สารกำจัดศัตรูพืชในลำธารกำลังกลายเป็นข้อกังวลระดับโลกมากขึ้น แต่มีข้อมูลเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับการกระจุกตัวที่ปลอดภัยของระบบนิเวศทางน้ำในการทดลองผ่านอวกาศภายในระยะเวลา 30 วัน สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดินพื้นเมืองได้รับสารฟิโพรนิลจากยาฆ่าแมลงทั่วไปและผลิตภัณฑ์ย่อยสลายสี่ชนิดสารประกอบฟิโพรนิลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการเกิดขึ้นและน้ำตกทางโภชนาการความเข้มข้นที่มีประสิทธิผล (EC50) ซึ่งฟิโปรนิลและผลิตภัณฑ์การย่อยสลายซัลไฟด์ ซัลโฟน และดีซัลฟินิลของมันทำให้เกิดการตอบสนอง 50% ได้รับการพัฒนาขึ้นTaxanes ไม่ไวต่อ fipronilความเข้มข้นของอันตราย 5% ของสายพันธุ์ที่ได้รับผลกระทบจากค่า EC50 มีโซคอสมิก 15 ค่า ใช้ในการแปลงความเข้มข้นของสารประกอบฟิโปรนิลในตัวอย่างภาคสนามเป็นผลรวมของหน่วยพิษ (∑TUFipronils)ใน 16% ของสตรีมที่ดึงมาจากการศึกษาระดับภูมิภาค 5 ครั้ง ค่าเฉลี่ย ∑TUFipronil เกิน 1 (บ่งบอกถึงความเป็นพิษ)ตัวชี้วัดสัตว์ที่ไม่มีกระดูกสันหลังของชนิดพันธุ์ที่มีความเสี่ยงมีความสัมพันธ์เชิงลบกับ TUTUipronil ในพื้นที่สุ่มตัวอย่างสี่ในห้าแห่งการประเมินความเสี่ยงทางนิเวศวิทยานี้แสดงให้เห็นว่าสารประกอบฟิโปรนิลที่มีความเข้มข้นต่ำจะลดชุมชนลำธารในหลายส่วนของสหรัฐอเมริกา
แม้ว่าการผลิตสารเคมีสังเคราะห์จะเพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา แต่ผลกระทบของสารเคมีเหล่านี้ต่อระบบนิเวศที่ไม่ใช่เป้าหมายยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ (1)ในพื้นที่น้ำผิวดินที่ 90% ของพื้นที่การเกษตรทั่วโลกสูญเสียไป ไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับยาฆ่าแมลงทางการเกษตร แต่หากมีข้อมูล เวลาที่ยาฆ่าแมลงจะเกินเกณฑ์ที่กำหนดคือครึ่งหนึ่ง (2)การวิเคราะห์เมตาของสารกำจัดศัตรูพืชทางการเกษตรในน้ำผิวดินในสหรัฐอเมริกาพบว่าใน 70% ของสถานที่เก็บตัวอย่าง มีสารกำจัดศัตรูพืชอย่างน้อยหนึ่งชนิดเกินเกณฑ์ที่กำหนด (3)อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์เมตาเหล่านี้ (2, 3) มุ่งเน้นไปที่น้ำผิวดินที่ได้รับผลกระทบจากการใช้ที่ดินเพื่อเกษตรกรรมเท่านั้น และเป็นบทสรุปของการศึกษาแบบแยกส่วนสารกำจัดศัตรูพืชโดยเฉพาะยาฆ่าแมลงยังมีอยู่ในความเข้มข้นสูงในการระบายน้ำในเขตเมือง (4)การประเมินสารกำจัดศัตรูพืชในน้ำผิวดินที่ปล่อยออกจากการเกษตรและภูมิทัศน์เมืองอย่างครอบคลุมนั้นเป็นเรื่องยากดังนั้นจึงไม่ทราบว่ายาฆ่าแมลงก่อให้เกิดภัยคุกคามขนาดใหญ่ต่อแหล่งน้ำผิวดินและความสมบูรณ์ทางนิเวศวิทยาของพวกมันหรือไม่
Benzopyrazoles และ neocotinoids คิดเป็นหนึ่งในสามของตลาดยาฆ่าแมลงทั่วโลกในปี 2010 (5)ในน่านน้ำผิวดินในสหรัฐอเมริกา ฟิโพรนิลและผลิตภัณฑ์ย่อยสลาย (ฟีนิลไพราโซล) เป็นสารประกอบยาฆ่าแมลงที่พบมากที่สุด และความเข้มข้นของพวกมันมักจะเกินมาตรฐานทางน้ำ (6-8)แม้ว่าสารนีโอนิโคตินอยด์จะดึงดูดความสนใจเนื่องจากผลกระทบต่อผึ้งและนก และความชุกของพวกมัน (9) ฟิโพรนิลเป็นพิษต่อปลาและนกมากกว่า (10) ในขณะที่สารประกอบประเภทฟีนิลไพราโซลส์อื่น ๆ มีฤทธิ์ในการฆ่าวัชพืช (5)ฟิโพรนิลเป็นยาฆ่าแมลงที่เป็นระบบซึ่งใช้ในการควบคุมศัตรูพืชในสภาพแวดล้อมในเมืองและทางการเกษตรนับตั้งแต่ fipronil เข้าสู่ตลาดโลกในปี 1993 การใช้ fipronil ในสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และสหราชอาณาจักรได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก (5)ในสหรัฐอเมริกา ฟิโพรนิลใช้ในการควบคุมมดและปลวก และใช้ในพืชผล เช่น ข้าวโพด (รวมถึงการรักษาเมล็ดพืช) มันฝรั่ง และสวนผลไม้ (11, 12)การใช้ฟิโปรนิลทางการเกษตรในสหรัฐอเมริกาถึงจุดสูงสุดในปี พ.ศ. 2545 (13)แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลการใช้ในเมืองระดับประเทศ แต่การใช้งานในเมืองในแคลิฟอร์เนียพุ่งสูงสุดในปี 2549 และ 2558 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm เข้าถึงเมื่อวันที่ 2 ธันวาคม 2562)แม้ว่าความเข้มข้นสูงของฟิโพรนิล (6.41μg/L) จะพบได้ในลำธารในพื้นที่เกษตรกรรมบางแห่งที่มีอัตราการใช้สูง (14) เมื่อเปรียบเทียบกับลำธารทางการเกษตร ลำธารในเมืองในสหรัฐอเมริกาโดยทั่วไปมีการตรวจจับมากกว่าและมีความเข้มข้นสูงสูงกว่า ซึ่งเป็นผลบวกต่อ การเกิดพายุสัมพันธ์กับการทดสอบ (6, 7, 14-17)
ฟิโพรนิลเข้าสู่ระบบนิเวศทางน้ำของน้ำที่ไหลบ่าหรือชะล้างจากดินลงสู่ลำธาร (7, 14, 18)ฟิโพรนิลมีความผันผวนต่ำ (ค่าคงที่กฎของเฮนรี่ 2.31×10-4 Pa m3 mol-1) ความสามารถในการละลายน้ำต่ำถึงปานกลาง (3.78 มก./ลิตร ที่ 20°C) และความสามารถในการละลายน้ำปานกลาง (log Kow คือ 3.9 ถึง 4.1)) การเคลื่อนตัวในดินมีน้อยมาก (log Koc อยู่ที่ 2.6 ถึง 3.1) (12, 19) และมีความคงตัวในสิ่งแวดล้อมต่ำถึงปานกลาง (20)Finazepril ถูกย่อยสลายโดยโฟโตไลซิส ออกซิเดชัน การไฮโดรไลซิสที่ขึ้นกับ pH และการรีดิวซ์ ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์การย่อยสลายหลักสี่ชนิด: dessulfoxyphenapril (หรือซัลฟอกไซด์), ฟีนาพรีนิปซัลโฟน (ซัลโฟน), ฟิโลเฟนาไมด์ (เอไมด์) และฟิโลฟีนิบซัลไฟด์ (ซัลไฟด์)ผลิตภัณฑ์ย่อยสลายฟิโพรนิลมีแนวโน้มที่จะมีเสถียรภาพและทนทานมากกว่าสารประกอบหลัก (21, 22)
ความเป็นพิษของฟิโพรนิลและการย่อยสลายของไฟโปรนิลไปเป็นสายพันธุ์ที่ไม่ใช่เป้าหมาย (เช่น สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในน้ำ) ได้รับการบันทึกไว้เป็นอย่างดี (14, 15)ฟิโพรนิลเป็นสารประกอบที่เป็นพิษต่อระบบประสาทซึ่งรบกวนการผ่านไอออนของคลอไรด์ผ่านช่องคลอไรด์ที่ควบคุมโดยกรดแกมมา-อะมิโนบิวทีริกในแมลง ส่งผลให้มีความเข้มข้นเพียงพอที่จะทำให้เกิดความตื่นเต้นและความตายมากเกินไป (20)Fipronil เป็นพิษแบบจำเพาะ ดังนั้นจึงมีความสัมพันธ์กับแมลงมากกว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (23)กิจกรรมการฆ่าแมลงของผลิตภัณฑ์ที่ย่อยสลายฟิโปรนิลนั้นแตกต่างกันความเป็นพิษของซัลโฟนและซัลไฟด์ต่อสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในน้ำจืดมีความคล้ายคลึงหรือสูงกว่าความเป็นพิษของสารประกอบต้นกำเนิดDesulfinyl มีความเป็นพิษปานกลางแต่มีความเป็นพิษน้อยกว่าสารประกอบหลักค่อนข้างไม่เป็นพิษ (23, 24)ความไวของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในน้ำต่อการย่อยสลายของฟิโพรนิลและฟิโพรนิลจะแตกต่างกันอย่างมากภายในและระหว่างแท็กซ่า (15) และในบางกรณีอาจเกินลำดับความสำคัญด้วยซ้ำ (25)ในที่สุด มีหลักฐานว่าฟีนิลไพราโซลเป็นพิษต่อระบบนิเวศมากกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ (3)
