أصبحت المبيدات الحشرية الموجودة في مجاري المياه مصدر قلق عالمي بشكل متزايد، ولكن هناك القليل من المعلومات حول التركيز الآمن للنظم الإيكولوجية المائية.في تجربة في وسط الكون مدتها 30 يومًا، تم تعريض اللافقاريات المائية القاعية المحلية للمبيد الحشري الشائع فبرونيل وأربعة أنواع من منتجات التحلل.تسبب مركب الفبرونيل في حدوث تغيرات في النشوء والتسلسل الغذائي.تم تطوير التركيز الفعال (EC50) الذي يسبب فيه الفبرونيل ومنتجات تحلل الكبريتيد والسلفون والديسولفينيل استجابة بنسبة 50%.التاكسانات ليست حساسة للفبرونيل.يُستخدم التركيز الخطير بنسبة 5% من الأنواع المصابة من 15 قيمة EC50 في الكون المتوسط ​​لتحويل تركيز مركب الفبرونيل في العينة الميدانية إلى مجموع الوحدات السامة (∑TUFipronils).في 16% من التدفقات المستمدة من خمس دراسات إقليمية، تجاوز متوسط ​​∑TUFipronil 1 (يشير إلى السمية).ترتبط مؤشرات اللافقاريات للأنواع المعرضة للخطر بشكل سلبي مع TUTUipronil في أربع من مناطق أخذ العينات الخمس.يُظهر تقييم المخاطر البيئية هذا أن التركيزات المنخفضة من مركبات الفبرونيل ستقلل من مجتمعات التيار في أجزاء كثيرة من الولايات المتحدة.
على الرغم من أن إنتاج المواد الكيميائية الاصطناعية قد زاد بشكل كبير في العقود الأخيرة، إلا أن تأثير هذه المواد الكيميائية على النظم الإيكولوجية غير المستهدفة لم يتم فهمه بالكامل (1).وفي المياه السطحية حيث يتم فقدان 90% من الأراضي الزراعية العالمية، لا توجد بيانات عن المبيدات الزراعية، ولكن حيثما توجد بيانات، فإن الوقت اللازم لتجاوز المبيدات العتبات التنظيمية هو النصف (2).وجد تحليل تلوي لمبيدات الآفات الزراعية في المياه السطحية في الولايات المتحدة أنه في 70% من مواقع أخذ العينات، تجاوز مبيد واحد على الأقل العتبة التنظيمية (3).ومع ذلك، فإن هذه التحليلات التلوية (2، 3) تركز فقط على المياه السطحية المتأثرة باستخدام الأراضي الزراعية، وهي عبارة عن ملخص لدراسات منفصلة.وتوجد أيضًا المبيدات الحشرية، وخاصة المبيدات الحشرية، بتركيزات عالية في تصريف المناظر الطبيعية الحضرية (4).من النادر إجراء تقييم شامل للمبيدات الحشرية في المياه السطحية المصرفة من الزراعة والمناظر الطبيعية الحضرية؛لذلك، ليس من المعروف ما إذا كانت المبيدات الحشرية تشكل تهديدًا واسع النطاق لموارد المياه السطحية وسلامتها البيئية.
