju izpostavljenosti) so ustvarili nominalno različne vrednosti HC5 (tabela S3), vendar so bili rezultati v območju SE.V nadaljevanju te študije se bomo osredotočili na podatkovni SSD samo z mezo vesoljem in povezano vrednostjo HC5.Za popolnejši opis teh treh ocen SSD si oglejte dodatna gradiva (tabele S2 do S5 ter sliki S6 in S7).Najprimernejša porazdelitev podatkov (najnižja informacijska standardna ocena Akaike) štirih spojin fipronila (slika 4), uporabljenih samo v mezo-trdni karti SSD, je log-gumbel fipronila in sulfona ter weibull sulfida in razžvepljenega γ ( Tabela S3).Vrednosti HC5, dobljene za vsako spojino, so navedene na sliki 4 samo za mezo vesolje, v tabeli S3 pa so navedene vrednosti HC5 iz vseh treh nizov podatkov SSD.Vrednosti HC50 za fipronilne, sulfidne, sulfonske in desulfinilne skupine [22,1±8,78 ng/L (95% IZ, 11,4 do 46,2), 16,9±3,38 ng/L (95% IZ, 11,2 do 24,0), 8 80± 2,66 ng/L (95 % IZ, 5,44 do 15,8) in 83,4±32,9 ng/L (95 % IZ, 36,4 do 163)] Te spojine so znatno nižje od bogastva taksonov EC50 (skupno število edinstvenih taksonov) (tabela S1 ; opombe v tabeli dodatnega materiala so mikrogrami na liter).
V poskusu na mezo merilu, ko je bila izpostavljena (A) fipronilu, (B) dessulfinil fipronilu, (C) fipronil sulfonu, (D) fipronil sulfidu za 30 dni, je opisana občutljivost vrste. To je vrednost EC50 taksona.Modra črtkana črta predstavlja 95 % IZ.Vodoravna črtkana črta predstavlja HC5.Vrednost HC5 (ng/l) vsake spojine je naslednja: fipronil, 4,56 ng/l (95 % IZ, 2,59 do 10,2);Sulfid, 3,52 ng/l (1,36 do 9,20);Sulfon, 2,86 ng/liter (1,93 do 5,29);in sulfinil, 3,55 ng/liter (0,35 do 28,4).Upoštevajte, da je os x na logaritemskem merilu.
V petih regionalnih študijah je bil fipronil (starši) odkrit v 22 % od 444 terenskih vzorčnih mest (tabela 1).Frekvenca detekcije florfeniba, sulfona in amida je podobna (18 % do 22 % vzorca), frekvenca detekcije sulfida in desulfinila je nižja (11 % do 13 %), medtem ko je preostalih produktov razgradnje zelo veliko.Malo (1 % ali manj) ali nikoli odkritih (tabela 1)..Fipronil je najpogosteje odkrit na jugovzhodu (52 % lokacij) in najmanj pogosto na severozahodu (9 % lokacij), kar poudarja variabilnost uporabe benzopirazola in potencialno ranljivost tokov po vsej državi.Degradanti običajno kažejo podobne regionalne vzorce, z največjo frekvenco zaznavanja na jugovzhodu in najmanjšo v severozahodni ali obalni Kaliforniji.Izmerjena koncentracija fipronila je bila najvišja, sledila mu je matična spojina fipronil (90-odstotni delež 10,8 oziroma 6,3 ng/L) (tabela 1) (35).Najvišja koncentracija fipronila (61,4 ng/L), disulfinila (10,6 ng/L) in sulfida (8,0 ng/L) je bila določena na jugovzhodu (v zadnjih štirih tednih vzorčenja).Največja koncentracija sulfona je bila ugotovljena na zahodu.(15,7 ng/L), amid (42,7 ng/L), dessulfinil flupirnamid (14 ng/L) in fipronil sulfonat (8,1 ng/L) (35).Florfenid sulfon je bila edina spojina, za katero so opazili, da presega HC5 (tabela 1).Povprečni ΣTUFipronili med različnimi regijami se zelo razlikujejo (tabela 1).Nacionalno povprečje ΣTUFipronilov je 0,62 (vse lokacije, vse regije) in 71 lokacij (16 %) ima ΣTUFipronilov> 1, kar kaže, da je lahko strupen za bentoške makronevretenčarje.V štirih od petih proučevanih regij (razen srednjega zahoda) obstaja pomembna povezava med pesticidi SPEAR in ΣTUFipronil, s prilagojenim R2 v razponu od 0,07 ob obali Kalifornije do 0,34 na jugovzhodu (slika 5).