เกณฑ์มาตรฐานทางชีววิทยาทางน้ำจากการทดสอบความเป็นพิษในห้องปฏิบัติการอาจประเมินความเสี่ยงของประชากรภาคสนามต่ำเกินไป (26-28)มาตรฐานทางน้ำมักจะกำหนดโดยการทดสอบความเป็นพิษในห้องปฏิบัติการชนิดเดียวโดยใช้สัตว์ที่ไม่มีกระดูกสันหลังในน้ำหนึ่งหรือหลายสายพันธุ์ (เช่น Diptera: Chironomidae: Chironomus และ Crustacea: Daphnia magna และ Hyalella azteca)โดยทั่วไปแล้ว สิ่งมีชีวิตทดสอบเหล่านี้เพาะเลี้ยงได้ง่ายกว่าสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังขนาดใหญ่หน้าดินชนิดอื่นๆ (เช่น สกุล phe::) และในบางกรณีก็ไวต่อมลพิษน้อยกว่าตัวอย่างเช่น D. Magna มีความไวต่อโลหะหลายชนิดน้อยกว่าแมลงบางชนิด ในขณะที่ A. zteca มีความไวต่อยาฆ่าแมลงไพรีทรอยด์ไบเฟนทรินน้อยกว่าความไวต่อหนอน (29, 30)ข้อจำกัดอีกประการหนึ่งของการวัดประสิทธิภาพที่มีอยู่คือจุดสิ้นสุดที่ใช้ในการคำนวณเกณฑ์มาตรฐานเฉียบพลันขึ้นอยู่กับอัตราการตาย (หรือคงที่สำหรับสัตว์ที่มีเปลือกแข็ง) ในขณะที่เกณฑ์มาตรฐานเรื้อรังมักขึ้นอยู่กับจุดสิ้นสุดที่ไม่ร้ายแรง (เช่น การเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์) (ถ้ามี)อย่างไรก็ตาม มีผลกระทบร้ายแรงร้ายแรงในวงกว้าง เช่น การเติบโต การปรากฏ อัมพาต และพัฒนาการล่าช้า ซึ่งอาจส่งผลต่อความสำเร็จของแท็กซ่าและพลวัตของชุมชนเป็นผลให้ แม้ว่าเกณฑ์มาตรฐานจะให้พื้นหลังสำหรับความสำคัญทางชีวภาพของผลกระทบ แต่ความเกี่ยวข้องทางนิเวศวิทยาในฐานะเกณฑ์สำหรับความเป็นพิษยังไม่แน่นอน
เพื่อให้เข้าใจถึงผลกระทบของสารประกอบไฟโปรนิลต่อระบบนิเวศทางน้ำหน้าดิน (สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังและสาหร่าย) ได้ดียิ่งขึ้น ชุมชนสัตว์หน้าดินตามธรรมชาติจึงถูกนำเข้ามาในห้องปฏิบัติการและสัมผัสกับการไล่ระดับความเข้มข้นระหว่างการไหล 30 วันของฟิโพรนิล หรือหนึ่งในสี่การทดลองการย่อยสลายฟิโพรนิลเป้าหมายการวิจัยคือการสร้างความเข้มข้นของผลกระทบเฉพาะสายพันธุ์ 50% (ค่า EC50) สำหรับสารประกอบฟิโปรนิลแต่ละชนิดที่เป็นตัวแทนการจัดกลุ่มในวงกว้างของชุมชนแม่น้ำ และเพื่อพิจารณาผลกระทบของมลพิษต่อโครงสร้างและหน้าที่ของชุมชน [เช่น ความเข้มข้นของอันตราย] 5 % ของชนิดพันธุ์ที่ได้รับผลกระทบ (HC5) และผลกระทบทางอ้อม เช่น การเกิดขึ้นที่เปลี่ยนแปลงและการเปลี่ยนแปลงทางโภชนาการ]จากนั้นนำเกณฑ์ (ค่า HC5 เฉพาะสารประกอบ) ที่ได้รับจากการทดลองส่องกล้องมาใช้กับพื้นที่ที่รวบรวมโดยการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา (USGS) จากห้าภูมิภาคของสหรัฐอเมริกา (ตะวันออกเฉียงเหนือ ตะวันออกเฉียงใต้ มิดเวสต์ แปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือ และแคลิฟอร์เนียตอนกลาง ข้อมูลโซนชายฝั่ง) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการประเมินคุณภาพสตรีมระดับภูมิภาคของ USGS (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/)เท่าที่เราทราบ นี่เป็นการประเมินความเสี่ยงทางนิเวศครั้งแรกโดยจะตรวจสอบผลกระทบของสารประกอบไฟโปรนิลต่อสิ่งมีชีวิตหน้าดินในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมแบบเมโซอย่างครอบคลุม จากนั้นจึงนำผลลัพธ์เหล่านี้ไปใช้กับการประเมินภาคสนามในระดับทวีป
การทดลอง mesocosmic 30 วันดำเนินการที่ USGS Aquatic Laboratory (AXL) ในฟอร์ตคอลลินส์ รัฐโคโลราโด สหรัฐอเมริกา ตั้งแต่วันที่ 18 ตุลาคม ถึง 17 พฤศจิกายน 2017 เป็นเวลา 1 วันในการเลี้ยงและ 30 วันในการทดลองวิธีการนี้ได้อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ (29, 31) และมีรายละเอียดอยู่ในเอกสารเสริมการตั้งค่าพื้นที่ meso ประกอบด้วยกระแสหมุนเวียน 36 กระแสในกระแสที่ใช้งานอยู่ 4 กระแส (ถังเก็บน้ำหมุนเวียน)ลำธารที่มีชีวิตแต่ละแห่งมีเครื่องทำความเย็นเพื่อรักษาอุณหภูมิของน้ำ และจะมีการส่องสว่างด้วยวงจรแสงและความมืดแบบ 16:8การไหลระดับเมโซคือเหล็กกล้าไร้สนิม ซึ่งเหมาะสำหรับการไฮโดรโฟบิซิตี้ของฟิโพรนิล (log Kow = 4.0) และเหมาะสำหรับตัวทำละลายในการทำความสะอาดแบบอินทรีย์ (รูปที่ S1)น้ำที่ใช้สำหรับการทดลองระดับเมโซถูกรวบรวมจากแม่น้ำ Cache La Poudre (แหล่งต้นน้ำ รวมถึงอุทยานแห่งชาติเทือกเขาร็อคกี้ ป่าสงวนแห่งชาติ และเขตแบ่งภาคพื้นทวีป) และเก็บไว้ในถังเก็บโพลีเอทิลีนสี่ถังของ AXLการประเมินตัวอย่างตะกอนและน้ำก่อนหน้านี้ที่เก็บจากพื้นที่ไม่พบยาฆ่าแมลงใดๆ (29)
การออกแบบการทดลองระดับเมโสประกอบด้วยสตรีมการประมวลผล 30 สตรีม และสตรีมควบคุม 6 สตรีมกระแสการบำบัดจะได้รับน้ำที่ผ่านการบำบัด ซึ่งแต่ละชนิดมีความเข้มข้นคงที่ของสารประกอบฟิโพรนิลที่ไม่ซ้ำซ้อน: ฟิโพรนิล (ฟิโพรนิล (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), เอไมด์ (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), กลุ่มการกำจัดซัลเฟอร์ไดซ์ [ห้องสมุดสารกำจัดศัตรูพืชของหน่วยงานปกป้องสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (EPA), CAS 205650-65-3], ซัลโฟน (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) และซัลไฟด์ (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6) ความบริสุทธิ์ทั้งหมด ≥ 97.8% ตามค่าการตอบสนองที่เผยแพร่ (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33) โดยการละลายสารประกอบฟิโปรนิลในเมทานอล (ระดับการรับรองของ Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society) และเจือจาง ด้วยน้ำปราศจากไอออนให้ได้ปริมาตรที่ต้องการเพื่อเตรียมสารละลายเข้มข้น เนื่องจากปริมาณเมทานอลในปริมาณที่แตกต่างกันจึงจำเป็นต้องเติมเมทานอลลงในการบำบัดทั้งหมดตามต้องการ ในการควบคุมทั้ง 3 เพื่อให้แน่ใจว่าความเข้มข้นของเมทานอลเท่ากัน ( 0.05 มล./ลิตร) ในลำธาร มุมมองตรงกลางของลำธารควบคุมอีก 3 ลำธารได้รับน้ำในแม่น้ำที่ไม่มีเมทานอล ไม่เช่นนั้น ก็จะถือว่าเป็นลำธารอื่นๆ ทั้งหมด
ในวันที่ 8 วันที่ 16 และวันที่ 26 อุณหภูมิ ค่า pH การนำไฟฟ้า และการเสื่อมสลายของฟิโพรนิลและฟิโพรนิลถูกวัดในโฟลว์เมมเบรนเพื่อติดตามการเสื่อมสลายของสารประกอบต้นกำเนิดไฟโพรนิลในระหว่างการทดสอบตัวกลาง มีการใช้ไฟโพรนิล (ตัวพ่อแม่) เพื่อรักษาเยื่อเมือกในลำไส้ของเหลวเป็นเวลาอีกสามวัน [วันที่ 5, 12 และ 21 (n = 6)] สำหรับอุณหภูมิ, pH การเก็บตัวอย่างการย่อยสลายฟิโพรนิลและฟิโพรนิลเก็บตัวอย่างการวิเคราะห์สารกำจัดศัตรูพืชโดยการกรองน้ำที่ไหล 10 มล. ลงในขวดแก้วสีเหลืองอำพันขนาด 20 มล. ผ่านตัวกรองเข็มฉีดยา Whatman 0.7-μm GF/F ที่มาพร้อมกับเข็มที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ตัวอย่างถูกแช่แข็งทันทีและส่งไปยังห้องปฏิบัติการคุณภาพน้ำแห่งชาติของ USGS (NWQL) ในเมืองเลกวูด รัฐโคโลราโด สหรัฐอเมริกา เพื่อทำการวิเคราะห์โดยใช้วิธีการปรับปรุงของวิธีการที่เผยแพร่ก่อนหน้านี้ ฟิโพรนิลและผลิตภัณฑ์ย่อยสลาย 4 รายการในตัวอย่างน้ำถูกกำหนดโดยการฉีดด้วยของเหลวโดยตรง (DAI) โครมาโตกราฟีของเหลว-มวลสเปกโตรมิเตอร์แบบตีคู่ (LC-MS / MS; Agilent 6495)ระดับการตรวจจับเครื่องมือ (IDL) ได้รับการประมาณไว้ว่าเป็นมาตรฐานการสอบเทียบขั้นต่ำที่ตรงตามมาตรฐานการระบุเชิงคุณภาพIDL ของฟิโพรนิลคือ 0.005 ไมโครกรัม/ลิตร และ IDL ของฟิโพรนิลอีกสี่ตัวคือ 0.001 ไมโครกรัม/ลิตรวัสดุเสริมให้คำอธิบายที่สมบูรณ์เกี่ยวกับวิธีการที่ใช้ในการตรวจวัดสารประกอบฟิโพรนิล รวมถึงขั้นตอนการควบคุมคุณภาพและการรับรอง (เช่น การเก็บตัวอย่างกลับคืน การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การตรวจสอบโดยบุคคลที่สาม และช่องว่าง)