شكلت البنزوبيرازول والنيونيكوتينويدات ثلث سوق مبيدات الآفات العالمية في عام 2010 (5).في المياه السطحية في الولايات المتحدة، يعد الفبرونيل ومنتجات تحلله (فينيل بيرازول) من أكثر مركبات المبيدات شيوعًا، وعادة ما تتجاوز تركيزاتها المعايير المائية (6-8).على الرغم من أن مبيدات النيونيكوتينويد قد جذبت الانتباه بسبب تأثيرها على النحل والطيور وانتشارها (9)، إلا أن الفبرونيل أكثر سمية للأسماك والطيور (10)، في حين أن مركبات فئة الفينيلبيرازول الأخرى لها تأثيرات مبيدات الأعشاب (5).الفبرونيل هو مبيد حشري جهازي يستخدم لمكافحة الآفات في البيئات الحضرية والزراعية.منذ دخول الفبرونيل إلى السوق العالمية في عام 1993، زاد استخدام الفبرونيل في الولايات المتحدة واليابان والمملكة المتحدة بشكل كبير (5).في الولايات المتحدة، يستخدم الفبرونيل للسيطرة على النمل والنمل الأبيض، ويستخدم في المحاصيل بما في ذلك الذرة (بما في ذلك معالجة البذور)، والبطاطس والبساتين (11، 12).بلغ الاستخدام الزراعي للفبرونيل في الولايات المتحدة ذروته في عام 2002 (13).على الرغم من عدم توفر بيانات الاستخدام الحضري الوطني، فإن الاستخدام الحضري في كاليفورنيا بلغ ذروته في عامي 2006 و2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm، تم الوصول إليه في 2 ديسمبر 2019).على الرغم من وجود تركيزات عالية من الفبرونيل (6.41 ميكروغرام/لتر) في تيارات في بعض المناطق الزراعية ذات معدلات استخدام عالية (14)، مقارنة بالتيارات الزراعية، إلا أن التيارات الحضرية في الولايات المتحدة تتمتع بشكل عام بمزيد من الكشف وتركيزات عالية أعلى، إيجابية بالنسبة لـ حدوث العواصف يرتبط بالاختبار (6، 7، 14-17).
يدخل الفبرونيل إلى النظام البيئي المائي من خلال الجريان السطحي أو يتسرب من التربة إلى المجرى (7، 14، 18).يتميز الفبرونيل بتطاير منخفض (ثابت قانون هنري 2.31×10-4 Pa m3 mol-1)، وقابلية ذوبان في الماء منخفضة إلى متوسطة (3.78 مجم/لتر عند 20 درجة مئوية)، وكارهة للماء معتدلة (log Kow هو 3.9 إلى 4.1)). والتنقل في التربة صغير جدًا (سجل كوك هو 2.6 إلى 3.1) (12، 19)، ويُظهر ثباتًا منخفضًا إلى متوسطًا في البيئة (20).يتحلل فينازبريل عن طريق التحلل الضوئي والأكسدة والتحلل المائي والاختزال المعتمد على الرقم الهيدروجيني، مما يشكل أربعة منتجات تحلل رئيسية: ديسولفوكسي فينابريل (ولا سلفوكسيد)، فينابرينيب سلفون (سلفون)، فيلوفيناميد (أميد) وكبريتيد فيلوفينيب (كبريتيد).تميل منتجات تحلل الفبرونيل إلى أن تكون أكثر استقرارًا ومتانة من المركب الأصلي (21، 22).
لقد تم توثيق سمية الفبرونيل وتحلله إلى الأنواع غير المستهدفة (مثل اللافقاريات المائية) بشكل جيد (14، 15).الفبرونيل هو مركب سام للأعصاب يتداخل مع مرور أيون الكلوريد عبر قناة الكلوريد التي ينظمها حمض جاما أمينوبوتيريك في الحشرات، مما يؤدي إلى تركيز كافٍ للتسبب في الإثارة المفرطة والموت (20).يعتبر الفبرونيل سامًا بشكل انتقائي، لذا فهو يتمتع بقدر أكبر من الارتباط بمستقبلات الحشرات مقارنة بالثدييات (23).يختلف نشاط المبيدات الحشرية لمنتجات تحلل الفبرونيل.إن سمية السلفون والكبريتيد لللافقاريات في المياه العذبة مماثلة أو أعلى من سمية المركب الأصلي.ديسولفينيل له سمية معتدلة ولكنه أقل سمية من المركب الأصلي.غير سامة نسبيا (23، 24).تختلف قابلية اللافقاريات المائية لتحلل الفبرونيل والفبرونيل بشكل كبير داخل الأصناف وفيما بينها (15)، بل وتتجاوز في بعض الحالات درجة من الحجم (25).وأخيرًا، هناك دليل على أن الفينيلبيرازول أكثر سمية للنظام البيئي مما كان يُعتقد سابقًا (3).