*Spojine, uporabljene v mezoskopskih poskusih.†ΣTUFipronili, mediana vsote toksinskih enot [opazovana poljska koncentracija štirih spojin fipronila/koncentracija nevarnosti vsake spojine iz petega percentila vrste, okužene s SSD (slika 4)] Za tedenske vzorce fipronila so zadnji 4 izračunanih tednov vzorcev pesticidov, zbranih na vsakem mestu.‡Število lokacij, kjer se merijo pesticidi.§90. percentil temelji na največji koncentraciji, opaženi na kraju samem v zadnjih 4 tednih vzorčenja pesticidov.z odstotkom testiranih vzorcev.¶ Uporabite 95 % IZ vrednosti HC5 (slika 4 in tabela S3, samo mezo) za izračun IZ.Dekloroflupinib je bil analiziran v vseh regijah in nikoli ni bil najden.ND, ni zaznano.
Toksična enota fipronila je izmerjena koncentracija fipronila, deljena z vrednostjo HC5, specifično za spojino, ki je določena s SSD, pridobljenim iz eksperimenta z medijem (glejte sliko 4).Črna črta, generalizirani aditivni model (GAM).Rdeča črtkana črta ima CI 95 % za GAM.ΣTUFipronils se pretvori v log10 (ΣTUFipronils+1).
Škodljivi učinki fipronila na neciljne vodne vrste so dobro dokumentirani (15, 21, 24, 25, 32, 33), vendar je to prva študija, v kateri je občutljiv v nadzorovanem laboratorijskem okolju.Skupine taksonov so bile izpostavljene spojinam fipronila, rezultati pa so bili ekstrapolirani na celinsko lestvico.Rezultati 30-dnevnega mezokozmičnega eksperimenta lahko proizvedejo 15 ločenih skupin vodnih žuželk (tabela S1) z nesporočeno koncentracijo v literaturi, med katerimi so vodne žuželke v podatkovni bazi o toksičnosti premalo zastopane (53, 54).Krivulje odziva na odmerek, specifične za taksone (kot je EC50), se odražajo v spremembah na ravni skupnosti (kot so bogastvo taksonov in izguba številčnosti morda letenja) in funkcionalnih spremembah (kot so prehranske kaskade in spremembe videza).Učinek mezoskopskega vesolja je bil ekstrapoliran na polje.V štirih od petih raziskovalnih področij v Združenih državah je bila na terenu izmerjena koncentracija fipronila povezana z upadom vodnega ekosistema v tekoči vodi.
Vrednost HC5 95 % vrst v eksperimentu s srednjo membrano ima zaščitni učinek, kar kaže, da so skupne skupnosti vodnih nevretenčarjev bolj občutljive na spojine fipronila, kot se je prej razumelo.Dobljena vrednost HC5 (florfenib, 4,56 ng/liter; desulfoksiran, 3,55 ng/liter; sulfon, 2,86 ng/liter; sulfid, 3,52 ng/liter) je nekajkrat (florfenib) do trikrat več kot red velikosti (desulfinil ) pod trenutno referenčno vrednostjo EPA za kronične nevretenčarje [fipronil, 11 ng/liter;desulfinil, 10,310 ng/liter;sulfon, 37 ng/liter;in sulfid za 110 ng/liter (8)].Mezoskopski poskusi so odkrili veliko skupin, ki so občutljive na fipronil namesto na tiste, ki jih kaže referenčna vrednost za kronične nevretenčarje EPA (4 skupine, ki so bolj občutljive na fipronil, 13 parov desulfinila, 11 parov sulfona in 13 parov) občutljivost na sulfide) (slika 4 in tabela) S1).To kaže, da merila uspešnosti ne morejo zaščititi več vrst, ki so opažene tudi v srednjem svetu in so prav tako razširjene v vodnih ekosistemih.Razlika med našimi rezultati in trenutno referenčno vrednostjo je predvsem posledica pomanjkanja podatkov o preskusih toksičnosti fipronila, ki bi veljali za vrsto taksonov vodnih žuželk, zlasti ko čas izpostavljenosti presega 4 dni in se fipronil razgradi.Med 30-dnevnim mezokozmičnim eksperimentom je bila večina žuželk v skupnosti nevretenčarjev bolj občutljiva na fipronil kot običajni testni organizem Aztec (raki), tudi po popravku Aztec. EC50 iz Teikeja je po akutni transformaciji enak.(običajno 96 ur) do časa kronične izpostavljenosti (slika S7).Boljše soglasje je bilo doseženo med eksperimentom s srednjo membrano in študijo, o kateri poroča ECOTOX, z uporabo standardnega testnega organizma Chironomus dilutus (žuželka).Ni presenetljivo, da so vodne žuželke še posebej občutljive na pesticide.Brez prilagajanja časa izpostavljenosti so eksperiment na mezo skali in izčrpni podatki baze podatkov ECOTOX pokazali, da so številni taksoni bolj občutljivi na spojine fipronila kot razredčeni Clostridium (slika S6).Vendar pa je s prilagajanjem časa izpostavljenosti Dilution Clostridium najbolj občutljiv organizem na fipronil (mater) in sulfid, čeprav ni občutljiv na sulfon (slika S7).Ti rezultati ponazarjajo pomen vključitve več vrst vodnih organizmov (vključno z več žuželkami) za proizvodnjo dejanskih koncentracij pesticidov, ki lahko zaščitijo vodne organizme.
