Bekämpningsmedel i vattendrag blir alltmer ett globalt problem, men det finns lite information om säker koncentration av akvatiska ekosystem.I ett 30-dagars mesokosmiskt experiment exponerades de inhemska bentiska vattenlevande ryggradslösa djuren för den vanliga insekticiden fipronil och fyra sorters nedbrytningsprodukter.Fipronilföreningen orsakade förändringar i uppkomsten och trofisk kaskad.Den effektiva koncentrationen (EC50) vid vilken fipronil och dess sulfid-, sulfon- och desulfinylnedbrytningsprodukter orsakar ett svar på 50 % har utvecklats.Taxaner är inte känsliga för fipronil.Farokoncentrationen för 5 % av de drabbade arterna från 15 mesokosmiska EC50-värden används för att omvandla föreningskoncentrationen av fipronil i fältprovet till summan av giftiga enheter (∑TUFipronils).I 16 % av strömmarna från fem regionala studier översteg den genomsnittliga ∑TUFipronil 1 (vilket indikerar toxicitet).Ryggradslösa indikatorer för arter i riskzonen är negativt korrelerade med TUTUipronil i fyra av de fem provtagningsområdena.Denna ekologiska riskbedömning visar att låga koncentrationer av fipronilföreningar kommer att minska bäcksamhällen i många delar av USA.
Även om produktionen av syntetiska kemikalier har ökat kraftigt under de senaste decennierna, har dessa kemikaliers inverkan på icke-målekosystem inte förståtts fullt ut (1).I ytvatten där 90 % av den globala jordbruksmarken går förlorad finns det inga uppgifter om jordbruksbekämpningsmedel, men där det finns data är tiden för bekämpningsmedel att överskrida de lagstadgade tröskelvärdena hälften (2).En metaanalys av jordbruksbekämpningsmedel i ytvatten i USA fann att i 70 % av provtagningsplatserna överskred minst ett bekämpningsmedel det lagstadgade tröskelvärdet (3).Dessa metaanalyser (2, 3) fokuserar dock endast på ytvatten som påverkas av jordbruksmarkanvändning, och är en sammanfattning av diskreta studier.Bekämpningsmedel, särskilt insekticider, finns också i höga koncentrationer i stadslandskapsavvattningen (4).Det är sällsynt att man gör en heltäckande bedömning av bekämpningsmedel i ytvatten som släpps ut från jordbruk och stadslandskap;därför är det inte känt om bekämpningsmedel utgör ett storskaligt hot mot ytvattenresurser och deras ekologiska integritet.
Bensopyrazoler och neonikotinoider stod för en tredjedel av den globala marknaden för bekämpningsmedel 2010 (5).I ytvatten i USA är fipronil och dess nedbrytningsprodukter (fenylpyrazoler) de vanligaste bekämpningsmedelsföreningarna, och deras koncentrationer överstiger vanligtvis de akvatiska normerna (6-8).Även om neonikotinoider har uppmärksammats på grund av deras effekter på bin och fåglar och deras förekomst (9), är fipronil mer giftigt för fiskar och fåglar (10), medan andra fenylpyrazolföreningar har herbicida effekter (5).Fipronil är en systemisk insekticid som används för att bekämpa skadedjur i stads- och jordbruksmiljöer.Sedan fipronil kom in på världsmarknaden 1993 har användningen av fipronil i USA, Japan och Storbritannien ökat kraftigt (5).I USA används fipronil för att bekämpa myror och termiter och används i grödor inklusive majs (inklusive utsädesbehandling), potatis och fruktträdgårdar (11, 12).Jordbruksanvändningen av fipronil i USA nådde sin topp 2002 (13).Även om inga nationell stadsanvändningsdata finns tillgänglig, nådde stadsanvändningen i Kalifornien sin topp under 2006 och 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, tillgänglig 2 december 2019).Även om höga koncentrationer av fipronil (6,41 μg/L) finns i vattendrag i vissa jordbruksområden med höga spridningshastigheter (14), jämfört med jordbruksbäckar, har stadsströmmar i USA generellt sett mer upptäckt och högre. Höga koncentrationer, positivt för förekomst av stormar är förknippade med testet (6, 7, 14-17).
Fipronil kommer in i det akvatiska ekosystemet av avrinning eller läcker ut från marken till bäcken (7, 14, 18).Fipronil har låg flyktighet (Henrys lags konstant 2,31×10-4 Pa m3 mol-1), låg till måttlig vattenlöslighet (3,78 mg/l vid 20°C) och måttlig hydrofobicitet (log Kow är 3,9 till 4,1)). rörligheten i jorden är mycket liten (log Koc är 2,6 till 3,1) (12, 19), och den uppvisar låg till medelhög uthållighet i miljön (20).Finazepril bryts ned genom fotolys, oxidation, pH-beroende hydrolys och reduktion, och bildar fyra huvudsakliga nedbrytningsprodukter: dessulfoxifenapril (inte heller sulfoxid), fenaprenipsulfon (sulfon), filofenamid (amid) och filofenibsulfid (sulfid).Fipronil-nedbrytningsprodukter tenderar att vara mer stabila och hållbara än moderföreningen (21, 22).
Fipronils toxicitet och dess nedbrytning till icke-målarter (såsom vattenlevande ryggradslösa djur) har dokumenterats väl (14, 15).Fipronil är en neurotoxisk förening som stör kloridjonens passage genom kloridkanalen som regleras av gamma-aminosmörsyra hos insekter, vilket resulterar i tillräcklig koncentration för att orsaka överdriven upphetsning och död (20).Fipronil är selektivt giftigt, så det har en större receptorbindningsaffinitet för insekter än däggdjur (23).Den insekticida aktiviteten hos fipronilnedbrytningsprodukter är annorlunda.Toxiciteten för sulfon och sulfid för ryggradslösa djur i sötvatten är liknande eller högre än den för moderföreningen.Desulfinyl har måttlig toxicitet men är mindre giftig än moderföreningen.Relativt giftfritt (23, 24).Mottagligheten hos vattenlevande ryggradslösa djur för nedbrytning av fipronil och fipronil varierar mycket inom och mellan taxa (15), och överstiger i vissa fall till och med en storleksordning (25).Slutligen finns det bevis för att fenylpyrazoler är mer toxiska för ekosystemet än man tidigare trott (3).