قد تقلل المعايير البيولوجية المائية المستندة إلى اختبارات السمية المعملية من تقدير مخاطر المجموعات الميدانية (26-28).عادة ما يتم وضع المعايير المائية عن طريق اختبار السمية المختبري لنوع واحد باستخدام واحد أو أكثر من أنواع اللافقاريات المائية (على سبيل المثال، Diptera: Chironomidae: Chironomus and Crustacea: Daphnia magna وHyalella azteca).تعد هذه الكائنات الاختبارية أسهل عمومًا في الزراعة من اللافقاريات الكبيرة القاعية الأخرى (على سبيل المثال، phe genus::)، وفي بعض الحالات تكون أقل حساسية للملوثات.على سبيل المثال، D. Magna أقل حساسية للعديد من المعادن من بعض الحشرات، في حين أن A. zteca أقل حساسية للمبيد الحشري البيرثرويد بيفينثرين من حساسيته للديدان (29، 30).هناك قيود أخرى على المعايير الحالية وهي نقاط النهاية المستخدمة في الحسابات.وتستند المعايير الحادة إلى معدل الوفيات (أو ثابتة بالنسبة للقشريات)، في حين تعتمد المعايير المزمنة عادة على نقاط نهاية دون مميتة (مثل النمو والتكاثر) (إن وجدت).ومع ذلك، هناك تأثيرات فرعية واسعة النطاق، مثل النمو، والظهور، والشلل، وتأخر النمو، والتي قد تؤثر على نجاح ديناميات الأصناف والمجتمع.ونتيجة لذلك، على الرغم من أن المعيار يوفر خلفية للأهمية البيولوجية للتأثير، إلا أن أهميته البيئية كعتبة للسمية غير مؤكدة.
من أجل فهم أفضل لآثار مركبات الفبرونيل على النظم الإيكولوجية المائية القاعية (اللافقاريات والطحالب)، تم إحضار المجتمعات القاعية الطبيعية إلى المختبر وتعريضها لتدرجات التركيز خلال تدفق الفبرونيل لمدة 30 يومًا أو إحدى تجارب تحلل الفبرونيل الأربعة.هدف البحث هو إنتاج تركيز تأثير خاص بالأنواع بنسبة 50% (قيمة EC50) لكل مركب فبرونيل يمثل فئة واسعة من مجتمع النهر، وتحديد تأثير الملوثات على بنية المجتمع ووظيفته [أي تركيز المخاطر] 5 النسبة المئوية للأنواع المتضررة (HC5) والتأثيرات غير المباشرة مثل تغير الظهور والديناميات الغذائية].ثم تم تطبيق العتبة (قيمة HC5 الخاصة بالمركب) التي تم الحصول عليها من تجربة المجهر على الحقل الذي جمعته هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) من خمس مناطق في الولايات المتحدة (شمال شرق وجنوب شرق الولايات المتحدة والغرب الأوسط وشمال غرب المحيط الهادئ ووسط كاليفورنيا). المنطقة الساحلية) بيانات) كجزء من تقييم جودة التدفق الإقليمي USGS (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).وعلى حد علمنا، فإن هذا هو أول تقييم للمخاطر البيئية.وهو يدرس بشكل شامل آثار مركبات الفبرونيل على الكائنات القاعية في بيئة متوسطة خاضعة للرقابة، ثم يطبق هذه النتائج على التقييمات الميدانية على المستوى القاري.