Metoda SSD lahko zaščiti redke ali neobčutljive taksone, katerih EC50 ni mogoče določiti, kot je Cinygmula sp., Isoperla fulva in Brachycentrus americanus.Vrednosti EC50 številčnosti taksonov in številčnosti muhe, ki odražajo spremembe v sestavi skupnosti, so skladne z vrednostmi HC50 SSD fipronila, sulfona in sulfida.Protokol podpira naslednjo idejo: metoda SSD, ki se uporablja za izpeljavo pragov, lahko zaščiti celotno skupnost, vključno z redkimi ali neobčutljivimi taksoni v skupnosti.Prag vodnih organizmov, določen iz SSD na podlagi le nekaj taksonov ali neobčutljivih taksonov, je lahko zelo nezadosten pri varovanju vodnih ekosistemov.To velja za desulfinil (slika S6B).Zaradi pomanjkanja podatkov v zbirki podatkov ECOTOX je izhodiščna koncentracija kroničnih nevretenčarjev EPA 10.310 ng/L, kar je za štiri velikostne rede višje od 3,55 ng/L HC5.Rezultati nizov odzivov različnih taksonov, pridobljenih v mezoskopskih poskusih.Pomanjkanje podatkov o toksičnosti je še posebej problematično za razgradljive spojine (slika S6), kar lahko pojasni, zakaj so obstoječa vodna biološka merila uspešnosti za sulfon in sulfid približno 15- do 30-krat manj občutljiva od vrednosti HC5 SSD, ki temelji na kitajskem vesolju.Prednost metode srednje membrane je, da je mogoče v enem poskusu določiti več vrednosti EC50, kar zadostuje za oblikovanje celotnega SSD-ja (na primer desulfinil; slika 4B ter sliki S6B in S7B) in ima pomemben vpliv o naravnih taksonih zavarovanega ekosistema Številni odzivi.
Mezoskopski poskusi kažejo, da imajo lahko fipronil in njegovi produkti razgradnje očitne subletalne in posredne škodljive učinke na delovanje skupnosti.V mezoskopskem poskusu je bilo videti, da vseh pet spojin fipronila vpliva na pojav žuželk.Rezultati primerjave med najvišjimi in najnižjimi koncentracijami (zaviranje in stimulacija posameznega vznika ali spremembe v času vznika) so skladni s predhodno prijavljenimi rezultati mezo poskusov z insekticidom bifentrinom (29).Pojav odraslih osebkov zagotavlja pomembne ekološke funkcije in ga lahko spremenijo onesnaževala, kot je fipronil (55, 56).Hkratni vznik ni kritičen le za razmnoževanje žuželk in obstojnost populacije, temveč tudi za oskrbo z zrelimi žuželkami, ki se lahko uporabljajo kot hrana za vodne in kopenske živali (56).Preprečevanje vznika kalčkov lahko negativno vpliva na izmenjavo hrane med vodnimi ekosistemi in obvodnimi ekosistemi ter razširi učinke vodnih onesnaževal v kopenske ekosisteme (55, 56).Zmanjšanje številčnosti strgalcev (žuželk, ki se prehranjujejo z algami), opaženih v poskusu na mezo merilu, je povzročilo zmanjšanje porabe alg, kar je povzročilo povečanje klorofila a (slika 3).Ta trofična kaskada spremeni tokove ogljika in dušika v tekočem prehranjevalnem spletu, podobno kot študija, ki je ocenila učinke piretroidnega bifentrina na bentoške skupnosti (29).Zato lahko fenilpirazoli, kot so fipronil in njegovi produkti razgradnje, piretroidi in morda druge vrste insekticidov, posredno spodbujajo povečanje biomase alg in motnje ogljika in dušika v majhnih potokih.Drugi vplivi se lahko razširijo na uničenje ciklov ogljika in dušika med vodnimi in kopenskimi ekosistemi.