เมื่อสิ้นสุดการทดลอง Mesocosmic 30 วัน การแจงนับและการระบุสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังที่โตเต็มวัยและตัวอ่อนได้เสร็จสิ้นแล้ว (จุดสิ้นสุดการรวบรวมข้อมูลหลัก)ตัวเต็มวัยที่เพิ่งเกิดใหม่จะถูกรวบรวมจากตาข่ายทุกวันและแช่แข็งในหลอดสำหรับหมุนเหวี่ยง Falcon ขนาด 15 มล. ที่สะอาดเมื่อสิ้นสุดการทดลอง (วันที่ 30) ปริมาณของเมมเบรนในแต่ละกระแสถูกขัดเพื่อกำจัดสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังใดๆ ออก และกรอง (250 ไมโครเมตร) และเก็บไว้ในเอธานอล 80%Timberline Aquatics (ฟอร์ตคอลลินส์ รัฐโคโลราโด) ได้เสร็จสิ้นการจำแนกอนุกรมวิธานของตัวอ่อนและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังที่โตเต็มวัยแล้วให้อยู่ในระดับอนุกรมวิธานต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งโดยปกติจะเป็นสายพันธุ์ในวันที่ 9, 19 และ 29 มีการตรวจวัดคลอโรฟิลล์ a เป็นสามเท่าในเมมเบรนส่องกล้องของแต่ละกระแสข้อมูลทางเคมีและชีวภาพทั้งหมดซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการทดลองส่องกล้องมีอยู่ในเอกสารเผยแพร่ข้อมูลที่แนบมาด้วย (35)
การสำรวจระบบนิเวศได้ดำเนินการในลำธารขนาดเล็ก (ลุยน้ำ) ในพื้นที่หลักห้าแห่งของสหรัฐอเมริกา และมีการตรวจสอบยาฆ่าแมลงในช่วงดัชนีก่อนหน้ากล่าวโดยย่อ จากการใช้ที่ดินเพื่อเกษตรกรรมและในเมือง (36-40) มีการเลือกสถานที่ 77 ถึง 100 แห่งในแต่ละภูมิภาค (รวม 444 แห่ง)ในช่วงฤดูใบไม้ผลิและฤดูร้อนของหนึ่งปี (พ.ศ. 2556-2560) จะมีการเก็บตัวอย่างน้ำสัปดาห์ละครั้งในแต่ละภูมิภาคเป็นเวลา 4 ถึง 12 สัปดาห์ระยะเวลาที่กำหนดขึ้นอยู่กับภูมิภาคและความเข้มข้นของการพัฒนาอย่างไรก็ตามสถานีในภาคตะวันออกเฉียงเหนือทั้ง 11 สถานีเกือบจะอยู่ในพื้นที่ลุ่มน้ำแล้วไม่มีการพัฒนา ยกเว้นว่าเก็บตัวอย่างได้เพียงตัวอย่างเดียวเท่านั้นเนื่องจากระยะเวลาการติดตามตรวจสอบสารกำจัดศัตรูพืชในการศึกษาระดับภูมิภาคนั้นแตกต่างกัน สำหรับการเปรียบเทียบ เราจะพิจารณาเฉพาะตัวอย่างสี่ตัวอย่างล่าสุดที่รวบรวมในแต่ละไซต์เท่านั้นสันนิษฐานว่าตัวอย่างเดียวที่เก็บได้ที่พื้นที่ภาคตะวันออกเฉียงเหนือที่ยังไม่ได้รับการพัฒนา (n = 11) สามารถแสดงถึงระยะเวลาการสุ่มตัวอย่าง 4 สัปดาห์วิธีนี้ทำให้มีการสังเกตสารกำจัดศัตรูพืชในจำนวนเท่ากัน (ยกเว้น 11 แห่งในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ) และระยะเวลาในการสังเกตเท่ากันเชื่อกันว่า 4 สัปดาห์ก็นานพอสำหรับการสัมผัสกับสิ่งมีชีวิตในระยะยาว แต่สั้นพอที่ชุมชนนิเวศไม่ควรฟื้นตัวจากการสัมผัสเหล่านี้
ในกรณีที่มีการไหลเพียงพอ ตัวอย่างน้ำจะถูกรวบรวมโดยใช้ความเร็วคงที่และเพิ่มความกว้างคงที่ (41)เมื่อการไหลไม่เพียงพอที่จะใช้วิธีนี้ คุณสามารถเก็บตัวอย่างได้โดยการรวมกลุ่มตัวอย่างในเชิงลึก หรือการจับจากจุดศูนย์ถ่วงของการไหลใช้กระบอกฉีดยาเจาะขนาดใหญ่และตัวกรองแบบจาน (0.7μm) เพื่อรวบรวมตัวอย่างที่กรองแล้ว 10 มล. (42)ตัวอย่างน้ำได้รับการวิเคราะห์ที่ NWQL ด้วย DAI LC-MS/MS/MS/MS สำหรับสารกำจัดศัตรูพืชและผลิตภัณฑ์ย่อยสลายยาฆ่าแมลง 225 ชนิด ซึ่งรวมถึงฟิโพรนิลและผลิตภัณฑ์ย่อยสลาย 7 ชนิด (เดสซัลฟินิล ฟิโพรนิล, ฟิโพรนิล) ซัลไฟด์, ฟิโพรนิล ซัลโฟน, เดสคลอโรฟิโพรนิล, เดสไทออล ฟิโพรนิล, เอไมด์, ฟิโพรนิล และ ฟิโปรนิล)).ระดับการรายงานขั้นต่ำโดยทั่วไปสำหรับการศึกษาภาคสนามคือ: ฟิโพรนิล, เดสเมทิลไทโอ ฟลูออโรเบนโซไนไตรล์, ฟิโพรนิลซัลไฟด์, ฟิโพรนิลซัลโฟน และเดสคลอโรฟิโพรนิล 0.004 ไมโครกรัม/ลิตร;dessulfinyl fluorfenamide และความเข้มข้นของ fipronil amide คือ 0.009 ไมโครกรัมต่อลิตร;ความเข้มข้นของฟิโพรนิลซัลโฟเนตคือ 0.096 ไมโครกรัมต่อลิตร
ชุมชนสัตว์ที่ไม่มีกระดูกสันหลังจะถูกสุ่มตัวอย่างในตอนท้ายของการศึกษาในแต่ละพื้นที่ (ฤดูใบไม้ผลิ/ฤดูร้อน) โดยปกติจะในเวลาเดียวกันกับกิจกรรมการเก็บตัวอย่างยาฆ่าแมลงครั้งสุดท้ายหลังจากฤดูปลูกและการใช้ยาฆ่าแมลงอย่างหนัก เวลาในการสุ่มตัวอย่างควรสอดคล้องกับสภาพการไหลต่ำ และควรตรงกับเวลาที่ชุมชนสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในแม่น้ำเติบโตเต็มที่และส่วนใหญ่อยู่ในช่วงชีวิตของตัวอ่อนการใช้เครื่องเก็บตัวอย่าง Surber ที่มีตาข่ายขนาด 500μm หรือตาข่าย D-frame การสุ่มตัวอย่างในชุมชนสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังเสร็จสมบูรณ์ใน 437 แห่งจาก 444 แห่งวิธีการสุ่มตัวอย่างมีอธิบายรายละเอียดไว้ในเอกสารเสริมใน NWQL สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังทั้งหมดมักจะถูกระบุและลงรายการในระดับสกุลหรือสายพันธุ์ข้อมูลทางเคมีและชีวภาพทั้งหมดที่รวบรวมในสาขานี้และใช้ในต้นฉบับนี้สามารถพบได้ในเอกสารเผยแพร่ข้อมูลที่แนบมาด้วย (35)
สำหรับสารประกอบไฟโพรนิลห้าชนิดที่ใช้ในการทดลองส่องกล้อง ความเข้มข้นของตัวอ่อนสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังลดลง 20% หรือ 50% ได้รับการคำนวณโดยสัมพันธ์กับกลุ่มควบคุม (เช่น EC20 และ EC50)ข้อมูล [x = ความเข้มข้นของฟิโพรนิลแบบถ่วงน้ำหนักตามเวลา (ดูเอกสารเสริมสำหรับรายละเอียด), y = ความอุดมสมบูรณ์ของตัวอ่อนหรือตัวชี้วัดอื่น ๆ] ได้รับการติดตั้งกับแพ็คเกจขยาย R (43) โดยใช้วิธีถดถอยลอการิทึมแบบสามพารามิเตอร์” drc”เส้นโค้งนี้เหมาะกับทุกสายพันธุ์ (ตัวอ่อน) ที่มีความอุดมสมบูรณ์เพียงพอ และตรงตามเกณฑ์ชี้วัดอื่นๆ ที่น่าสนใจ (เช่น ความสมบูรณ์ของแท็กซ่า ความอุดมสมบูรณ์ของแมลงเม่าทั้งหมด และความอุดมสมบูรณ์ทั้งหมด) เพื่อทำความเข้าใจผลกระทบต่อชุมชนเพิ่มเติมค่าสัมประสิทธิ์ Nash-Sutcliff (45) ใช้ในการประเมินความพอดีของแบบจำลอง โดยที่แบบจำลองที่พอดีไม่ดีสามารถรับค่าลบได้ไม่จำกัด และค่าของความพอดีที่สมบูรณ์แบบคือ 1
เพื่อสำรวจผลกระทบของสารประกอบฟิโพรนิลต่อการเกิดขึ้นของแมลงในการทดลอง ข้อมูลได้รับการประเมินในสองวิธีขั้นแรก ด้วยการลบลักษณะเฉลี่ยของเมโสของโฟลว์ควบคุมออกจากลักษณะของเมโซของโฟลว์การรักษาแต่ละครั้ง การเกิดขึ้นรายวันสะสมของแมลงจากแต่ละโฟลว์เมโซ (จำนวนรวมของบุคคลทั้งหมด) จะถูกทำให้เป็นมาตรฐานไปยังกลุ่มควบคุมพล็อตค่าเหล่านี้เทียบกับเวลาเพื่อทำความเข้าใจความเบี่ยงเบนของตัวกลางของของเหลวบำบัดจากตัวกลางของของเหลวควบคุมในการทดลอง 30 วันประการที่สอง คำนวณเปอร์เซ็นต์การเกิดทั้งหมดของแต่ละโฟลว์มีโซฟิลล์ ซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของจำนวนเมโซฟิลล์ทั้งหมดในโฟลว์ที่กำหนดต่อจำนวนเฉลี่ยของตัวอ่อนและตัวเต็มวัยในกลุ่มควบคุม และเหมาะสำหรับการถดถอยลอการิทึมแบบสามพารามิเตอร์ .แมลงที่งอกทั้งหมดที่เก็บมาจากสองวงศ์ย่อยของตระกูล Chironomidae ดังนั้นจึงทำการวิเคราะห์แบบผสมผสาน
การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างชุมชน เช่น การสูญเสียแท็กซ่า ในท้ายที่สุดอาจขึ้นอยู่กับผลกระทบทั้งทางตรงและทางอ้อมของสารพิษ และอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในการทำงานของชุมชน (เช่น น้ำตกทางโภชนาการ)เพื่อทดสอบลำดับชั้นทางโภชนาการ เครือข่ายเชิงสาเหตุอย่างง่ายได้รับการประเมินโดยใช้วิธีวิเคราะห์เส้นทาง (แพ็คเกจ R “piecewiseSEM”) (46)สำหรับการทดลองโดยใช้กล้องส่องกล้อง จะถือว่าฟิโพรนิล เดซัลฟินิล ซัลไฟด์ และซัลโฟน (ไม่ได้ทดสอบเอไมด์) ในน้ำเพื่อลดมวลชีวมวลของเครื่องขูด ส่งผลให้มวลชีวภาพของคลอโรฟิลล์ เอ เพิ่มขึ้นทางอ้อม (47)ความเข้มข้นของสารประกอบเป็นตัวแปรทำนาย และชีวมวลของมีดโกนและคลอโรฟิลล์เป็นตัวแปรตอบสนองสถิติ Fisher's C ใช้ในการประเมินความพอดีของแบบจำลอง ดังนั้นค่า P <0.05 บ่งชี้ถึงความพอดีของแบบจำลองที่ดี (46)
เพื่อพัฒนาสารป้องกันเกณฑ์ป้องกันตามเกณฑ์ชุมชนเชิงนิเวศตามความเสี่ยง สารประกอบแต่ละชนิดได้รับ 95% ของชนิดพันธุ์ที่ได้รับผลกระทบ (HC5) การกระจายความไวของชนิดพันธุ์เรื้อรัง (SSD) และการป้องกันความเข้มข้นของอันตรายสร้างชุดข้อมูล SSD สามชุด: (i) เฉพาะชุดข้อมูล meso (ii) ชุดข้อมูลที่มีข้อมูล meso ทั้งหมดที่รวบรวมและข้อมูลที่รวบรวมจากการสืบค้นฐานข้อมูล EPA ECOTOX (https://cfpub.epa.gov/ecotox) / เข้าถึงได้จาก 14 มีนาคม 2019) ระยะเวลาการศึกษาคือ 4 วันหรือนานกว่านั้น และ (iii) ชุดข้อมูลที่ประกอบด้วยข้อมูล mesoscopic ทั้งหมดและข้อมูล ECOTOX ซึ่งข้อมูล ECOTOX (การสัมผัสแบบเฉียบพลัน) หารด้วยแบบเฉียบพลันต่ออัตราส่วนของ D. magna เรื้อรัง ( 19.39) เพื่ออธิบายความแตกต่างของระยะเวลาการสัมผัสและการประมาณค่า EC50 เรื้อรัง (12)จุดประสงค์ของเราในการสร้าง SSD หลายรุ่นคือ (i) พัฒนาค่า HC5 สำหรับการเปรียบเทียบกับข้อมูลภาคสนาม (สำหรับ SSD สำหรับสื่อเท่านั้น) และ (ii) ประเมินว่าข้อมูลสื่อได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางมากกว่าหน่วยงานกำกับดูแลเพื่อรวมในการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ ความคงทนของเกณฑ์มาตรฐานชีวิตและการกำหนดมาตรฐานของทรัพยากรข้อมูล และความสามารถในการปฏิบัติของการใช้การศึกษาแบบส่องกล้องสำหรับกระบวนการปรับเปลี่ยน
SSD ได้รับการพัฒนาสำหรับชุดข้อมูลแต่ละชุดโดยใช้แพ็คเกจ R “ssdtools” (48)ใช้บูตสแตรป (n = 10,000) เพื่อประมาณค่าเฉลี่ย HC5 และช่วงความเชื่อมั่น (CI) จาก SSDการตอบสนองของแท็กซ่าสี่สิบเก้ารายการ (แท็กซ่าทั้งหมดที่ได้รับการระบุว่าเป็นสกุลหรือสปีชีส์) ที่พัฒนาผ่านการวิจัยนี้ รวมกับการตอบสนองของแท็กซ่า 32 รายการซึ่งรวบรวมจากการศึกษาที่ตีพิมพ์หกรายการในฐานข้อมูล ECOTOX รวมแล้วการตอบสนองของแท็กซ่า 81 รายการสามารถใช้สำหรับการพัฒนา SSD .เนื่องจากไม่พบข้อมูลในฐานข้อมูล ECOTOX ของเอไมด์ จึงไม่มีการพัฒนา SSD สำหรับเอไมด์ และได้รับการตอบสนอง EC50 เพียงการตอบสนองเดียวจากการศึกษาปัจจุบันถึงแม้จะพบค่า EC50 ของกลุ่มซัลไฟด์เพียงกลุ่มเดียวในฐานข้อมูล ECOTOX แต่นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาคนปัจจุบันมีค่า EC50 12 ค่าดังนั้นจึงมีการพัฒนา SSD สำหรับหมู่ซัลฟินิล
ค่า HC5 เฉพาะของสารประกอบฟิโพรนิลที่ได้รับจากชุดข้อมูล SSD ของ Mesocosmos เท่านั้นที่ถูกนำมารวมกับข้อมูลภาคสนามเพื่อประเมินการสัมผัสและความเป็นพิษที่อาจเกิดขึ้นของสารประกอบฟิโพรนิลใน 444 สตรีมจากห้าภูมิภาคในสหรัฐอเมริกาในช่วง 4 สัปดาห์ที่ผ่านมา การสุ่มตัวอย่างแต่ละความเข้มข้นของสารประกอบฟิโพรนิลที่ตรวจพบ (ความเข้มข้นที่ตรวจไม่พบเป็นศูนย์) จะถูกหารด้วย HC5 ตามลำดับ และอัตราส่วนสารประกอบของแต่ละตัวอย่างจะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้หน่วยความเป็นพิษรวมของฟิโพรนิล (ΣTUFipronils) โดยที่ ΣTUFipronils> 1 หมายถึง ความเป็นพิษ
โดยการเปรียบเทียบความเข้มข้นความเป็นอันตราย 50% ของสายพันธุ์ที่ได้รับผลกระทบ (HC50) กับค่า EC50 ของความสมบูรณ์ของแท็กซ่าที่ได้มาจากการทดลองเมมเบรนตัวกลาง SSD ที่ได้รับจากข้อมูลเมมเบรนตัวกลางได้รับการประเมินเพื่อสะท้อนถึงความไวของชุมชนนิเวศน์ที่กว้างขึ้นต่อฟิโปรนิล ระดับ..จากการเปรียบเทียบนี้ ความสอดคล้องระหว่างวิธี SSD (รวมถึงเฉพาะแท็กซ่าที่มีความสัมพันธ์การตอบสนองต่อขนาดยา) และวิธีการ EC50 (รวมถึงแท็กซ่าเฉพาะทั้งหมดที่สังเกตได้ในช่องว่างตรงกลาง) โดยใช้วิธี EC50 ในการวัดความสมบูรณ์ของแท็กซ่า สามารถประเมินเพศได้ความสัมพันธ์ของการตอบสนองต่อขนาดยา
ตัวบ่งชี้ชนิดพันธุ์ที่มีความเสี่ยงต่อสารกำจัดศัตรูพืช (SPEARpesticides) ได้รับการคำนวณเพื่อตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างสถานะสุขภาพของชุมชนที่ไม่มีกระดูกสันหลังกับ ΣTUFipronil ในลำธารที่รวบรวมสัตว์ที่ไม่มีกระดูกสันหลัง 437 แห่งตัวชี้วัดสารกำจัดศัตรูพืช SPEAR แปลงองค์ประกอบของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังให้เป็นตัวชี้วัดความอุดมสมบูรณ์สำหรับอนุกรมวิธานทางชีวภาพที่มีลักษณะทางสรีรวิทยาและนิเวศวิทยา ดังนั้นจึงให้ความไวต่อสารกำจัดศัตรูพืชตัวบ่งชี้สารกำจัดศัตรูพืช SPEAR ไม่ไวต่อตัวแปรร่วมตามธรรมชาติ (49, 50) แม้ว่าประสิทธิภาพของมันจะได้รับผลกระทบจากความเสื่อมโทรมของแหล่งที่อยู่อาศัยอย่างรุนแรง (51)ข้อมูลความอุดมสมบูรณ์ที่รวบรวมในสถานที่สำหรับแต่ละอนุกรมวิธานจะประสานงานกับค่าสำคัญของอนุกรมวิธานที่เกี่ยวข้องกับซอฟต์แวร์ ASTERICS เพื่อประเมินคุณภาพระบบนิเวศของแม่น้ำ (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html)จากนั้นนำเข้าข้อมูลไปยังซอฟต์แวร์ Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (เวอร์ชัน 18.05)ในซอฟต์แวร์นี้ ฐานข้อมูลคุณลักษณะของยุโรปและฐานข้อมูลที่มีความอ่อนไหวทางสรีรวิทยาต่อสารกำจัดศัตรูพืชถูกนำมาใช้ในการแปลงข้อมูลของแต่ละไซต์ให้เป็นตัวบ่งชี้สารกำจัดศัตรูพืช SPEARการศึกษาระดับภูมิภาคทั้งห้ารายการใช้แบบจำลองสารเติมแต่งทั่วไป (GAM) [แพ็คเกจ "mgcv" ใน R(52)) เพื่อสำรวจความสัมพันธ์ระหว่างตัวชี้วัดสารกำจัดศัตรูพืช SPEAR และ ΣTUFipronils [การแปลง log10(X + 1)] ที่เกี่ยวข้องสำหรับข้อมูลโดยละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวชี้วัดสารกำจัดศัตรูพืช SPEAR และสำหรับการวิเคราะห์ข้อมูล โปรดดูที่เอกสารเสริม
ดัชนีคุณภาพน้ำมีความสอดคล้องกันในแต่ละช่วงการวัดผ่านกล้องส่องกล้องและตลอดช่วงการทดลองกล้องส่องกล้องทั้งหมดอุณหภูมิเฉลี่ย pH และสภาพการนำไฟฟ้าอยู่ที่ 13.1°C (±0.27°C), 7.8 (±0.12) และ 54.1 (±2.1) µS/cm (35) ตามลำดับคาร์บอนอินทรีย์ที่ละลายในน้ำที่วัดได้ในน้ำสะอาดในแม่น้ำคือ 3.1 มก./ลิตรในมุมมองระดับเมโสของแม่น้ำที่ใช้เครื่องบันทึก MiniDOT ออกซิเจนที่ละลายน้ำจะเข้าใกล้ความอิ่มตัว (เฉลี่ย> 8.0 มก./ลิตร) ซึ่งบ่งชี้ว่ากระแสน้ำไหลเวียนอย่างเต็มที่
ข้อมูลการควบคุมคุณภาพและการประกันคุณภาพของ fipronil มีอยู่ในเอกสารเผยแพร่ข้อมูลที่แนบมาด้วย (35)กล่าวโดยสรุป อัตราการฟื้นตัวของเดือยเมทริกซ์ในห้องปฏิบัติการและตัวอย่างในกล้องจุลทรรศน์มักจะอยู่ในช่วงที่ยอมรับได้ (การคืนสภาพ 70% ถึง 130%) มาตรฐาน IDL ยืนยันวิธีการเชิงปริมาณ และช่องว่างในห้องปฏิบัติการและอุปกรณ์มักจะสะอาด มีข้อยกเว้นน้อยมากนอกเหนือจาก ลักษณะทั่วไปเหล่านี้กล่าวถึงในเนื้อหาเสริม.