Akvatiska biologiska riktmärken baserade på laboratorietoxicitetstester kan underskatta risken för fältpopulationer (26-28).Vattenstandarder fastställs vanligtvis genom laboratorietoxicitetstester med en eller flera arter av ryggradslösa vattenlevande djur (till exempel Diptera: Chironomidae: Chironomus och Crustacea: Daphnia magna och Hyalella azteca).Dessa testorganismer är i allmänhet lättare att odla än andra bentiska makroryggradslösa djur (till exempel phe-släktet::), och är i vissa fall mindre känsliga för föroreningar.Till exempel är D. Magna mindre känslig för många metaller än vissa insekter, medan A. zteca är mindre känslig för pyretroidinsekticiden bifentrin än dess känslighet för maskar (29, 30).En annan begränsning av befintliga riktmärken är de endpoints som används i beräkningarna.Akuta riktmärken är baserade på dödlighet (eller fasta för kräftdjur), medan kroniska riktmärken vanligtvis baseras på subletala slutpunkter (som tillväxt och reproduktion) (om några).Det finns dock utbredda subletala effekter, såsom tillväxt, uppkomst, förlamning och utvecklingsförsening, vilket kan påverka framgången för taxa och samhällsdynamik.Som ett resultat av detta, även om riktmärket ger en bakgrund för den biologiska betydelsen av effekten, är den ekologiska relevansen som tröskel för toxicitet osäker.
För att bättre förstå effekterna av fipronilföreningar på bentiska akvatiska ekosystem (ryggradslösa djur och alger) fördes naturliga bentiska samhällen in i laboratoriet och exponerades för koncentrationsgradienter under 30-dagarsflödet Fipronil eller ett av de fyra fipronilnedbrytningsexperimenten.Forskningsmålet är att ta fram en artspecifik effektkoncentration på 50 % (EC50-värde) för varje fipronilförening som representerar en bred taxa av ett flodsamhälle, och att bestämma påverkan av föroreningar på samhällets struktur och funktion [dvs. riskkoncentration] 5 % av påverkade arter (HC5) och indirekta effekter såsom förändrad uppkomst och trofisk dynamik].Sedan applicerades tröskeln (föreningsspecifikt HC5-värde) från det mesoskopiska experimentet på fältet som samlats in av United States Geological Survey (USGS) från fem regioner i USA (nordöstra, sydöstra, mellanvästern, nordvästra Stilla havet och centrala Kalifornien). Coastal Zone) Data) som en del av USGS regionala strömkvalitetsbedömning (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Så vitt vi vet är detta den första ekologiska riskbedömningen.Den undersöker ingående effekterna av fipronilföreningar på bentiska organismer i en kontrollerad mesomiljö och tillämpar sedan dessa resultat på fältbedömningar i kontinental skala.
Det 30-dagars mesokosmiska experimentet genomfördes vid USGS Aquatic Laboratory (AXL) i Fort Collins, Colorado, USA från 18 oktober till 17 november 2017, under 1 dag av domesticering och 30 dagars experiment.Metoden har beskrivits tidigare (29, 31) och detaljerad i tilläggsmaterialet.Meso space-inställningen innehåller 36 cirkulerande flöden i de fyra aktiva flödena (cirkulerande vattentankar).Varje levande bäck är utrustad med en kylare för att hålla vattentemperaturen och är upplyst med en 16:8 ljus-mörkercykel.Meso-nivåflödet är rostfritt stål, vilket är lämpligt för hydrofobiciteten hos fipronil (log Kow = 4,0) och lämpligt för organiska rengöringslösningsmedel (Figur S1).Vattnet som användes för experimentet i meso-skala samlades in från floden Cache La Poudre (uppströmskällor inklusive Rocky Mountain National Park, National Forest och Continental Divide) och lagrades i AXLs fyra polyetenlagringstankar.Tidigare bedömningar av sediment- och vattenprover som tagits från platsen har inte hittat några bekämpningsmedel (29).
Den mesoskaliga experimentdesignen består av 30 bearbetningsströmmar och 6 kontrollströmmar.Reningsströmmen tar emot behandlat vatten, som var och en innehåller oreplikerade konstanta koncentrationer av fipronilföreningar: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amid (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), avsvavlingsgrupp [US Environmental Protection Agency (EPA) Pesticide Library, CAS 205650-65-3], sulfon (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) och sulfid (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); all renhet ≥ 97,8%. Enligt publicerade svarsvärden (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33). Genom att lösa upp fipronilföreningen i metanol (Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society certifieringsnivå), och späd ut med avjoniserat vatten till den erforderliga volymen för att framställa en koncentrerad stamlösning. Eftersom mängden metanol i en dos är olika, är det nödvändigt att tillsätta metanol till alla behandlingsflöden efter behov. I de tre kontrollerna, för att säkerställa samma metanolkoncentration ( 0,05 ml/L) i bäckarna. Mittenvyn av de andra tre kontrollströmmarna mottog flodvatten utan metanol, annars behandlades de som alla andra bäckar.
På den 8:e dagen, den 16:e dagen och den 26:e dagen mättes temperatur, pH-värde, elektrisk ledningsförmåga och nedbrytningen av fipronil och fipronil i flödesmembranet.För att spåra nedbrytningen av moderföreningen fipronil under mediatestet användes fipronil (föräldrar) för att behandla den flytande tarmslemhinnan i ytterligare tre dagar [dagarna 5, 12 och 21 (n = 6)] för temperatur, pH , Konduktivitet, provtagning av fipronil och fipronilnedbrytning.Bekämpningsmedelsanalysproverna samlades in genom att filtrera 10 ml rinnande vatten i en 20 ml bärnstensfärgad glasflaska genom ett Whatman 0,7 μm GF/F-sprutfilter utrustad med en nål med stor diameter.Proverna frystes omedelbart och skickades till USGS National Water Quality Laboratory (NWQL) i Lakewood, Colorado, USA för analys.Med hjälp av en förbättrad metod av den tidigare publicerade metoden, bestämdes Fipronil och 4 nedbrytningsprodukter i vattenprover genom direkt vatteninjektion (DAI) vätskekromatografi-tandem masspektrometri (LC-MS / MS; Agilent 6495).Instrumentdetektionsnivån (IDL) uppskattas vara den lägsta kalibreringsstandarden som uppfyller den kvalitativa identifieringsstandarden;IDL för fipronil är 0,005 μg/L, och IDL för de andra fyra fipronil är 0,001 μg/L.Tilläggsmaterialet ger en fullständig beskrivning av metoderna som används för att mäta fipronilföreningar, inklusive kvalitetskontroll och kvalitetssäkringsprocedurer (till exempel provåtervinning, spikar, tredjepartsinspektioner och blankprov).
I slutet av det 30-dagars mesokosmiska experimentet slutfördes uppräkningen och identifieringen av vuxna och ryggradslösa larver (den huvudsakliga datainsamlingens slutpunkt).De vuxna som växer fram samlas upp från nätet varje dag och fryses in i ett rent 15 ml Falcon-centrifugrör.I slutet av experimentet (dag 30) skrubbades innehållet i membranet i varje ström för att avlägsna eventuella ryggradslösa djur och siktades (250 μm) och lagrades i 80 % etanol.Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) har slutfört den taxonomiska identifieringen av larver och vuxna ryggradslösa djur till lägsta möjliga taxonomiska nivå, vanligtvis arter.På dagarna 9, 19 och 29 mättes klorofyll a i tre exemplar i det mesoskopiska membranet i varje ström.Alla kemiska och biologiska data som en del av det mesoskopiska experimentet tillhandahålls i den medföljande datareleasen (35).