Informacije, pridobljene s testom srednje membrane, so nam omogočile ovrednotenje ekološke pomembnosti koncentracij spojin fipronila, izmerjenih v obsežnih terenskih študijah, izvedenih v petih regijah Združenih držav.V 444 majhnih potokih je 17 % povprečne koncentracije ene ali več spojin fipronila (povprečje v 4 tednih) preseglo vrednost HC5, pridobljeno s testom medija.Uporabite SSD iz eksperimenta na mezo merilu za pretvorbo izmerjene koncentracije spojine fipronila v indeks, povezan s toksičnostjo, to je vsoto enot toksičnosti (ΣTUFipronili).Vrednost 1 označuje strupenost ali kumulativno izpostavljenost spojini fipronila, ki presega znane zaščitne vrste, vredne 95 %.Pomemben odnos med ΣTUFipronil v štirih od petih regij in indikatorjem SPEARpesticides zdravja skupnosti nevretenčarjev kaže, da lahko fipronil negativno vpliva na skupnosti bentoških nevretenčarjev v rekah v več regijah Združenih držav.Ti rezultati podpirajo hipotezo Wolframa et al.(3) Tveganje insekticidov s fenpirazolom za površinske vode v Združenih državah ni popolnoma razumljeno, ker je vpliv na vodne žuželke pod trenutnim regulativnim pragom.
Večina potokov z vsebnostjo fipronila nad toksično ravnjo se nahaja v relativno urbanizirani jugovzhodni regiji (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Prejšnja ocena območja ni le pokazala, da je fipronil glavni stresor, ki vpliva na strukturo skupnosti nevretenčarjev v potoku, ampak tudi, da je nizka vsebnost raztopljenega kisika, več hranil, spremembe toka, degradacija habitata in drugi pesticidi ter kategorija onesnaževala pomembna. vir stresa (57).Ta mešanica dejavnikov stresa je skladna s »sindromom mestne reke«, ki je degradacija rečnih ekosistemov, ki jo običajno opazimo v povezavi z rabo mestnega zemljišča (58, 59).Znaki rabe mestnih zemljišč v jugovzhodni regiji naraščajo in pričakuje se, da se bodo povečevali z rastjo prebivalstva v regiji.Pričakuje se, da se bo vpliv prihodnjega urbanega razvoja in pesticidov na mestni odtok povečal (4).Če bo urbanizacija in uporaba fipronila še naprej rasla, bo uporaba tega pesticida v mestih vse bolj vplivala na skupnosti potokov.Čeprav metaanaliza ugotavlja, da uporaba kmetijskih pesticidov ogroža globalne ekosisteme tokov (2, 60), domnevamo, da te ocene podcenjujejo splošni globalni vpliv pesticidov, ker izključujejo uporabo v mestih.
Različni stresorji, vključno s pesticidi, lahko vplivajo na združbe makronevretenčarjev v razvitih povodjih (urbana, kmetijska in mešana raba zemljišč) in so lahko povezani z rabo zemljišč (58, 59, 61).Čeprav so v tej študiji uporabili indikator pesticidov SPEAR in značilnosti toksičnosti fipronila, specifične za vodne organizme, da bi zmanjšali vpliv zmedenih dejavnikov, lahko na delovanje indikatorja pesticidov SPEAR vpliva degradacija habitata, fipronil pa je mogoče primerjati z drugimi pesticidi povezanimi (4, 17, 51, 57).Vendar pa je model večkratnih stresorjev, razvit z uporabo terenskih meritev iz prvih dveh regionalnih študij (srednjezahodne in jugovzhodne), pokazal, da so pesticidi pomemben vzvodni stresor za razmere v skupnosti makronevretenčarjev v močvirskih rekah.V teh modelih pomembne razlagalne spremenljivke vključujejo pesticide (zlasti bifentrin), hranila in značilnosti habitatov v večini kmetijskih tokov na srednjem zahodu ter pesticide (zlasti fipronil) v večini mest na jugovzhodu.Spremembe v kisiku, hranilih in pretoku (61, 62).Čeprav regionalne študije poskušajo obravnavati vpliv stresorjev, ki niso povezani s pesticidi, na indikatorje odziva in prilagoditi napovedne kazalnike za opis vpliva fipronila, terenski rezultati te raziskave podpirajo fipronilov pogled.) Velja za enega najvplivnejših virov pritiska v ameriških rekah, zlasti v jugovzhodnih Združenih državah.