เนื่องจากการออกแบบระบบ ความเข้มข้นของฟิโปรนิลที่วัดได้มักจะต่ำกว่าค่าเป้าหมาย (รูปที่ S2) (เนื่องจากต้องใช้เวลา 4 ถึง 10 วันจึงจะถึงสภาวะคงตัวภายใต้สภาวะที่เหมาะสม) (30)เมื่อเปรียบเทียบกับสารประกอบไฟโพรนิลอื่นๆ ความเข้มข้นของเดสซัลฟินิลและเอไมด์เปลี่ยนแปลงเล็กน้อยเมื่อเวลาผ่านไป และความแปรปรวนของความเข้มข้นภายในการบำบัดน้อยกว่าความแตกต่างระหว่างการบำบัด ยกเว้นการบำบัดซัลโฟนและซัลไฟด์ที่มีความเข้มข้นต่ำช่วงความเข้มข้นที่วัดได้โดยเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักตามเวลาสำหรับแต่ละกลุ่มการรักษามีดังนี้: ฟิโพรนิล, IDL ถึง 9.07 ไมโครกรัม/ลิตร;เดสซัลฟินิล, IDL ถึง 2.15ไมโครกรัม/ลิตร;เอไมด์, IDL ถึง 4.17μg/L;ซัลไฟด์ IDL ถึง0.57μg/ลิตร;และซัลโฟน IDL คือ 1.13 ไมโครกรัม/ลิตร (35)ในบางกระแส สารประกอบไฟโพรนิลที่ไม่ใช่เป้าหมายถูกตรวจพบ กล่าวคือ สารประกอบที่ไม่ได้ถูกเพิ่มเข้าไปในการบำบัดเฉพาะ แต่เป็นที่รู้กันว่าเป็นผลจากการย่อยสลายของสารประกอบการบำบัดเยื่อ Mesoscopic ที่บำบัดด้วยสารประกอบหลัก fipronil มีจำนวนผลิตภัณฑ์การย่อยสลายที่ไม่ใช่เป้าหมายสูงสุดที่ตรวจพบ (เมื่อไม่ได้ใช้เป็นสารประกอบในการแปรรูป จะเป็นซัลฟินิล เอไมด์ ซัลไฟด์ และซัลโฟน)สิ่งเหล่านี้อาจเนื่องมาจากกระบวนการผลิต สารเจือปนผสมและ/หรือกระบวนการย่อยสลายที่เกิดขึ้นระหว่างการเก็บสารละลายสต็อกและ (หรือ) ในการทดลองด้วยกล้องส่องกล้อง มากกว่าเป็นผลมาจากการปนเปื้อนข้ามไม่พบแนวโน้มความเข้มข้นของการย่อยสลายในการบำบัดด้วยฟิโปรนิลโดยทั่วไปสารประกอบการย่อยสลายที่ไม่ใช่เป้าหมายมักตรวจพบในร่างกายที่มีความเข้มข้นของการบำบัดสูงสุด แต่ความเข้มข้นจะน้อยกว่าความเข้มข้นของสารประกอบที่ไม่ใช่เป้าหมายเหล่านี้ (ดูหัวข้อถัดไปสำหรับความเข้มข้น)ดังนั้น เนื่องจากสารประกอบการย่อยสลายที่ไม่ใช่เป้าหมายมักจะไม่ถูกตรวจพบในการบำบัดด้วยไฟโพรนิลต่ำสุด และเนื่องจากความเข้มข้นที่ตรวจพบนั้นต่ำกว่าความเข้มข้นของผลกระทบในการบำบัดสูงสุด จึงสรุปได้ว่าสารประกอบที่ไม่ใช่เป้าหมายเหล่านี้มีผลกระทบต่อการวิเคราะห์น้อยที่สุด
ในการทดลองสื่อ สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดินมีความไวต่อไฟโปรนิล เดซัลฟินิล ซัลโฟน และซัลไฟด์ [ตารางที่ S1;ข้อมูลความอุดมสมบูรณ์ดั้งเดิมมีอยู่ในเวอร์ชันข้อมูลที่แนบมา (35)]Fipronil amide ใช้สำหรับแมลงวัน Rhithrogena sp เท่านั้นเป็นพิษ (ร้ายแรง) EC50 ของมันคือ 2.05μg/L [±10.8(SE)]เส้นโค้งการตอบสนองต่อขนาดยาของแท็กซ่าเฉพาะ 15 ชนิดถูกสร้างขึ้นแท็กซ่าเหล่านี้แสดงอัตราการตายภายในช่วงความเข้มข้นที่ทดสอบ (ตาราง S1) และแท็กซ่าแบบคลัสเตอร์เป้าหมาย (เช่น แมลงวัน) (รูปที่ S3) และแท็กซ่าเข้มข้น (รูปที่ 1) เส้นโค้งการตอบสนองของขนาดยาถูกสร้างขึ้นความเข้มข้น (EC50) ของฟิโพรนิล เดซัลฟินิล ซัลโฟน และซัลไฟด์บนแท็กซ่าเฉพาะของแท็กซ่าที่ละเอียดอ่อนที่สุดอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.005-0.364, 0.002-0.252, 0.002-0.061 และ 0.005-0.043ไมโครกรัม/ลิตร ตามลำดับRhithrogena sp.และสเวลต์ซา สเป.;รูปที่ S4) ต่ำกว่าแท็กซ่าที่ยอมรับได้ดีกว่า (เช่น Micropsectra / Tanytarsus และ Lepidostoma sp.) (ตารางที่ S1)ตามค่าเฉลี่ย EC50 ของสารประกอบแต่ละชนิดในตาราง S1 ซัลโฟนและซัลไฟด์เป็นสารประกอบที่มีประสิทธิผลมากที่สุด ในขณะที่สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังโดยทั่วไปมีความไวต่อเดสซัลฟินิลน้อยที่สุด (ไม่รวมเอไมด์)ตัวชี้วัดของสถานะทางนิเวศโดยรวม เช่น ความสมบูรณ์ของแท็กซ่า ความอุดมสมบูรณ์รวม เพนทาพลอยด์ทั้งหมด และแมลงวันหินทั้งหมด รวมถึงแท็กซ่าและความอุดมสมบูรณ์ของแท็กซ่าบางชนิด สิ่งเหล่านี้หาได้ยากมากในหน่วยเมโซ และไม่สามารถคำนวณได้ วาดเส้นโค้งการตอบสนองปริมาณรังสีแยกกันดังนั้น ตัวบ่งชี้ทางนิเวศวิทยาเหล่านี้จึงรวมการตอบสนองอนุกรมวิธานที่ไม่รวมอยู่ใน SSD
ความสมบูรณ์ของแท็กซ่า (ตัวอ่อน) พร้อมฟังก์ชันลอจิสติกสามระดับของ (A) ฟิโพรนิล, (B) เดซัลฟินิล, (C) ซัลโฟน และ (D) ความเข้มข้นของซัลไฟด์จุดข้อมูลแต่ละจุดแสดงถึงตัวอ่อนจากสตรีมเดียวเมื่อสิ้นสุดการทดลองเมโซ 30 วันความสมบูรณ์ของแท็กซอนคือการนับแท็กซ่าที่ไม่ซ้ำกันในแต่ละสตรีมค่าความเข้มข้นคือค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักตามเวลาของความเข้มข้นที่สังเกตได้ของแต่ละกระแสที่วัดเมื่อสิ้นสุดการทดลอง 30 วันFipronil amide (ไม่แสดงไว้) ไม่มีความสัมพันธ์กับแท็กซ่าแบบเข้มข้นโปรดทราบว่าแกน x อยู่ในระดับลอการิทึมEC20 และ EC50 ที่มี SE ถูกรายงานไว้ในตาราง S1
ที่ความเข้มข้นสูงสุดของสารประกอบฟิโพรนิลทั้งห้าชนิด อัตราการเกิดของ Uetridae ลดลงเปอร์เซ็นต์การงอก (EC50) ของซัลไฟด์ ซัลโฟน ฟิโพรนิล เอไมด์ และดีซัลฟินิลลดลง 50% ที่ความเข้มข้น 0.03, 0.06, 0.11, 0.78 และ 0.97ไมโครกรัม/ลิตร ตามลำดับ (รูปที่ 2 และรูปที่ S5)ในการทดลอง 30 วันส่วนใหญ่ การบำบัด fipronil, desulfinyl, sulfone และ sulfide ทั้งหมดถูกชะลอออกไป ยกเว้นการบำบัดที่มีความเข้มข้นต่ำบางอย่าง (รูปที่ 2) และรูปลักษณ์ของพวกมันถูกยับยั้งในการบำบัดด้วยเอไมด์ น้ำทิ้งที่สะสมในระหว่างการทดลองทั้งหมดสูงกว่าของการควบคุม โดยมีความเข้มข้น 0.286ไมโครกรัม/ลิตรความเข้มข้นสูงสุด (4.164 ไมโครกรัม/ลิตร) ในระหว่างการทดลองทั้งหมดยับยั้งน้ำทิ้ง และอัตราน้ำทิ้งของการบำบัดขั้นกลางใกล้เคียงกับอัตราของกลุ่มควบคุม(รูปที่ 2)
การเกิดขึ้นสะสมคือการเกิดขึ้นเฉลี่ยรายวันของการรักษาแต่ละครั้ง ลบ (A) ฟิโพรนิล, (B) เดสซัลฟินิล, (C) ซัลโฟน, (D) ซัลไฟด์ และ (E) เอไมด์ในกระแสควบคุม การเกิดขึ้นเฉลี่ยรายวันของเมมเบรนยกเว้นกลุ่มควบคุม (n = 6) n = 1 ค่าความเข้มข้นคือค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักตามเวลาของความเข้มข้นที่สังเกตได้ในแต่ละการไหล
เส้นโค้งการตอบสนองต่อขนาดยาแสดงให้เห็นว่า นอกเหนือจากการสูญเสียทางอนุกรมวิธานแล้ว การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในระดับชุมชนด้วยโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ภายในช่วงความเข้มข้นของการทดสอบ ความอุดมสมบูรณ์ของเดือนพฤษภาคม (รูปที่ S3) และความอุดมสมบูรณ์ของแท็กซ่า (รูปที่ 1) แสดงความสัมพันธ์ในการตอบสนองต่อขนาดยาอย่างมีนัยสำคัญกับฟิโพรนิล เดสซัลฟินิล ซัลโฟน และซัลไฟด์ดังนั้นเราจึงสำรวจว่าการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเหล่านี้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงการทำงานของชุมชนโดยการทดสอบน้ำตกทางโภชนาการอย่างไรการที่สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในน้ำสัมผัสกับไฟโปรนิล เดซัลฟินิล ซัลไฟด์ และซัลโฟน ส่งผลเสียโดยตรงต่อชีวมวลของเครื่องขูด (รูปที่ 3)เพื่อที่จะควบคุมผลกระทบด้านลบของฟิโปรนิลต่อชีวมวลของเครื่องขูด เครื่องขูดยังส่งผลเสียต่อชีวมวลของคลอโรฟิลล์ด้วย (รูปที่ 3)ผลลัพธ์ของค่าสัมประสิทธิ์เส้นทางเชิงลบเหล่านี้คือการเพิ่มขึ้นของคลอโรฟิลล์ a สุทธิเมื่อความเข้มข้นของฟิโพรนิลและสารย่อยสลายเพิ่มขึ้นแบบจำลองวิถีวิถีที่เป็นสื่อกลางโดยสมบูรณ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าการย่อยสลายฟิโพรนิลหรือฟิโพรนิลที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้สัดส่วนของคลอโรฟิลล์ เอ เพิ่มขึ้น (รูปที่ 3)มีการสันนิษฐานล่วงหน้าว่าผลกระทบโดยตรงระหว่างฟิโพรนิลหรือความเข้มข้นของการย่อยสลายและคลอโรฟิลล์ต่อมวลชีวภาพเป็นศูนย์ เนื่องจากสารประกอบไฟโพรนิลเป็นยาฆ่าแมลงและมีความเป็นพิษโดยตรงต่อสาหร่ายต่ำ (ตัวอย่างเช่น ความเข้มข้นพื้นฐานของพืชที่ไม่ใช่หลอดเลือดเฉียบพลันของ EPA คือ 100ไมโครกรัม/ลิตร ฟิโพรนิล, หมู่ไดซัลฟอกไซด์, ซัลโฟน และซัลไฟด์; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), ผลลัพธ์ทั้งหมด (แบบจำลองที่ถูกต้อง) สนับสนุนสิ่งนี้ สมมติฐาน