Ekologiska undersökningar genomfördes i små (vadande) bäckar i fem större områden i USA, och bekämpningsmedel övervakades under föregående indexperiod.Kort sagt, baserat på markanvändning inom jordbruk och städer (36–40), valdes 77–100 platser ut i varje region (totalt 444 platser).Under våren och sommaren ett år (2013-2017) tas vattenprover en gång i veckan i varje region under 4 till 12 veckor.Den specifika tiden beror på regionen och utvecklingsintensiteten.De 11 stationerna i den nordöstra regionen är dock nästan i vattendelaren.Ingen utveckling, förutom att endast ett prov samlades in.Eftersom övervakningsperioderna för bekämpningsmedel i regionala studier är olika, beaktas här för jämförelse endast de fyra senaste proverna som samlats in på varje plats.Det antas att ett enda prov som samlats in på den outvecklade nordöstra platsen (n = 11) kan representera den 4 veckor långa provtagningsperioden.Denna metod leder till samma antal observationer av bekämpningsmedel (förutom de 11 platserna i nordöstra delen) och samma varaktighet av observation;man tror att 4 veckor är tillräckligt lång för långvarig exponering för biota, men tillräckligt kort för att det ekologiska samhället inte ska återhämta sig från dessa kontakter.
Vid tillräckligt flöde samlas vattenprovet med hjälp av konstant hastighet och konstant breddsteg (41).När flödet inte räcker till för att använda den här metoden kan du samla in prover genom djupintegrering av prover eller greppa från flödets tyngdpunkt.Använd en stor spruta och skivfilter (0,7 μm) för att samla upp 10 ml filtrerat prov (42).Genom DAI LC-MS/MS/MS/MS analyserades vattenprover vid NWQL för 225 bekämpningsmedel och bekämpningsmedelsnedbrytningsprodukter, inklusive fipronil och 7 nedbrytningsprodukter (dessulfinylfipronil, fipronil) Sulfider, fipronilsulfon, dekloropipronil, destiolfipron, fipronil och fipronil).).Typiska lägsta rapporteringsnivåer för fältstudier är: fipronil, desmetyltiofluorbensonitril, fipronilsulfid, fipronilsulfon och deklorofipronil 0,004 μg/L;dessulfinyl fluorfenamide och Koncentrationen av fipronilamid är 0,009 μg/liter;koncentrationen av fipronilsulfonat är 0,096 μg/liter.
De ryggradslösa samhällena provtas i slutet av varje områdesstudie (vår/sommar), vanligtvis samtidigt som den senaste provtagningen av bekämpningsmedel.Efter växtsäsongen och den kraftiga användningen av bekämpningsmedel bör provtagningstiden vara förenlig med de låga flödesförhållandena och bör sammanfalla med den tidpunkt då flodens ryggradslösa samhälle mognar och huvudsakligen befinner sig i larvlivsstadiet.Med hjälp av en Surber-provtagare med ett 500 μm mesh eller ett D-frame-nät slutfördes provtagning av ryggradslösa samhällen på 437 av 444 platser.Provtagningsmetoden beskrivs i detalj i tilläggsmaterialet.På NWQL identifieras och listas vanligtvis alla ryggradslösa djur på släkt- eller artnivå.Alla kemiska och biologiska data som samlats in inom detta område och som används i detta manuskript finns i den medföljande datautgåvan (35).
För de fem fipronilföreningarna som användes i det mesoskopiska experimentet beräknades koncentrationen av ryggradslösa larver reducerad med 20 % eller 50 % i förhållande till kontrollen (dvs. EC20 och EC50).Data [x = tidsvägd fipronilkoncentration (se tilläggsmaterial för detaljer), y = larvförekomst eller andra mätvärden] anpassades till det utökade R(43)-paketet med hjälp av en treparameters logaritmisk regressionsmetod ”drc”.Kurvan passar alla arter (larver) med tillräckligt överflöd och möter andra mätvärden av intresse (till exempel taxarikedom, totalt antal majflugor och totalt överflöd) för att ytterligare förstå samhällseffekten.Nash-Sutcliff-koefficienten (45) används för att utvärdera modellpassningen, där en dålig modellpassning kan få oändliga negativa värden, och värdet för en perfekt passform är 1.
För att utforska effekterna av fipronilföreningar på uppkomsten av insekter i experimentet utvärderades data på två sätt.För det första, genom att subtrahera det genomsnittliga utseendet av kontrollflödesmeso från utseendet av varje behandlingsflödesmeso, normaliserades den kumulativa dagliga förekomsten av insekter från varje flödesmeso (det totala antalet av alla individer) till kontrollen.Rita dessa värden mot tiden för att förstå avvikelsen mellan behandlingsvätskemediatorn från kontrollvätskemediatorn i 30-dagarsexperimentet.För det andra, beräkna den totala förekomstprocenten av varje flödesmesofyll, vilket definieras som förhållandet mellan det totala antalet mesofyll i ett givet flöde och det genomsnittliga antalet larver och vuxna i kontrollgruppen, och är lämplig för treparameters logaritmisk regression .Alla groningsinsekter som samlades in var från två underfamiljer av familjen Chironomidae, så en kombinerad analys utfördes.
Förändringar i samhällsstrukturen, såsom förlust av taxa, kan i slutändan bero på de direkta och indirekta effekterna av giftiga ämnen och kan leda till förändringar i samhällsfunktionen (till exempel trofisk kaskad).För att testa den trofiska kaskaden utvärderades ett enkelt kausalt nätverk med hjälp av väganalysmetoden (R-paketet "piecewiseSEM") (46).För mesoskopiska experiment antas att fipronil, desulfinyl, sulfid och sulfon (ej testad amid) i vattnet för att minska skrapans biomassa indirekt leder till en ökning av biomassan av klorofyll a (47).Föreningskoncentrationen är prediktorvariabeln, och skrapan och klorofyll a-biomassan är svarsvariablerna.Fishers C-statistik används för att utvärdera modellanpassning, så att ett P-värde <0,05 indikerar en bra modellanpassning (46).
För att utveckla ett riskbaserat skyddsmedel för ekosamhällets tröskelvärde har varje förening erhållit 95 % av de drabbade arterna (HC5), kronisk artkänslighetsfördelning (SSD) och skydd för riskkoncentrationer.Tre SSD-datauppsättningar genererades: (i) endast mesodatauppsättning, (ii) en datauppsättning som innehåller alla mesodata och data som samlats in från EPA ECOTOX-databasfrågan (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, nås på 14 mars 2019), är studiens varaktighet 4 dagar eller längre, och (iii) en datauppsättning som innehåller alla mesoskopiska data och ECOTOX-data, där ECOTOX-data (akut exponering) dividerat med akut till Förhållandet mellan kronisk D. magna ( 19.39) för att förklara skillnaden i exponeringslängd och approximera det kroniska EC50-värdet (12).Vårt syfte med att generera flera SSD-modeller är att (i) utveckla HC5-värden för jämförelse med fältdata (endast för SSD:er för media), och (ii) bedöma att mediedata är mer allmänt accepterade än tillsynsmyndigheter för inkludering i vattenbruk. livskraftens riktmärken och standardinställning av dataresurser, och därför genomförbarheten av att använda mesoskopiska studier för anpassningsprocessen.