تم إجراء تجربة الكون المتوسط ​​لمدة 30 يومًا في مختبر USGS المائي (AXL) في فورت كولينز، كولورادو، الولايات المتحدة الأمريكية في الفترة من 18 أكتوبر إلى 17 نوفمبر 2017، لمدة يوم واحد من التدجين و30 يومًا من التجارب.تم وصف الطريقة مسبقًا (29، 31) وتم تفصيلها في المادة التكميلية.يحتوي إعداد المساحة المتوسطة على 36 تدفقًا متداولًا في التدفقات الأربعة النشطة (خزانات المياه المتداولة).وقد تم تجهيز كل تيار حي بمبرد للحفاظ على درجة حرارة الماء ويتم إضاءته بدورة الضوء والظلام بنسبة 16:8.تدفق المستوى المتوسط ​​هو الفولاذ المقاوم للصدأ، وهو مناسب للكارهة للماء للفبرونيل (سجل Kow = 4.0) ومناسب لمذيبات التنظيف العضوية (الشكل S1).تم جمع المياه المستخدمة في التجربة متوسطة الحجم من نهر Cache La Poudre (مصادر المنبع بما في ذلك منتزه Rocky Mountain الوطني والغابة الوطنية وContinental Divide) وتم تخزينها في صهاريج تخزين البولي إيثيلين الأربعة الخاصة بـ AXL.ولم تجد التقييمات السابقة لعينات الرواسب والمياه التي تم جمعها من الموقع أي مبيدات حشرية (29).
يتكون تصميم التجربة متوسطة الحجم من 30 تدفق معالجة و6 تدفقات تحكم.يتلقى تيار المعالجة مياه معالجة، يحتوي كل منها على تركيزات ثابتة غير متكررة من مركبات الفبرونيل: فيبرونيل (فيبرونيل (سيجما ألدريتش، CAS 120068-37-3)، أميد (سيجما ألدريتش، CAS 205650-69-7)، مجموعة إزالة الكبريت [مكتبة مبيدات وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA)، CAS 205650-65-3]، السلفون (سيجما الدريخ، CAS 120068-37-2) والكبريتيد (سيجما الدريخ، CAS 120067-83-6)؛ 97.8% حسب قيم الاستجابة المنشورة (7، 15، 16، 18، 21، 23، 25، 32، 33). مع الماء منزوع الأيونات إلى الحجم المطلوب لتحضير محلول مخزون مركز نظرًا لاختلاف كمية الميثانول في الجرعة، فمن الضروري إضافة الميثانول إلى جميع تيارات المعالجة حسب الحاجة في عناصر التحكم الثلاثة، لضمان نفس تركيز الميثانول (. 0.05 مل/لتر) في المنظر الأوسط لتيارات التحكم الثلاثة الأخرى التي استقبلت مياه النهر بدون ميثانول، وإلا تم معاملتها مثل جميع الجداول الأخرى.
في اليوم الثامن واليوم السادس عشر واليوم السادس والعشرين تم قياس درجة الحرارة وقيمة الرقم الهيدروجيني والتوصيل الكهربائي وتحلل الفبرونيل والفبرونيل في غشاء الجريان.من أجل تتبع تدهور المركب الأصلي فبرونيل أثناء اختبار الوسائط، تم استخدام الفبرونيل (الآباء) لعلاج الغشاء المخاطي المعوي السائل لمدة ثلاثة أيام أخرى [الأيام 5 و12 و21 (ن = 6)] لدرجة الحرارة، ودرجة الحموضة، الموصلية، وأخذ عينات تدهور فبرونيل وفيبرونيل.تم جمع عينات تحليل المبيدات الحشرية عن طريق ترشيح 10 مل من الماء المتدفق في قارورة زجاجية من العنبر سعة 20 مل من خلال مرشح حقنة Whatman 0.7 ميكرومتر GF / F المجهز بإبرة كبيرة القطر.تم تجميد العينات على الفور وإرسالها إلى مختبر جودة المياه الوطني التابع لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (NWQL) في ليكوود، كولورادو، الولايات المتحدة الأمريكية لتحليلها.باستخدام طريقة محسنة للطريقة المنشورة مسبقًا، تم تحديد فيبرونيل و4 منتجات تحلل في عينات المياه عن طريق الحقن المائي المباشر (DAI) التحليل اللوني السائل - قياس الطيف الكتلي (LC-MS / MS؛ Agilent 6495).يُقدر مستوى الكشف عن الأجهزة (IDL) بأنه الحد الأدنى لمعيار المعايرة الذي يلبي معيار التحديد النوعي؛إن IDL للفبرونيل هو 0.005 ميكروغرام / لتر، وIDL للأربعة الأخرى فيبرونيل هو 0.001 ميكروغرام / لتر.توفر المادة التكميلية وصفًا كاملاً للطرق المستخدمة لقياس مركبات الفبرونيل، بما في ذلك إجراءات مراقبة الجودة والضمان (على سبيل المثال، استرداد العينات، والمسامير، وعمليات التفتيش من طرف ثالث، والفراغات).