ฟิโพรนิลสามารถลดมวลชีวภาพ (ผลกระทบโดยตรง) ของการเลี้ยงสัตว์ได้อย่างมีนัยสำคัญ (กลุ่มมีดโกนคือตัวอ่อน) แต่ไม่มีผลกระทบโดยตรงต่อชีวมวลของคลอโรฟิลล์ เออย่างไรก็ตาม ผลกระทบทางอ้อมที่รุนแรงของไฟโปรนิลคือการเพิ่มมวลชีวภาพของคลอโรฟิลล์ เอ เพื่อตอบสนองต่อการกินหญ้าน้อยลงลูกศรระบุค่าสัมประสิทธิ์เส้นทางมาตรฐาน และเครื่องหมายลบ (-) ระบุทิศทางของการเชื่อมโยง* ระบุระดับความสำคัญ
SSD ทั้งสามตัว (เฉพาะชั้นกลาง ชั้นกลางบวกข้อมูล ECOTOX และชั้นกลางบวกกับข้อมูล ECOTOX ที่ได้รับการแก้ไขสำหรับความแตกต่างของระยะเวลาการสัมผัส) ให้ค่า HC5 ที่แตกต่างกันในนาม ​​(ตาราง S3) แต่ผลลัพธ์อยู่ภายในช่วง SEในการศึกษาส่วนที่เหลือนี้ เราจะมุ่งเน้นไปที่ข้อมูล SSD ที่มีเพียงจักรวาล Meso และค่า HC5 ที่เกี่ยวข้องสำหรับคำอธิบายที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นของการประเมิน SSD ทั้งสามนี้ โปรดดูเอกสารเสริม (ตาราง S2 ถึง S5 และรูปภาพ S6 และ S7)การกระจายข้อมูลที่เหมาะสมที่สุด (คะแนนมาตรฐานข้อมูล Akaike ต่ำสุด) ของสารประกอบฟิโพรนิลสี่ชนิด (รูปที่ 4) ที่ใช้ในแมป SSD ที่มีของแข็งมีโซเท่านั้นคือล็อกกัมเบลของฟิโพรนิลและซัลโฟน และไวบูลของซัลไฟด์และซัลเฟตที่ถูกกำจัด γ ( ตารางที่ S3)ค่า HC5 ที่ได้รับสำหรับแต่ละสารประกอบจะถูกรายงานในรูปที่ 4 สำหรับจักรวาล Meso เท่านั้น และในตาราง S3 ค่า HC5 จากชุดข้อมูล SSD ทั้งสามชุดจะถูกรายงานค่า HC50 ของกลุ่มฟิโพรนิล ซัลไฟด์ ซัลโฟน และดีซัลฟินิล [22.1±8.78 ng/L (95% CI 11.4 ถึง 46.2) 16.9±3.38 ng/L (95% CI 11.2 ถึง 24.0) 8 80± 2.66 ng/L (95% CI, 5.44 ถึง 15.8) และ 83.4±32.9 ng/L (95% CI, 36.4 ถึง 163)] สารประกอบเหล่านี้ต่ำกว่าความสมบูรณ์ของแท็กซ่าของ EC50 อย่างมีนัยสำคัญ (จำนวนแท็กซ่าที่ไม่ซ้ำกันทั้งหมด) (ตาราง S1 หมายเหตุในตารางวัสดุเสริมคือ ไมโครกรัมต่อลิตร)
ในการทดลองระดับเมโซ เมื่อสัมผัสกับ (A) fipronil, (B) dessulfinyl fipronil, (C) fipronil sulfone, (D) fipronil sulfide เป็นเวลา 30 วัน จะมีการอธิบายความไวของสายพันธุ์ นั่นคือค่า EC50 ของอนุกรมวิธานเส้นประสีน้ำเงินแสดงถึง 95% CIเส้นประแนวนอนแสดงถึง HC5ค่า HC5 (ng/L) ของสารประกอบแต่ละชนิดมีดังนี้: ฟิโพรนิล 4.56 ng/L (95% CI, 2.59 ถึง 10.2);ซัลไฟด์ 3.52 ng/L (1.36 ถึง 9.20)ซัลโฟน, 2.86 นาโนกรัม/ลิตร (1.93 ถึง 5.29);และซัลฟินิล 3.55 นาโนกรัม/ลิตร (0.35 ถึง 28.4)โปรดทราบว่าแกน x อยู่ในระดับลอการิทึม
ในการศึกษาระดับภูมิภาคห้าครั้ง ตรวจพบฟิโพรนิล (ผู้ปกครอง) ใน 22% ของจุดสุ่มตัวอย่างภาคสนาม 444 จุด (ตารางที่ 1)ความถี่ในการตรวจจับของฟลอเฟนิบ ซัลโฟน และเอไมด์ใกล้เคียงกัน (18% ถึง 22% ของตัวอย่าง) ความถี่ในการตรวจจับของซัลไฟด์และดีซัลฟินิลต่ำกว่า (11% ถึง 13%) ในขณะที่ผลิตภัณฑ์การย่อยสลายที่เหลืออยู่จะสูงมากน้อยมาก (1% หรือน้อยกว่า) หรือไม่เคยตรวจพบเลย (ตารางที่ 1).Fipronil ถูกตรวจพบบ่อยที่สุดในภาคตะวันออกเฉียงใต้ (52% ของพื้นที่) และพบน้อยที่สุดในภาคตะวันตกเฉียงเหนือ (9% ของพื้นที่) ซึ่งเน้นถึงความแปรปรวนของการใช้ benzopyrazole และช่องโหว่ที่อาจเกิดขึ้นทั่วประเทศสารย่อยสลายมักแสดงรูปแบบภูมิภาคที่คล้ายคลึงกัน โดยมีความถี่การตรวจจับสูงสุดในภาคตะวันออกเฉียงใต้และต่ำสุดในภาคตะวันตกเฉียงเหนือหรือชายฝั่งแคลิฟอร์เนียความเข้มข้นที่วัดได้ของฟิโพรนิลนั้นสูงที่สุด รองลงมาคือสารประกอบหลักอย่างฟิโพรนิล (เปอร์เซ็นต์ 90% ของ 10.8 และ 6.3 นาโนกรัม/ลิตร ตามลำดับ) (ตารางที่ 1) (35)ความเข้มข้นสูงสุดของฟิโพรนิล (61.4 ng/L), ไดซัลฟินิล (10.6 ng/L) และซัลไฟด์ (8.0 ng/L) ถูกกำหนดในภาคตะวันออกเฉียงใต้ (ในช่วงสี่สัปดาห์สุดท้ายของตัวอย่าง)ความเข้มข้นสูงสุดของซัลโฟนถูกกำหนดไว้ทางทิศตะวันตก(15.7 นาโนกรัม/ลิตร), เอไมด์ (42.7 นาโนกรัม/ลิตร), เดสซัลฟินิล ฟลูปิร์นาไมด์ (14 นาโนกรัม/ลิตร) และฟิโพรนิล ซัลโฟเนต (8.1 นาโนกรัม/ลิตร) (35)ฟลอร์เฟไนด์ซัลโฟนเป็นสารประกอบชนิดเดียวที่พบว่าเกิน HC5 (ตารางที่ 1)ค่าเฉลี่ยΣTUFipronilsระหว่างภูมิภาคต่างๆแตกต่างกันอย่างมาก (ตารางที่ 1)ค่าเฉลี่ยของประเทศ ΣTUFipronils คือ 0.62 (ทุกสถานที่ ทุกภูมิภาค) และ 71 แห่ง (16%) มี ΣTUFipronils> 1 ซึ่งบ่งชี้ว่าอาจเป็นพิษต่อสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดินที่หน้าดินในสี่จากห้าภูมิภาคที่ศึกษา (ยกเว้นมิดเวสต์) มีความสัมพันธ์ที่สำคัญระหว่างสารกำจัดศัตรูพืช SPEAR และ ΣTUFipronil โดยมี R2 ที่ปรับแล้วอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.07 ตามแนวชายฝั่งแคลิฟอร์เนียถึง 0.34 ในภาคตะวันออกเฉียงใต้ (รูปที่ 5)
*สารประกอบที่ใช้ในการทดลองด้วยกล้องส่องกล้อง†ΣTUFipronils ค่ามัธยฐานของผลรวมของหน่วยสารพิษ [ความเข้มข้นในสนามสังเกตของสารประกอบ fipronil สี่ชนิด/ความเข้มข้นของอันตรายของสารประกอบแต่ละชนิดจากเปอร์เซ็นไทล์ที่ห้าของสายพันธุ์ที่ติดเชื้อ SSD (รูปที่ 4)] สำหรับตัวอย่าง fipronil รายสัปดาห์ 4 รายการสุดท้าย คำนวณตัวอย่างยาฆ่าแมลงที่รวบรวมในแต่ละสถานที่เป็นเวลาหลายสัปดาห์‡จำนวนสถานที่ที่มีการตรวจวัดสารกำจัดศัตรูพืช§เปอร์เซ็นไทล์ที่ 90 ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นสูงสุดที่สังเกตได้ที่ไซต์งานในช่วง 4 สัปดาห์สุดท้ายของการเก็บตัวอย่างยาฆ่าแมลงโดยมีเปอร์เซ็นต์ของกลุ่มตัวอย่างที่ทดสอบ¶ ใช้ CI 95% ของค่า HC5 (รูปที่ 4 และตาราง S3 เฉพาะ meso) เพื่อคำนวณ CIมีการวิเคราะห์ดีคลอโรฟลูพินิบในทุกภูมิภาคและไม่เคยพบเลยND ตรวจไม่พบ
หน่วยพิษฟิโพรนิลคือความเข้มข้นของฟิโพรนิลที่วัดได้หารด้วยค่า HC5 เฉพาะสารประกอบ ซึ่งกำหนดโดย SSD ที่ได้รับจากการทดลองกับสื่อ (ดูรูปที่ 4)เส้นสีดำ แบบจำลองสารเติมแต่งทั่วไป (GAM)เส้นประสีแดงมี CI 95% สำหรับ GAMΣTUFipronils ถูกแปลงเป็น log10 (ΣTUFipronils+1)
ผลข้างเคียงของฟิโปรนิลต่อพันธุ์สัตว์น้ำที่ไม่ใช่เป้าหมายได้รับการบันทึกไว้อย่างดี (15, 21, 24, 25, 32, 33) แต่นี่เป็นการศึกษาครั้งแรกที่มีความไวในสภาพแวดล้อมของห้องปฏิบัติการที่ได้รับการควบคุมชุมชนของแท็กซ่าสัมผัสกับสารประกอบไฟโพรนิล และผลลัพธ์ถูกคาดการณ์ในระดับทวีปผลลัพธ์ของการทดลองผ่านอวกาศภายใน 30 วัน สามารถสร้างกลุ่มแมลงในน้ำแยกกันได้ 15 กลุ่ม (ตารางที่ S1) โดยมีความเข้มข้นที่ไม่ได้รายงานไว้ในรายงาน ซึ่งแมลงในน้ำในฐานข้อมูลความเป็นพิษยังด้อยโอกาสอยู่ (53, 54)เส้นโค้งการตอบสนองต่อขนาดยาเฉพาะแท็กซ่า (เช่น EC50) สะท้อนให้เห็นในการเปลี่ยนแปลงระดับชุมชน (เช่น ความสมบูรณ์ของแท็กซ่า และอาจสูญเสียความอุดมสมบูรณ์ทันที) และการเปลี่ยนแปลงการทำงาน (เช่น การเรียงซ้อนทางโภชนาการและการเปลี่ยนแปลงรูปลักษณ์)ผลกระทบของจักรวาล mesoscopic ถูกคาดการณ์ไว้ในสนามในสี่ในห้าสาขาการวิจัยในสหรัฐอเมริกา ความเข้มข้นของฟิโพรนิลที่วัดภาคสนามมีความสัมพันธ์กับการลดลงของระบบนิเวศทางน้ำในน้ำไหล