Pojav razgradnje pesticidov v okolju je redko dokumentiran, vendar je nevarnost za vodne organizme lahko bolj škodljiva kot za matično telo.V primeru fipronila so študije na terenu in poskusi na mezo skali pokazali, da so produkti razgradnje tako pogosti kot matično telo v vzorčenih tokovih in imajo enako ali večjo toksičnost (tabela 1).V srednjem membranskem poskusu je bil fluorobenzonitril sulfon najbolj toksičen od proučevanih produktov razgradnje pesticidov in je bil bolj toksičen kot matična spojina, prav tako pa je bil zaznan s pogostostjo, podobno tisti iz matične spojine.Če se merijo samo matični pesticidi, morebitnih dogodkov toksičnosti morda ne opazimo, relativno pomanjkanje informacij o toksičnosti med razgradnjo pesticidov pa pomeni, da se lahko njihov pojav in posledice zanemarijo.Na primer, zaradi pomanjkanja informacij o toksičnosti produktov razgradnje je bila izvedena celovita ocena pesticidov v švicarskih potokih, ki je vključevala 134 produktov razgradnje pesticidov, pri oceni ekotoksikološkega tveganja pa je bila kot matična spojina obravnavana samo matična spojina.
Rezultati te ocene ekološkega tveganja kažejo, da imajo spojine fipronila škodljive učinke na zdravje rek, zato je mogoče razumno sklepati, da je škodljive učinke mogoče opaziti povsod, kjer spojine fipronila presežejo raven HC5.Rezultati mezoskopskih poskusov so neodvisni od lokacije, kar kaže, da je koncentracija fipronila in njegovih razgradnih produktov v številnih taksonih potokov veliko nižja od predhodno zabeleženih.Verjamemo, da bo to odkritje verjetno razširjeno na protobiote v neokrnjenih potokih kjerkoli.Rezultati eksperimenta v mezo merilu so bili uporabljeni v obsežnih terenskih študijah (444 majhnih potokov, sestavljenih iz mestnih, kmetijskih in zemljišč z mešano rabo v petih večjih regijah v Združenih državah) in ugotovljeno je bilo, da koncentracija številnih potokov kjer je bil odkrit fipronil, se pričakuje, da bo nastala toksičnost nakazuje, da se lahko ti rezultati razširijo tudi na druge države, kjer se uporablja fipronil.Glede na poročila število ljudi, ki uporabljajo fipronil, narašča na Japonskem, v Veliki Britaniji in ZDA (7).Fipronil je prisoten na skoraj vseh celinah, vključno z Avstralijo, Južno Ameriko in Afriko (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Tukaj predstavljeni rezultati mezo-terenskih študij kažejo, da ima lahko uporaba fipronila ekološki pomen v svetovnem merilu.
Za dodatna gradiva za ta članek si oglejte http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
To je članek z odprtim dostopom, ki se distribuira pod pogoji Creative Commons Attribution-Necommercial License, ki dovoljuje uporabo, distribucijo in reprodukcijo v katerem koli mediju, če končna uporaba ni v komercialne namene in je predpostavka, da originalno delo je pravilno.Referenca.
Opomba: Prosimo vas samo, da navedete svoj e-poštni naslov, da oseba, ki jo priporočite na strani, ve, da želite, da vidi e-pošto in da ni vsiljena pošta.E-poštnih naslovov ne bomo zajeli.
To vprašanje se uporablja za preverjanje, ali ste obiskovalec, in preprečevanje samodejnega pošiljanja neželene pošte.
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
Študije so pokazale, da so običajni pesticidi, ki jih pogosto odkrijejo v ameriških potokih, bolj strupeni, kot se je prej mislilo.
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
Študije so pokazale, da so običajni pesticidi, ki jih pogosto odkrijejo v ameriških potokih, bolj strupeni, kot se je prej mislilo.
©2021 Ameriško združenje za napredek znanosti.vse pravice pridržane.AAAS je partner HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef in COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.