في نهاية تجربة Mesocosmic التي استمرت 30 يومًا، تم الانتهاء من تعداد وتحديد اللافقاريات البالغة واليرقات (نقطة النهاية الرئيسية لجمع البيانات).يتم جمع البالغين الناشئين من الشبكة يوميًا وتجميدهم في أنبوب طرد مركزي نظيف سعة 15 مل.في نهاية التجربة (اليوم 30)، تم فرك محتويات الغشاء في كل تيار لإزالة أي لافقاريات، وتم غربلتها (250 ميكرومتر) وتخزينها في 80٪ من الإيثانول.أكملت شركة Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) التحديد التصنيفي لليرقات واللافقاريات البالغة إلى أدنى مستوى تصنيفي ممكن، وعادةً ما تكون أنواعًا.في الأيام 9 و19 و29، تم قياس الكلوروفيل أ في ثلاث نسخ في الغشاء المجهري لكل تيار.يتم توفير جميع البيانات الكيميائية والبيولوجية كجزء من التجربة المجهرية في إصدار البيانات المصاحب (35).
تم إجراء المسوحات البيئية في جداول صغيرة (الخوض) في خمس مناطق رئيسية في الولايات المتحدة، وتم رصد المبيدات الحشرية خلال فترة المؤشر السابقة.باختصار، بناءً على استخدام الأراضي الزراعية والحضرية (36-40)، تم اختيار 77 إلى 100 موقع في كل منطقة (444 موقعًا إجمالاً).خلال فصلي الربيع والصيف لمدة عام (2013-2017)، يتم جمع عينات المياه مرة واحدة في الأسبوع في كل منطقة لمدة 4 إلى 12 أسبوع.الوقت المحدد يعتمد على المنطقة وكثافة التنمية.ومع ذلك، فإن المحطات الـ 11 الموجودة في المنطقة الشمالية الشرقية أصبحت تقريبًا في مستجمع المياه.لم يحدث أي تطور، باستثناء أنه تم جمع عينة واحدة فقط.ونظرًا لاختلاف فترات رصد المبيدات في الدراسات الإقليمية، للمقارنة، يتم هنا النظر فقط في العينات الأربع الأخيرة التي تم جمعها من كل موقع.من المفترض أن عينة واحدة تم جمعها في الموقع الشمالي الشرقي غير المتطور (ن = 11) يمكن أن تمثل فترة أخذ العينات لمدة 4 أسابيع.وتؤدي هذه الطريقة إلى نفس عدد الملاحظات على المبيدات (باستثناء المواقع الـ 11 في الشمال الشرقي) ونفس مدة المراقبة؛يُعتقد أن 4 أسابيع هي فترة كافية للتعرض طويل الأمد للكائنات الحية، ولكنها قصيرة بما يكفي بحيث لا ينبغي للمجتمع البيئي أن يتعافى من هذه الاتصالات.