ค่า HC5 ที่ 95% ของสายพันธุ์ในการทดลองเมมเบรนตัวกลางมีผลในการป้องกัน ซึ่งบ่งชี้ว่าชุมชนที่ไม่มีกระดูกสันหลังในน้ำโดยรวมมีความไวต่อสารประกอบไฟโพรนิลมากกว่าที่เข้าใจกันก่อนหน้านี้ค่า HC5 ที่ได้รับ (florfenib, 4.56 ng/ลิตร; desulfoxirane, 3.55 ng/ลิตร; ซัลโฟน, 2.86 ng/ลิตร; ซัลไฟด์, 3.52 ng/ลิตร) หลายครั้ง (florfenib) ถึงสามเท่า มากกว่าลำดับความสำคัญ (desulfinyl) ) ต่ำกว่าเกณฑ์มาตรฐานสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังเรื้อรังของ EPA ในปัจจุบัน [ฟิโพรนิล 11 ng/ลิตร;เดซัลฟินิล, 10,310 ng/ลิตร;ซัลโฟน 37 นาโนกรัม/ลิตร;และซัลไฟด์ สำหรับ 110 นาโนกรัม/ลิตร (8)]การทดลองโดยใช้กล้องส่องกล้องระบุกลุ่มหลายกลุ่มที่ไวต่อฟิโพรนิล แทนที่จะระบุโดยเกณฑ์มาตรฐานที่ไม่มีกระดูกสันหลังเรื้อรังของ EPA (4 กลุ่มที่มีความไวต่อฟิโพรนิลมากกว่า, เดสซัลฟินิล 13 คู่, ซัลโฟน 11 คู่ และ 13 คู่) ความไวของซัลไฟด์) (รูปที่ 4 และ ตาราง) S1)สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าเกณฑ์มาตรฐานไม่สามารถปกป้องสัตว์หลายชนิดที่พบในโลกกลางได้เช่นกัน ซึ่งแพร่หลายในระบบนิเวศทางน้ำเช่นกันความแตกต่างระหว่างผลลัพธ์ของเรากับเกณฑ์มาตรฐานปัจจุบันมีสาเหตุหลักมาจากการขาดข้อมูลการทดสอบความเป็นพิษของฟิโพรนิลที่ใช้กับแมลงในน้ำหลายชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเวลาสัมผัสเกิน 4 วันและฟิโพรนิลสลายตัวในระหว่างการทดลองผ่านอวกาศภายในระยะเวลา 30 วัน แมลงส่วนใหญ่ในชุมชนสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังมีความไวต่อไฟโปรนิลมากกว่าสิ่งมีชีวิตทดสอบทั่วไปอย่าง Aztec (สัตว์จำพวกกุ้ง) แม้ว่าจะแก้ไข Aztec แล้วก็ตาม EC50 ของ Teike ทำให้มันเหมือนเดิมหลังจากการเปลี่ยนแปลงแบบเฉียบพลัน(ปกติคือ 96 ชั่วโมง) จนถึงระยะเวลาที่ได้รับสารเรื้อรัง (ภาพที่ S7)มีความเห็นตรงกันที่ดีกว่าระหว่างการทดลองเมมเบรนตัวกลางกับการศึกษาที่รายงานใน ECOTOX โดยใช้สิ่งมีชีวิตทดสอบมาตรฐาน Chironomus Dilutus (แมลง)จึงไม่น่าแปลกใจที่แมลงในน้ำมีความไวต่อยาฆ่าแมลงเป็นพิเศษการทดลองระดับเมโซและข้อมูลที่ครอบคลุมของฐานข้อมูล ECOTOX แสดงให้เห็นว่าแท็กซ่าจำนวนมากไวต่อสารประกอบฟิโปรนิลมากกว่าคลอสตริเดียมเจือจาง (รูปที่ S6) โดยไม่ต้องปรับเวลาการสัมผัสอย่างไรก็ตาม ด้วยการปรับเวลาการสัมผัส Dilution Clostridium จึงเป็นสิ่งมีชีวิตที่ไวต่อไฟโปรนิล (ตัวพาเรนต์) และซัลไฟด์มากที่สุด แม้ว่าจะไม่ไวต่อซัลโฟนก็ตาม (รูปที่ S7)ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการรวมสิ่งมีชีวิตในน้ำหลายประเภท (รวมถึงแมลงหลายชนิด) เพื่อสร้างความเข้มข้นของยาฆ่าแมลงจริงที่สามารถปกป้องสิ่งมีชีวิตในน้ำได้
วิธีการ SSD สามารถป้องกันแท็กซ่าที่หายากหรือขาดความรู้สึกที่ไม่สามารถระบุ EC50 ได้ เช่น Cinygmula sp., Isoperla fulva และ Brachycentrus americanus.ค่า EC50 ของความอุดมสมบูรณ์ของแท็กซ่าและอาจบินได้มากมายซึ่งสะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบของชุมชนนั้นสอดคล้องกับค่า HC50 ของ SSD ของฟิโปรนิล ซัลโฟน และซัลไฟด์โปรโตคอลสนับสนุนแนวคิดต่อไปนี้: วิธีการ SSD ที่ใช้ในการรับเกณฑ์สามารถปกป้องชุมชนทั้งหมด รวมถึงแท็กซ่าที่หายากหรือที่ไม่ละเอียดอ่อนในชุมชนเกณฑ์ขั้นต่ำของสิ่งมีชีวิตในน้ำที่กำหนดจาก SSD โดยอิงตามแท็กซ่าเพียงไม่กี่ชนิดหรือแท็กซ่าที่ไม่ละเอียดอ่อนอาจไม่เพียงพออย่างมากในการปกป้องระบบนิเวศทางน้ำนี่เป็นกรณีของเดสซัลฟินิล (รูปที่ S6B)เนื่องจากขาดข้อมูลในฐานข้อมูล ECOTOX ความเข้มข้นพื้นฐานของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังเรื้อรังของ EPA คือ 10,310 ng/L ซึ่งเป็นขนาดที่สูงกว่า 3.55 ng/L ของ HC5 สี่อันดับผลลัพธ์ของชุดการตอบสนองของอนุกรมวิธานที่แตกต่างกันที่เกิดขึ้นในการทดลองทางสโคปการขาดข้อมูลความเป็นพิษเป็นปัญหาอย่างยิ่งสำหรับสารประกอบที่ย่อยสลายได้ (รูปที่ S6) ซึ่งอาจอธิบายได้ว่าทำไมเกณฑ์มาตรฐานทางชีววิทยาทางน้ำที่มีอยู่สำหรับซัลโฟนและซัลไฟด์จึงมีความไวน้อยกว่าค่า SSD HC5 ที่อ้างอิงจาก China Universe ประมาณ 15 ถึง 30 เท่าข้อดีของวิธีเมมเบรนขนาดกลางคือสามารถกำหนดค่า EC50 ได้หลายค่าในการทดลองครั้งเดียว ซึ่งเพียงพอที่จะสร้าง SSD ที่สมบูรณ์ (เช่น เดสซัลฟินิล รูปที่ 4B และตัวเลข S6B และ S7B) และมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญ บนแท็กซ่าธรรมชาติของระบบนิเวศที่ได้รับการคุ้มครอง คำตอบมากมาย
การทดลองผ่านกล้องส่องกล้องแสดงให้เห็นว่าฟิโปรนิลและผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของฟิโปรนิลอาจส่งผลเสียทั้งทางอ้อมและร้ายแรงต่อการทำงานของชุมชนอย่างเห็นได้ชัดในการทดลองโดยใช้กล้องส่องกล้อง พบว่าสารประกอบฟิโปรนิลทั้งห้าชนิดดูเหมือนจะส่งผลต่อการเกิดขึ้นของแมลงผลลัพธ์ของการเปรียบเทียบระหว่างความเข้มข้นสูงสุดและต่ำสุด (การยับยั้งและการกระตุ้นการเกิดของแต่ละบุคคลหรือการเปลี่ยนแปลงของเวลาการเกิด) สอดคล้องกับผลลัพธ์ที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้ของการทดลองเมโสโดยใช้สารฆ่าแมลงไบเฟนทริน (29)การเกิดขึ้นของตัวเต็มวัยทำให้เกิดหน้าที่ทางนิเวศวิทยาที่สำคัญ และสามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยมลพิษ เช่น ฟิโพรนิล (55, 56)การเกิดขึ้นพร้อมกันไม่เพียงแต่มีความสำคัญต่อการสืบพันธุ์ของแมลงและความคงอยู่ของประชากรเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการจัดหาแมลงที่โตเต็มวัยด้วย ซึ่งสามารถใช้เป็นอาหารของสัตว์น้ำและสัตว์บกได้ (56)การป้องกันไม่ให้เกิดต้นกล้าอาจส่งผลเสียต่อการแลกเปลี่ยนอาหารระหว่างระบบนิเวศทางน้ำและระบบนิเวศชายฝั่ง และแพร่กระจายผลกระทบของมลพิษทางน้ำไปสู่ระบบนิเวศบนบก (55, 56)การลดลงของความอุดมสมบูรณ์ของแครเปอร์ (แมลงกินสาหร่าย) ที่พบในการทดลองระดับเมโส ส่งผลให้การบริโภคสาหร่ายลดลง ซึ่งส่งผลให้มีคลอโรฟิลล์ เอ เพิ่มขึ้น (รูปที่ 3)น้ำตกทางโภชนาการนี้เปลี่ยนการไหลของคาร์บอนและไนโตรเจนในเว็บอาหารเหลว คล้ายกับการศึกษาที่ประเมินผลกระทบของไพรีทรอยด์ไบเฟนทรินต่อชุมชนหน้าดิน (29)ดังนั้นฟีนิลไพราโซล เช่น ฟิโพรนิลและผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลาย ไพรีทรอยด์ และยาฆ่าแมลงประเภทอื่นๆ อาจส่งเสริมการเพิ่มขึ้นของมวลชีวภาพของสาหร่ายทางอ้อมและการรบกวนของคาร์บอนและไนโตรเจนในลำธารขนาดเล็กผลกระทบอื่นๆ อาจขยายไปถึงการทำลายวัฏจักรคาร์บอนและไนโตรเจนระหว่างระบบนิเวศทางน้ำและบนบก
ข้อมูลที่ได้รับจากการทดสอบเมมเบรนระดับกลางช่วยให้เราสามารถประเมินความเกี่ยวข้องทางนิเวศวิทยาของความเข้มข้นของสารประกอบฟิโปรนิลที่วัดในการศึกษาภาคสนามขนาดใหญ่ที่ดำเนินการในห้าภูมิภาคของสหรัฐอเมริกาในสตรีมขนาดเล็ก 444 สตรีม 17% ของความเข้มข้นเฉลี่ยของสารประกอบฟิโพรนิลหนึ่งชนิดหรือมากกว่า (โดยเฉลี่ยในช่วง 4 สัปดาห์) เกินค่า HC5 ที่ได้รับจากการทดสอบสื่อใช้ SSD จากการทดลองระดับเมโซเพื่อแปลงความเข้มข้นของสารประกอบฟิโพรนิลที่วัดได้ให้เป็นดัชนีที่เกี่ยวข้องกับความเป็นพิษ ซึ่งก็คือผลรวมของหน่วยความเป็นพิษ (ΣTUFipronils)ค่า 1 บ่งบอกถึงความเป็นพิษหรือการสัมผัสสะสมของสารประกอบฟิโปรนิลเกินกว่าชนิดการป้องกันที่ทราบมูลค่า 95%ความสัมพันธ์ที่สำคัญระหว่าง ΣTUFipronil ในสี่ในห้าภูมิภาคและตัวบ่งชี้สารกำจัดศัตรูพืช SPEAR ของสุขภาพชุมชนที่ไม่มีกระดูกสันหลังบ่งชี้ว่า fipronil อาจส่งผลเสียต่อชุมชนสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดินในแม่น้ำในหลายภูมิภาคของสหรัฐอเมริกาผลลัพธ์เหล่านี้สนับสนุนสมมติฐานของ Wolfram และคณะ(3) ความเสี่ยงของยาฆ่าแมลงฟีนไพราโซลต่อผิวน้ำในสหรัฐอเมริกายังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากผลกระทบต่อแมลงในน้ำเกิดขึ้นต่ำกว่าเกณฑ์กฎระเบียบปัจจุบัน