SSD utvecklades för varje datamängd med R-paketet "ssdtools" (48).Använd bootstrap (n = 10 000) för att uppskatta HC5-genomsnittet och konfidensintervallet (CI) från SSD:n.49 taxa-svar (alla taxa som har identifierats som släkte eller art) som utvecklats genom denna forskning kombineras med 32 taxa-svar sammanställda från sex publicerade studier i ECOTOX-databasen, för totalt 81 Taxon-svar kan användas för SSD-utveckling .Eftersom inga data hittades i ECOTOX-databasen för amider, utvecklades ingen SSD för amider och endast ett EC50-svar erhölls från den aktuella studien.Även om EC50-värdet för endast en sulfidgrupp hittades i ECOTOX-databasen, har den nuvarande doktoranden 12 EC50-värden.Därför har SSD:er för sulfinylgrupper utvecklats.
De specifika HC5-värdena för fipronilföreningar erhållna från SSD-datauppsättningen för Mesocosmos kombinerades med fältdata för att bedöma exponeringen och potentiell toxicitet för fipronilföreningar i 444 strömmar från fem regioner i USA.Under det senaste 4-veckors provtagningsfönstret divideras varje koncentration av fipronilföreningar som detekteras (oupptäckta koncentrationer är noll) med dess respektive HC5, och föreningsförhållandet för varje prov summeras för att erhålla den totala toxicitetsenheten för fipronil (ΣTUFipronils), där ΣTUFipronils> 1 betyder toxicitet.
Genom att jämföra riskkoncentrationen för 50 % av de drabbade arterna (HC50) med EC50-värdet för taxarikedom som härrör från mediummembranexperimentet, utvärderades SSD erhållen från mediummembrandata för att återspegla det bredare ekologiska samhällets känslighet för fipronil grad..Genom denna jämförelse kan överensstämmelsen mellan SSD-metoden (inklusive endast de taxa med ett dos-responsförhållande) och EC50-metoden (inklusive alla unika taxa observerade i mittenutrymmet) som använder EC50-metoden för att mäta taxarikedom utvärderas Kön.Dosresponsförhållande.
En indikator för arter av bekämpningsmedelsrisk (SPEARpesticides) beräknades för att undersöka sambandet mellan hälsotillståndet hos ryggradslösa samhällen och ΣTUFipronil i 437 ryggradslösa strömmar som samlar ryggradslösa djur.SPEARpesticides-måttet omvandlar sammansättningen av ryggradslösa djur till ett överflödsmått för biologisk taxonomi med fysiologiska och ekologiska egenskaper, vilket ger känslighet för bekämpningsmedel.SPEARpesticides-indikatorn är inte känslig för naturliga kovariater (49, 50), även om dess prestanda kommer att påverkas av allvarlig försämring av livsmiljön (51).Överflödsdata som samlas in på plats för varje taxon är koordinerad med nyckelvärdet för taxonet relaterat till ASTERICS-programvaran för att bedöma flodens ekologiska kvalitet (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Importera sedan data till programvaran Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (version 18.05).I denna programvara används den europeiska egenskapsdatabasen och databasen med fysiologisk känslighet för bekämpningsmedel för att omvandla data från varje plats till SPEAR-bekämpningsmedelsindikator.Var och en av de fem regionala studierna använde General Additive Model (GAM) ["mgcv"-paketet i R(52)) för att utforska sambandet mellan SPEARpesticides-måttet och ΣTUFipronils [log10(X + 1)-konvertering] Associated.För mer detaljerad information om SPEAR-bekämpningsmedelsmått och för dataanalys, se tilläggsmaterialet.
Vattenkvalitetsindexet är konsekvent i varje mesoskopiskt flöde och hela mesoskopiska experimentperioden.Medeltemperatur, pH och konduktivitet var 13,1°C (±0,27°C), 7,8 (±0,12) respektive 54,1 (±2,1) μS/cm (35).Det uppmätta lösta organiska kolet i rent flodvatten är 3,1 mg/L.I mesovyn av floden där MiniDOT-inspelaren är utplacerad är det lösta syret nära mättnad (genomsnitt> 8,0 mg/L), vilket indikerar att strömmen är helt cirkulerad.
Kvalitetskontroll och kvalitetssäkringsdata om fipronil tillhandahålls i den medföljande datareleasen (35).Kort sagt, återhämtningsgraden för laboratoriematrispikar och mesoskopiska prover ligger vanligtvis inom acceptabla intervall (återvinningar på 70 % till 130 %), IDL-standarder bekräftar den kvantitativa metoden och laboratorie- och instrumentämnen är vanligtvis rena. Det finns mycket få undantag förutom dessa generaliseringar diskuteras i tilläggsmaterialet..
På grund av systemdesign är den uppmätta koncentrationen av fipronil vanligtvis lägre än målvärdet (Figur S2) (eftersom det tar 4 till 10 dagar att nå ett stabilt tillstånd under idealiska förhållanden) (30).Jämfört med andra fipronilföreningar förändras koncentrationen av desulfinyl och amid lite över tiden, och variationen i koncentrationen inom behandlingen är mindre än skillnaden mellan behandlingarna förutom för lågkoncentrationsbehandlingen av sulfon och sulfid.Det tidsvägda genomsnittliga uppmätta koncentrationsintervallet för varje behandlingsgrupp är som följer: Fipronil, IDL till 9,07 μg/L;Desulfinyl, IDL till 2,15 μg/L;Amid, IDL till 4,17μg/L;Sulfid, IDL Till 0,57 μg/liter;och sulfon, IDL är 1,13 μg/liter (35).I vissa strömmar upptäcktes icke-målfipronilföreningar, det vill säga föreningar som inte spetsades in i en specifik behandling, men som var kända för att vara nedbrytningsprodukter av behandlingsföreningen.De mesoskopiska membranen som behandlats med moderföreningen fipronil har det högsta antalet icke-målnedbrytningsprodukter som detekterats (när de inte används som processförening är de sulfinyl, amid, sulfid och sulfon);dessa kan bero på produktionsprocessen Sammansatta föroreningar och/eller nedbrytningsprocesser som inträffar under lagringen av stamlösningen och (eller) i det mesoskopiska experimentet snarare än resultatet av korskontaminering.Ingen trend av nedbrytningskoncentration observerades vid behandling med fipronil.Icke-målnedbrytningsföreningar detekteras oftast i kroppen med den högsta behandlingskoncentrationen, men koncentrationen är mindre än koncentrationen av dessa icke-målföreningar (se nästa avsnitt för koncentrationen).Därför, eftersom icke-målnedbrytningsföreningar vanligtvis inte detekteras i den lägsta fipronilbehandlingen, och eftersom den detekterade koncentrationen är lägre än effektkoncentrationen i den högsta behandlingen, dras slutsatsen att dessa icke-målföreningar har minimal inverkan på analysen.
I mediaexperiment var bentiska makroryggradslösa djur känsliga för fipronil, desulfinyl, sulfon och sulfid [Tabell S1;ursprungliga överflödsdata tillhandahålls i medföljande dataversion (35)].Fipronilamid är endast för flugan Rhithrogena sp.Giftigt (dödligt), dess EC50 är 2,05μg/L [±10,8(SE)].Dos-responskurvor av 15 unika taxa genererades.Dessa taxa visade dödlighet inom det testade koncentrationsintervallet (Tabell S1), och riktade klustrade taxa (som flugor) (Figur S3) och rika taxa (Figur 1) En dosresponskurva genererades.Koncentrationen (EC50) av fipronil, desulfinyl, sulfon och sulfid på de unika taxorna för de känsligaste taxorna sträcker sig från 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 respektive 0,005-0,043 μg/L.Rhithrogena sp.Och Sweltsa sp.;Figur S4) är lägre än de mer tolererade taxa (som Micropsectra / Tanytarsus och Lepidostoma sp.) (Tabell S1).Enligt den genomsnittliga EC50 för varje förening i Tabell S1 är sulfoner och sulfider de mest effektiva föreningarna, medan ryggradslösa djur i allmänhet är minst känsliga för desulfinyl (exklusive amider).Mätvärden för den övergripande ekologiska statusen, såsom taxarikedom, total förekomst, total pentaploid och total stenfluga, inklusive taxa och förekomsten av vissa taxa, dessa är mycket sällsynta i meso och kan inte beräknas Rita en separat dosresponskurva.Därför inkluderar dessa ekologiska indikatorer taxonsvar som inte ingår i SSD.
Taxa rikedom (larv) med en tre-nivå logistisk funktion av (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfon och (D) sulfidkoncentration.Varje datapunkt representerar larver från en enda ström i slutet av 30-dagars mesoexperimentet.Taxon richness är räkningen av unika taxa i varje ström.Koncentrationsvärdet är det tidsvägda medelvärdet av den observerade koncentrationen av varje ström uppmätt i slutet av 30-dagarsexperimentet.Fipronilamid (ej visad) har inget samband med rika taxa.Observera att x-axeln är på en logaritmisk skala.EC20 och EC50 med SE rapporteras i tabell S1.
Vid den högsta koncentrationen av alla fem fipronilföreningarna minskade uppkomsthastigheten av Uetridae.Groningsprocenten (EC50) av sulfid, sulfon, fipronil, amid och desulfinyl observerades minska med 50 % vid koncentrationerna 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 respektive 0,97μg/L (Figur 2 och Figur S5) .I de flesta av 30-dagarsexperimenten försenades alla behandlingar av fipronil, desulfinyl, sulfon och sulfid, förutom några lågkoncentrationsbehandlingar (Figur 2), och deras utseende hämmades.I amidbehandlingen var det ackumulerade avloppsvattnet under hela experimentet högre än kontrollen, med en koncentration på 0,286μg/liter.Den högsta koncentrationen (4,164 μg/liter) under hela experimentet hämmade avloppsvattnet, och avloppshastigheten för mellanbehandlingen var liknande den för kontrollgruppen.(figur 2).
Kumulativ uppkomst är den genomsnittliga dagliga genomsnittliga uppkomsten av varje behandling minus (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfon, (D) sulfid och (E) amid i kontrollströmmen. Den genomsnittliga dagliga genomsnittliga uppkomsten av membranet.Förutom för kontroll (n = 6), n = 1. Koncentrationsvärdet är det tidsvägda medelvärdet av den observerade koncentrationen i varje flöde.
Dos-responskurvan visar att, förutom taxonomiska förluster, strukturella förändringar på samhällsnivå.Specifikt, inom testkoncentrationsintervallet, visade överflöd av maj (Figur S3) och taxaöverflöd (Figur 1) signifikanta dos-responssamband med fipronil, desulfinyl, sulfon och sulfid.Därför undersökte vi hur dessa strukturella förändringar leder till förändringar i samhällsfunktion genom att testa näringskaskaden.Exponering av ryggradslösa vattenlevande djur för fipronil, desulfinyl, sulfid och sulfon har en direkt negativ inverkan på skrapans biomassa (Figur 3).För att kontrollera fipronils negativa påverkan på skrapans biomassa påverkade skrapan även klorofyll a-biomassan negativt (Figur 3).Resultatet av dessa negativa vägkoefficienter är en nettoökning av klorofyll a när koncentrationen av fipronil och nedbrytningsämnen ökar.Dessa fullt förmedlade vägmodeller indikerar att ökad nedbrytning av fipronil eller fipronil leder till en ökning av andelen klorofyll a (Figur 3).Det antas på förhand att den direkta effekten mellan fipronil eller nedbrytningskoncentration och klorofyll a-biomassa är noll, eftersom fipronilföreningar är bekämpningsmedel och har låg direkt toxicitet för alger (till exempel EPA:s akuta icke-kärlväxtbaslinjekoncentration är 100 μg/L fipronil, disulfoxidgrupp, sulfon och sulfid; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), Alla resultat (giltiga modeller) stöder detta hypotes.
Fipronil kan avsevärt minska biomassan (direkt effekt) av bete (skrapargruppen är larver), men har ingen direkt effekt på biomassan av klorofyll a.Den starka indirekta effekten av fipronil är dock att öka biomassan av klorofyll a som svar på mindre bete.Pilen indikerar den standardiserade vägkoefficienten och minustecknet (-) indikerar associationsriktningen.* Indikerar graden av betydelse.