ลำธารส่วนใหญ่ที่มีปริมาณฟิโพรนิลสูงกว่าระดับพิษนั้นตั้งอยู่ในภูมิภาคตะวันออกเฉียงใต้ที่ค่อนข้างเป็นเมือง (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA)การประเมินพื้นที่ก่อนหน้านี้ไม่เพียงแต่สรุปได้ว่าไฟโปรนิลเป็นตัวก่อความเครียดหลักที่ส่งผลต่อโครงสร้างชุมชนที่ไม่มีกระดูกสันหลังในลำห้วย แต่ยังรวมถึงออกซิเจนที่ละลายในน้ำต่ำ สารอาหารที่เพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงการไหล ความเสื่อมโทรมของแหล่งที่อยู่อาศัย และยาฆ่าแมลงอื่นๆ และประเภทมลพิษเป็นสิ่งสำคัญ แหล่งที่มาของความเครียด (57)ส่วนผสมของแรงกดดันนี้สอดคล้องกับ "กลุ่มอาการแม่น้ำในเมือง" ซึ่งเป็นความเสื่อมโทรมของระบบนิเวศแม่น้ำที่มักพบเห็นได้จากการใช้ประโยชน์ที่ดินในเมือง (58, 59)สัญญาณการใช้ที่ดินในเมืองในภูมิภาคตะวันออกเฉียงใต้กำลังเติบโตและคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเมื่อจำนวนประชากรในภูมิภาคเพิ่มขึ้นผลกระทบของการพัฒนาเมืองในอนาคตและยาฆ่าแมลงต่อการไหลบ่าของเมืองคาดว่าจะเพิ่มขึ้น (4)หากการขยายตัวของเมืองและการใช้ฟิโปรนิลยังคงเติบโต การใช้ยาฆ่าแมลงในเมืองอาจส่งผลกระทบต่อชุมชนลำธารมากขึ้นแม้ว่าการวิเคราะห์เมตาจะสรุปว่าการใช้สารกำจัดศัตรูพืชทางการเกษตรเป็นภัยคุกคามต่อระบบนิเวศในกระแสน้ำทั่วโลก (2, 60) แต่เราถือว่าการประเมินเหล่านี้ดูถูกดูแคลนผลกระทบโดยรวมของสารกำจัดศัตรูพืชทั่วโลกโดยการไม่รวมการใช้ในเมือง
แรงกดดันต่างๆ รวมถึงยาฆ่าแมลง อาจส่งผลกระทบต่อชุมชนสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังขนาดใหญ่ในพื้นที่ลุ่มน้ำที่พัฒนาแล้ว (การใช้ที่ดินในเมือง เกษตรกรรม และที่ดินผสม) และอาจเกี่ยวข้องกับการใช้ที่ดิน (58, 59, 61)แม้ว่าการศึกษานี้ใช้ตัวบ่งชี้สารกำจัดศัตรูพืช SPEAR และคุณลักษณะความเป็นพิษของฟิโพรนิลจำเพาะต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ เพื่อลดผลกระทบของปัจจัยที่รบกวนให้เหลือน้อยที่สุด ประสิทธิภาพของตัวบ่งชี้สารกำจัดศัตรูพืช SPEAR อาจได้รับผลกระทบจากความเสื่อมโทรมของแหล่งที่อยู่อาศัย และสามารถเปรียบเทียบฟิโพรนิลกับสารกำจัดศัตรูพืชอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องได้ (4, 17, 51, 57)อย่างไรก็ตาม แบบจำลองความเครียดหลายอย่างที่พัฒนาขึ้นโดยใช้การวัดภาคสนามจากการศึกษาระดับภูมิภาคสองครั้งแรก (แถบมิดเวสต์และตะวันออกเฉียงใต้) แสดงให้เห็นว่าสารกำจัดศัตรูพืชเป็นตัวกดดันต้นน้ำที่สำคัญสำหรับสภาพชุมชนที่ไม่มีกระดูกสันหลังขนาดใหญ่ในแม่น้ำลุยน้ำในแบบจำลองเหล่านี้ ตัวแปรอธิบายที่สำคัญ ได้แก่ ยาฆ่าแมลง (โดยเฉพาะไบเฟนทริน) สารอาหารและลักษณะที่อยู่อาศัยในแหล่งเกษตรกรรมส่วนใหญ่ในมิดเวสต์ และยาฆ่าแมลง (โดยเฉพาะฟิโพรนิล) ในเมืองส่วนใหญ่ทางตะวันออกเฉียงใต้การเปลี่ยนแปลงของออกซิเจน สารอาหาร และการไหล (61, 62)ดังนั้น แม้ว่าการศึกษาระดับภูมิภาคจะพยายามจัดการกับผลกระทบของสิ่งที่ทำให้เกิดความเครียดที่ไม่ใช่สารกำจัดศัตรูพืชต่อตัวบ่งชี้การตอบสนอง และปรับตัวบ่งชี้เชิงคาดการณ์เพื่ออธิบายผลกระทบของฟิโพรนิล แต่ผลภาคสนามของการสำรวจครั้งนี้สนับสนุนมุมมองของฟิโพรนิล) ถือว่าเป็นหนึ่งในแหล่งความกดดันที่มีอิทธิพลมากที่สุดในแม่น้ำของอเมริกาโดยเฉพาะทางตะวันออกเฉียงใต้ของสหรัฐอเมริกา
การเกิดขึ้นของการย่อยสลายของสารกำจัดศัตรูพืชในสิ่งแวดล้อมนั้นไม่ค่อยได้รับการบันทึกไว้ แต่ภัยคุกคามต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำอาจมีอันตรายมากกว่าร่างกายของผู้ปกครองในกรณีของฟิโปรนิล การศึกษาภาคสนามและการทดลองระดับเมโซแสดงให้เห็นว่าผลิตภัณฑ์ที่ย่อยสลายนั้นพบได้ทั่วไปเหมือนกับร่างกายต้นกำเนิดในลำธารตัวอย่าง และมีความเป็นพิษเท่ากันหรือสูงกว่า (ตารางที่ 1)ในการทดลองเมมเบรนตัวกลาง ฟลูออโรเบนโซไนไตรล์ ซัลโฟนเป็นพิษมากที่สุดของผลิตภัณฑ์การย่อยสลายของสารกำจัดศัตรูพืชที่ศึกษา และเป็นพิษมากกว่าสารประกอบต้นกำเนิด และยังถูกตรวจพบที่ความถี่ใกล้เคียงกับของสารประกอบต้นกำเนิดอีกด้วยหากมีการตรวจวัดเฉพาะสารกำจัดศัตรูพืชต้นกำเนิด เหตุการณ์ความเป็นพิษที่อาจเกิดขึ้นอาจไม่ถูกสังเกต และการขาดข้อมูลความเป็นพิษสัมพัทธ์ในระหว่างการย่อยสลายสารกำจัดศัตรูพืชหมายความว่าการเกิดขึ้นและผลที่ตามมาอาจถูกเพิกเฉยตัวอย่างเช่น เนื่องจากขาดข้อมูลเกี่ยวกับความเป็นพิษของผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลาย จึงมีการประเมินสารกำจัดศัตรูพืชในลำธารของสวิสอย่างครอบคลุม ซึ่งรวมถึงผลิตภัณฑ์ย่อยสลายด้วยยาฆ่าแมลง 134 รายการ และมีเพียงสารประกอบหลักเท่านั้นที่ถือเป็นสารประกอบหลักในการประเมินความเสี่ยงด้านพิษวิทยาทางนิเวศ
ผลการประเมินความเสี่ยงทางนิเวศวิทยาบ่งชี้ว่าสารประกอบฟิโพรนิลมีผลเสียต่อสุขภาพของแม่น้ำ ดังนั้นจึงอนุมานได้อย่างสมเหตุสมผลว่าผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์สามารถสังเกตได้ทุกที่ที่สารประกอบไฟโปรนิลเกินระดับ HC5ผลลัพธ์ของการทดลองด้วยกล้องส่องกล้องไม่ขึ้นกับตำแหน่ง ซึ่งบ่งชี้ว่าความเข้มข้นของฟิโปรนิลและผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายในสตรีมแท็กซ่าจำนวนมากต่ำกว่าที่บันทึกไว้ก่อนหน้านี้มากเราเชื่อว่าการค้นพบนี้มีแนวโน้มที่จะขยายไปถึงโปรโตไบโอต้าในลำธารที่บริสุทธิ์ทุกที่ผลการทดลองแบบมีโซสเกลนำไปประยุกต์กับการศึกษาภาคสนามขนาดใหญ่ (ลำธารขนาดเล็ก 444 ลำธาร ซึ่งประกอบด้วยการใช้ในเมือง เกษตรกรรม และที่ดินแบบผสมทั่ว 5 ภูมิภาคหลักๆ ของสหรัฐอเมริกา) และพบว่าความเข้มข้นของลำธารหลายสาย โดยที่คาดว่าจะตรวจพบฟิโพรนิล ความเป็นพิษที่เกิดขึ้นแสดงให้เห็นว่าผลลัพธ์เหล่านี้อาจขยายไปยังประเทศอื่นๆ ที่ใช้ฟิโปรนิลตามรายงาน จำนวนผู้ที่ใช้ Fipronil เพิ่มขึ้นในญี่ปุ่น สหราชอาณาจักร และสหรัฐอเมริกา (7)Fipronil มีอยู่ในเกือบทุกทวีป รวมถึงออสเตรเลีย อเมริกาใต้ และแอฟริกา (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208)ผลการศึกษาแบบ meso-to-field ที่นำเสนอในที่นี้บ่งชี้ว่าการใช้ fipronil อาจมีความสำคัญทางนิเวศวิทยาในระดับโลก
หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมสำหรับบทความนี้ โปรดดูที่ http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
นี่เป็นบทความที่เข้าถึงได้แบบเปิดซึ่งเผยแพร่ภายใต้เงื่อนไขของ Creative Commons Attribution-Non-Commercial License ซึ่งอนุญาตให้ใช้ แจกจ่าย และทำซ้ำในสื่อใดๆ ตราบใดที่การใช้งานขั้นสุดท้ายไม่ได้เพื่อผลประโยชน์ทางการค้า และสถานที่ตั้งคือ งานเดิมถูกต้องอ้างอิง.
หมายเหตุ: เราขอให้คุณระบุที่อยู่อีเมลของคุณเท่านั้น เพื่อให้คนที่คุณแนะนำไปยังเพจรู้ว่าคุณต้องการให้พวกเขาเห็นอีเมลและไม่ใช่สแปมเราจะไม่บันทึกที่อยู่อีเมลใดๆ
คำถามนี้ใช้เพื่อทดสอบว่าคุณเป็นผู้เข้าชมหรือไม่และป้องกันการส่งสแปมอัตโนมัติ
Janet L. Miller, Travis S. Schmidt, Peter C. Van Metre, Barbara Mahler (บาร์บาร่า เจ. มาห์เลอร์, มาร์ค ดับเบิลยู. แซนด์สตรอม, ลิซ่า เอช. โนเวลล์, ดาเรน เอ็ม. คาร์ไลล์, แพทริค ดับเบิลยู. โมแรน
การศึกษาพบว่ายาฆ่าแมลงทั่วไปที่ตรวจพบบ่อยครั้งในลำธารของอเมริกามีพิษมากกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้
Janet L. Miller, Travis S. Schmidt, Peter C. Van Metre, Barbara Mahler (บาร์บาร่า เจ. มาห์เลอร์, มาร์ค ดับเบิลยู. แซนด์สตรอม, ลิซ่า เอช. โนเวลล์, ดาเรน เอ็ม. คาร์ไลล์, แพทริค ดับเบิลยู. โมแรน
การศึกษาพบว่ายาฆ่าแมลงทั่วไปที่ตรวจพบบ่อยครั้งในลำธารของอเมริกามีพิษมากกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้
©2021 สมาคมอเมริกันเพื่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์สงวนลิขสิทธิ์.AAAS เป็นหุ้นส่วนของ HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef และ COUNTERวิทยาศาสตร์ก้าวหน้า ISSN 2375-2548