De tre SSD:erna (endast mellanlager, mellanlager plus ECOTOX-data och mellanlager plus ECOTOX-data korrigerade för skillnader i exponeringslängd) producerade nominellt olika HC5-värden (tabell S3), men resultaten låg inom SE-intervallet.I resten av denna studie kommer vi att fokusera på data-SSD med endast mesouniversumet och det relaterade HC5-värdet.För en mer fullständig beskrivning av dessa tre SSD-utvärderingar, se tilläggsmaterialet (tabellerna S2 till S5 och figurerna S6 och S7).Den bäst passande datafördelningen (lägsta Akaike-informationsstandardpoäng) av de fyra fipronilföreningarna (Figur 4) som endast används i den mesosolid SSD-kartan är log-gumbel av fipronil och sulfon, och weibull av sulfid och avsvavlad γ ( Tabell S3).HC5-värdena som erhålls för varje förening rapporteras i figur 4 endast för mesouniversumet, och i tabell S3 rapporteras HC5-värdena från alla tre SSD-datauppsättningarna.HC50-värdena för fipronil-, sulfid-, sulfon- och desulfinylgrupper [22,1±8,78 ng/L (95% CI, 11,4 till 46,2), 16,9±3,38 ng/L (95% CI, 11,2 till 24,0), 8800 2,66 ng/L (95 % KI, 5,44 till 15,8) och 83,4±32,9 ng/L (95 % KI, 36,4 till 163)] Dessa föreningar är betydligt lägre än EC50 taxa-rikedomen (totalt antal unika taxa) (tabell S1) ; anmärkningarna i den kompletterande materialtabellen är mikrogram per liter).
I experimentet i mesoskala, när det exponeras för (A) fipronil, (B) dessulfinylfipronil, (C) fipronilsulfon, (D) fipronilsulfid i 30 dagar, beskrivs artkänsligheten. Det är taxonets EC50-värde.Den blå streckade linjen representerar 95 % KI.Den horisontella streckade linjen representerar HC5.HC5-värdet (ng/L) för varje förening är som följer: Fipronil, 4,56 ng/L (95% Cl, 2,59 till 10,2);Sulfid, 3,52 ng/L (1,36 till 9,20);Sulfon, 2,86 ng/liter (1,93 till 5,29);och sulfinyl, 3,55 ng/liter (0,35 till 28,4).Observera att x-axeln är på en logaritmisk skala.
I de fem regionala studierna upptäcktes fipronil (föräldrar) i 22 % av de 444 fältprovtagningspunkterna (tabell 1).Detektionsfrekvensen för florfenib, sulfon och amid är liknande (18 % till 22 % av provet), detektionsfrekvensen för sulfid och desulfinyl är lägre (11 % till 13 %), medan de återstående nedbrytningsprodukterna är mycket höga.Få (1 % eller mindre) eller aldrig detekterade (tabell 1)..Fipronil detekteras oftast i sydost (52 % av platserna) och minst frekvent i nordväst (9 % av platserna), vilket framhäver variationen i bensopyrazolanvändning och potentiell strömsårbarhet över hela landet.Nedbrytande medel uppvisar vanligtvis liknande regionala mönster, med den högsta upptäcktsfrekvensen i sydost och den lägsta i nordvästra eller kustnära Kalifornien.Den uppmätta koncentrationen av fipronil var den högsta, följt av moderföreningen fipronil (90 % procent av 10,8 respektive 6,3 ng/L) (tabell 1) (35).Den högsta koncentrationen av fipronil (61,4 ng/L), disulfinyl (10,6 ng/L) och sulfid (8,0 ng/L) bestämdes i sydost (under de sista fyra veckorna av provet).Den högsta koncentrationen av sulfon bestämdes i väst.(15,7 ng/L), amid (42,7 ng/L), dessulfinylflupirnamid (14 ng/L) och fipronilsulfonat (8,1 ng/L) (35).Florfenidsulfon var den enda förening som observerades överskrida HC5 (tabell 1).De genomsnittliga ΣTUFipronilerna mellan de olika regionerna varierar kraftigt (tabell 1).Det nationella genomsnittet för ΣTUFipronils är 0,62 (alla platser, alla regioner), och 71 platser (16%) har ΣTUFipronils> 1, vilket indikerar att det kan vara giftigt för bentiska makroinvertebrater.I fyra av de fem studerade regionerna (förutom Mellanvästern) finns det ett signifikant samband mellan SPEAR-bekämpningsmedel och ΣTUFipronil, med justerad R2 som sträcker sig från 0,07 längs Kaliforniens kust till 0,34 i sydost (Figur 5).
*Föreningar som används i mesoskopiska experiment.†ΣTUFipronils, medianen av summan av toxinenheter [observerad fältkoncentration av fyra fipronilföreningar/riskkoncentration av varje förening från den femte percentilen av den SSD-infekterade arten (Figur 4)] För de veckovisa proverna av fipronil, de sista 4 veckor av bekämpningsmedelsprover som samlats in på varje plats beräknades.‡Antalet platser där bekämpningsmedel mäts.§90:e percentilen baseras på den maximala koncentration som observerats på plats under de senaste 4 veckorna av bekämpningsmedelsprovtagning.med procentandelen testade prover.¶ Använd 95% CI av HC5-värdet (Figur 4 och Tabell S3, endast meso) för att beräkna CI.Dekloroflupinib har analyserats i alla regioner och har aldrig hittats.ND, inte upptäckt.
Fipronil-toxisk enhet är den uppmätta fipronilkoncentrationen dividerad med det föreningsspecifika HC5-värdet, vilket bestäms av SSD:n från mediaexperimentet (se figur 4).Svart linje, generaliserad additiv modell (GAM).Den röda streckade linjen har ett KI på 95 % för GAM.ΣTUFipronils konverteras till log10 (ΣTUFipronils+1).
De skadliga effekterna av fipronil på icke-målarter i vatten har dokumenterats väl (15, 21, 24, 25, 32, 33), men detta är den första studien där det är känsligt i en kontrollerad laboratoriemiljö.Samhällena i taxa exponerades för fipronilföreningar och resultaten extrapolerades på kontinental skala.Resultaten av det 30-dagars mesokosmiska experimentet kan producera 15 diskreta vatteninsektsgrupper (tabell S1) med orapporterad koncentration i litteraturen, bland vilka vatteninsekterna i toxicitetsdatabasen är underrepresenterade (53, 54).Taxa-specifika dos-responskurvor (som EC50) återspeglas i förändringar på samhällsnivå (som taxa rikedom och kan flyga överflöd) och funktionella förändringar (såsom näringskaskader och förändringar i utseende).Effekten av det mesoskopiska universum extrapolerades till fältet.I fyra av de fem forskningsområdena i USA var den fältmätta fipronilkoncentrationen korrelerad med nedgången av det akvatiska ekosystemet i det strömmande vattnet.
HC5-värdet för 95 % av arterna i mediummembranexperimentet har en skyddande effekt, vilket indikerar att övergripande vattenlevande ryggradslösa samhällen är mer känsliga för fipronilföreningar än vad man tidigare förstått.Det erhållna HC5-värdet (florfenib, 4,56 ng/liter; desulfoxiran, 3,55 ng/liter; sulfon, 2,86 ng/liter; sulfid, 3,52 ng/liter) är flera gånger (florfenib) till tre gånger mer än en storleksordning (desulfinyl) ) lägre än EPA:s riktmärke för kroniska ryggradslösa djur [fipronil, 11 ng/liter;desulfinyl, 10 310 ng/liter;sulfon, 37 ng/liter;och sulfid, för 110 ng/liter (8)].Mesoskopiska experiment identifierade många grupper som är känsliga för fipronil istället för de som anges av EPA:s riktmärke för kroniska ryggradslösa djur (4 grupper som är mer känsliga för fipronil, 13 par desulfinyl, 11 par sulfon och 13 par) Sulfidkänslighet4) (Figur tabell) S1).Detta visar att riktmärken inte kan skydda flera arter som också observeras i mellanvärlden, som också är utbredda i akvatiska ekosystem.Skillnaden mellan våra resultat och det nuvarande riktmärket beror huvudsakligen på bristen på testdata för fiproniltoxicitet som är tillämpliga på en rad vattenlevande insekter, särskilt när exponeringstiden överstiger 4 dagar och fipronil bryts ned.Under det 30-dagars mesokosmiska experimentet var de flesta insekter i ryggradslösa djur känsligare för fipronil än den vanliga testorganismen Aztec (kräftdjur), även efter att ha korrigerat Aztec. EC50 från Teike gör det samma efter akut transformation.(Vanligtvis 96 timmar) till kronisk exponeringstid (Figur S7).En bättre konsensus uppnåddes mellan experimentet med mediummembran och studien som rapporterades i ECOTOX med standardtestorganismen Chironomus dilutus (en insekt).Det är inte förvånande att vattenlevande insekter är särskilt känsliga för bekämpningsmedel.Utan att justera exponeringstiden visade experimentet i mesoskala och de omfattande data från ECOTOX-databasen att många taxa observerades vara mer känsliga för fipronilföreningar än utspädd Clostridium (Figur S6).Men genom att justera exponeringstiden är Dilution Clostridium den mest känsliga organismen för fipronil (förälder) och sulfid, även om den inte är känslig för sulfon (Figur S7).Dessa resultat illustrerar vikten av att inkludera flera typer av vattenlevande organismer (inklusive flera insekter) för att producera faktiska bekämpningsmedelskoncentrationer som kan skydda vattenlevande organismer.
SSD-metoden kan skydda sällsynta eller okänsliga taxa vars EC50 inte kan fastställas, såsom Cinygmula sp., Isoperla fulva och Brachycentrus americanus.EC50-värdena för taxa-överflöd och kan flyga överflöd som återspeglar förändringar i samhällets sammansättning överensstämmer med HC50-värdena för SSD för fipronil, sulfon och sulfid.Protokollet stödjer följande idé: SSD-metoden som används för att härleda trösklar kan skydda hela samhället, inklusive sällsynta eller okänsliga taxa i samhället.Tröskeln för vattenlevande organismer som bestäms från SSD:er baserade på endast ett fåtal taxa eller okänsliga taxa kan vara mycket otillräcklig för att skydda akvatiska ekosystem.Detta är fallet för desulfinyl (Figur S6B).På grund av bristen på data i ECOTOX-databasen är EPA:s koncentration av kroniska ryggradslösa djur 10 310 ng/L, vilket är fyra storleksordningar högre än HC5 på 3,55 ng/L.Resultaten av olika taxonsvarsuppsättningar producerade i mesoskopiska experiment.Bristen på toxicitetsdata är särskilt problematisk för nedbrytbara föreningar (Figur S6), vilket kan förklara varför de befintliga akvatiska biologiska riktmärkena för sulfon och sulfid är cirka 15 till 30 gånger mindre känsliga än SSD HC5-värdet baserat på China Universe.Fördelen med mediummembranmetoden är att flera EC50-värden kan bestämmas i ett enda experiment, vilket är tillräckligt för att bilda en komplett SSD (till exempel desulfinyl; figur 4B och figurerna S6B och S7B), och har en betydande inverkan på det skyddade ekosystemets naturliga taxa Många svar.
Mesoskopiska experiment visar att fipronil och dess nedbrytningsprodukter kan ha uppenbara subletala och indirekta negativa effekter på samhällsfunktionen.I det mesoskopiska experimentet verkade alla fem fipronilföreningarna påverka uppkomsten av insekter.Resultaten av jämförelsen mellan de högsta och lägsta koncentrationerna (hämning och stimulering av individuell uppkomst eller förändringar i uppkomsttid) överensstämmer med de tidigare rapporterade resultaten av meso-experiment med insekticiden bifentrin (29).Uppkomsten av vuxna ger viktiga ekologiska funktioner och kan förändras av föroreningar som fipronil (55, 56).Samtidig uppkomst är inte bara avgörande för insekternas reproduktion och populationens persistens, utan också för tillgången på mogna insekter, som kan användas som föda för vattenlevande och landlevande djur (56).Att förhindra uppkomsten av plantor kan negativt påverka matutbytet mellan akvatiska ekosystem och strandekosystem och sprida effekterna av akvatiska föroreningar till terrestra ekosystem (55, 56).Minskningen av mängden skrapor (algätande insekter) som observerades i experimentet i mesoskala resulterade i en minskning av algkonsumtionen, vilket resulterade i en ökning av klorofyll a (Figur 3).Denna trofiska kaskad förändrar kol- och kväveflödena i den flytande näringsväven, liknande en studie som utvärderade effekterna av pyretroidbifentrin på bentiska samhällen (29).Därför kan fenylpyrazoler, såsom fipronil och dess nedbrytningsprodukter, pyretroider och kanske andra typer av insekticider, indirekt främja ökningen av algbiomassa och störningen av kol och kväve i små strömmar.Andra effekter kan sträcka sig till förstörelsen av kol- och kvävekretslopp mellan akvatiska och terrestra ekosystem.
Informationen som erhölls från mediummembrantestet gjorde det möjligt för oss att utvärdera den ekologiska relevansen av fipronilföreningskoncentrationer uppmätt i storskaliga fältstudier utförda i fem regioner i USA.I 444 små strömmar överskred 17 % av den genomsnittliga koncentrationen av en eller flera fipronilföreningar (i genomsnitt över 4 veckor) HC5-värdet erhållet från mediatestet.Använd SSD från experimentet i mesoskala för att omvandla den uppmätta fipronilföreningskoncentrationen till ett toxicitetsrelaterat index, det vill säga summan av toxicitetsenheter (ΣTUFipronils).Värdet 1 indikerar toxicitet eller att den kumulativa exponeringen av fipronilföreningen överstiger det kända skyddet Arter värda 95 %.Det betydande sambandet mellan ΣTUFipronil i fyra av de fem regionerna och SPEARs pesticideindikator för ryggradslösa samhällens hälsa indikerar att fipronil negativt kan påverka bentiska ryggradslösa samhällen i floder i flera regioner i USA.Dessa resultat stöder hypotesen enligt Wolfram et al.(3) Risken för fenpyrazolinsekticider för ytvatten i USA är inte helt klarlagd eftersom påverkan på vattenlevande insekter sker under det nuvarande lagstadgade tröskelvärdet.
De flesta bäckar med fipronilhalt över den giftiga nivån ligger i den relativt urbaniserade sydöstra regionen (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Den tidigare bedömningen av området drog inte bara slutsatsen att fipronil är den huvudsakliga stressfaktorn som påverkar strukturen på ryggradslösa djur i bäcken, utan också att lågt löst syre, ökade näringsämnen, flödesförändringar, livsmiljöförsämring och andra bekämpningsmedel och föroreningskategorin är en viktig källa till stress (57).Denna blandning av stressfaktorer överensstämmer med "urban river syndrome", vilket är den försämring av flod-ekosystem som vanligtvis observeras i förhållande till urban markanvändning (58, 59).Tecken på stadsmarkanvändning i den sydöstra regionen växer och förväntas öka i takt med att befolkningen i regionen växer.Effekten av framtida stadsutveckling och bekämpningsmedel på avrinning i städer förväntas öka (4).Om urbaniseringen och användningen av fipronil fortsätter att växa, kan användningen av detta bekämpningsmedel i städer i allt högre grad påverka bäcksamhällen.Även om metaanalysen drar slutsatsen att användningen av jordbruksbekämpningsmedel hotar globala strömekosystem (2, 60), antar vi att dessa bedömningar underskattar den övergripande globala effekten av bekämpningsmedel genom att exkludera urban användning.
Olika stressfaktorer, inklusive bekämpningsmedel, kan påverka makroinvertebratsamhällen i utvecklade vattendelar (urban, jordbruk och blandad markanvändning) och kan vara relaterade till markanvändning (58, 59, 61).Även om denna studie använde SPEARpesticides-indikatorn och vattenorganismspecifika fiproniltoxicitetsegenskaper för att minimera effekten av störande faktorer, kan prestandan hos SPEARpesticides-indikatorn påverkas av livsmiljöförsämring, och fipronil kan jämföras med andra pesticidrelaterade (4, 17, 51, 57).En modell med flera stressfaktorer som utvecklats med hjälp av fältmätningar från de två första regionala studierna (Mellanvästern och Sydöstra) visade dock att bekämpningsmedel är en viktig uppströms stressfaktor för makroinvertebratsamhällets förhållanden i vadande floder.I dessa modeller inkluderar viktiga förklaringsvariabler bekämpningsmedel (särskilt bifentrin), näringsämnen och habitategenskaper i de flesta jordbruksströmmar i Mellanvästern och bekämpningsmedel (särskilt fipronil) i de flesta städer i sydost.Förändringar i syre, näringsämnen och flöde (61, 62).Därför, även om regionala studier försöker ta itu med effekten av icke-bekämpningsmedelsstressorer på responsindikatorer och justera de prediktiva indikatorerna för att beskriva effekten av fipronil, stödjer fältresultaten av denna undersökning fipronils uppfattning.) Bör anses vara en av de mest inflytelserika tryckkällorna i amerikanska floder, särskilt i sydöstra USA.
Förekomsten av bekämpningsmedelsnedbrytning i miljön är sällan dokumenterad, men hotet mot vattenlevande organismer kan vara mer skadligt än moderkroppen.När det gäller fipronil har fältstudier och experiment i mesoskala visat att nedbrytningsprodukter är lika vanliga som moderkroppen i de provtagna bäckarna och har samma eller högre toxicitet (tabell 1).I mediummembranexperimentet var fluorbensonitrilsulfon den mest toxiska av de bekämpningsmedelsnedbrytningsprodukter som studerades, och den var giftigare än moderföreningen, och detekterades också med en frekvens liknande den för moderföreningen.Om endast moderbekämpningsmedlen mäts, kanske potentiella toxicitetshändelser inte uppmärksammas, och den relativa bristen på toxicitetsinformation under bekämpningsmedelsnedbrytning innebär att deras förekomst och konsekvenser kan ignoreras.Till exempel, på grund av bristande information om nedbrytningsprodukters toxicitet, gjordes en omfattande bedömning av bekämpningsmedel i schweiziska vattendrag, inklusive 134 bekämpningsmedelsnedbrytningsprodukter, och endast moderföreningen ansågs vara moderföreningen i sin ekotoxikologiska riskbedömning.
Resultaten av denna ekologiska riskbedömning indikerar att fipronilföreningar har skadliga effekter på flodhälsan, så det kan rimligen dras slutsatsen att skadliga effekter kan observeras var som helst där fipronilföreningar överstiger HC5-nivån.Resultaten av mesoskopiska experiment är oberoende av lokalisering, vilket indikerar att koncentrationen av fipronil och dess nedbrytningsprodukter i många strömtaxa är mycket lägre än vad som tidigare registrerats.Vi tror att denna upptäckt sannolikt kommer att utvidgas till protobiotan i orörda strömmar var som helst.Resultaten av det mesoskaliga experimentet tillämpades på storskaliga fältstudier (444 små bäckar som består av urbana, jordbruks- och landblandade användningar i fem större regioner i USA), och det visade sig att koncentrationen av många bäckar där fipronil upptäcktes förväntas vara. Den resulterande toxiciteten tyder på att dessa resultat kan sträcka sig till andra länder där fipronil används.Enligt rapporter ökar antalet personer som använder Fipronil i Japan, Storbritannien och USA (7).Fipronil finns på nästan alla kontinenter, inklusive Australien, Sydamerika och Afrika (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Resultaten av de meso-till-fältstudier som presenteras här indikerar att användningen av fipronil kan ha ekologisk betydelse på global skala.
För kompletterande material till den här artikeln, se http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Detta är en artikel med öppen tillgång som distribueras under villkoren i Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, som tillåter användning, distribution och reproduktion i vilket medium som helst, så länge som den slutliga användningen inte är för kommersiell vinning och förutsättningen är att originalverket är korrekt.Referens.
Obs: Vi ber dig endast att ange din e-postadress så att personen du rekommenderar till sidan vet att du vill att den ska se mejlet och att det inte är spam.Vi kommer inte att fånga några e-postadresser.
Denna fråga används för att testa om du är en besökare och förhindra automatisk skräppost.
Janet L. Miller, Travis S. Schmidt, Peter C. Van Metre, Barbara Mahler ( Barbara J. Mahler, Mark W. Sandstrom, Lisa H. Nowell, Daren M. Carlisle, Patrick W. Moran
Studier har visat att vanliga bekämpningsmedel som ofta upptäcks i amerikanska vattendrag är giftigare än man tidigare trott.
Janet L. Miller, Travis S. Schmidt, Peter C. Van Metre, Barbara Mahler ( Barbara J. Mahler, Mark W. Sandstrom, Lisa H. Nowell, Daren M. Carlisle, Patrick W. Moran
Studier har visat att vanliga bekämpningsmedel som ofta upptäcks i amerikanska vattendrag är giftigare än man tidigare trott.
©2021 American Association for the Advancement of Science.Alla rättigheter förbehållna.AAAS är partner till HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef och COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.