في حالة التدفق الكافي، يتم جمع عينة الماء عن طريق سرعة ثابتة وزيادات عرض ثابتة (41).عندما لا يكون التدفق كافيًا لاستخدام هذه الطريقة، يمكنك جمع العينات عن طريق التكامل العميق للعينات أو الإمساك بها من مركز ثقل التدفق.استخدم حقنة كبيرة التجويف ومرشح قرصي (0.7 ميكرومتر) لجمع 10 مل من العينة المصفاة (42).من خلال DAI LC-MS/MS/MS/MS، تم تحليل عينات المياه في NWQL لـ 225 مبيدًا ومنتجات تحلل المبيدات، بما في ذلك الفبرونيل و7 منتجات تحلل (ديسولفينيل فيبرونيل، فيبرونيل) كبريتيدات، فيبرونيل سلفون، ديكلوروفيبرونيل، ديستيول فيبرونيل، أميد، فيبرونيل وفيبرونيل).).الحد الأدنى النموذجي لمستويات الإبلاغ بالنسبة للدراسات الميدانية هو: فيبرونيل، ديسميثيلثيو فلوروبنزونيتريل، كبريتيد فيبرونيل، فيبرونيل سلفون، وديكلوروفيبرونيل 0.004 ميكروغرام/لتر؛ديسولفينيل فلورفيناميد وتركيز فبرونيل أميد 0.009 ميكروغرام / لتر.تركيز سلفونات الفبرونيل هو 0.096 ميكروجرام/لتر.
يتم أخذ عينات من مجتمعات اللافقاريات في نهاية كل دراسة منطقة (الربيع/الصيف)، عادةً في نفس وقت آخر حدث لأخذ عينات المبيدات الحشرية.بعد موسم النمو والاستخدام المكثف للمبيدات الحشرية، يجب أن يكون وقت أخذ العينات متسقًا مع ظروف التدفق المنخفضة، ويجب أن يتزامن مع الوقت الذي ينضج فيه مجتمع اللافقاريات النهرية ويكون بشكل أساسي في مرحلة حياة اليرقات.باستخدام جهاز أخذ العينات Surber المزود بشبكة 500 ميكرومتر أو شبكة ذات إطار D، تم الانتهاء من أخذ عينات من مجتمع اللافقاريات في 437 موقعًا من أصل 444.يتم وصف طريقة أخذ العينات بالتفصيل في المادة التكميلية.في NWQL، يتم عادةً تحديد جميع اللافقاريات وإدراجها على مستوى الجنس أو النوع.يمكن العثور على جميع البيانات الكيميائية والبيولوجية التي تم جمعها في هذا المجال والمستخدمة في هذه المخطوطة في إصدار البيانات المصاحب (35).
بالنسبة لمركبات الفبرونيل الخمسة المستخدمة في تجربة المجهر، تم حساب تركيز اللافقاريات اليرقية بنسبة 20% أو 50% بالنسبة للتحكم (أي EC20 وEC50).تم تركيب البيانات [x = تركيز الفبرونيل المرجح زمنيًا (انظر المواد التكميلية للحصول على التفاصيل)، y = وفرة اليرقات أو مقاييس أخرى] على الحزمة الموسعة R (43) باستخدام طريقة الانحدار اللوغاريتمي ثلاثية المعلمات "drc".يناسب المنحنى جميع الأنواع (اليرقات) ذات الوفرة الكافية ويلبي مقاييس أخرى ذات أهمية (على سبيل المثال، ثراء الأصناف، إجمالي وفرة ذبابة مايو، والوفرة الإجمالية) لمزيد من فهم تأثير المجتمع.يتم استخدام معامل ناش-ساتكليف (45) لتقييم ملاءمة النموذج، حيث يمكن أن يتلقى النموذج السيئ قيمًا سالبة لا نهائية، وقيمة التوافق التام هي 1.
لاستكشاف تأثير مركبات الفبرونيل على ظهور الحشرات في التجربة، تم تقييم البيانات بطريقتين.أولاً، عن طريق طرح متوسط ​​ظهور متوسط ​​تدفق التحكم من مظهر كل متوسط ​​تدفق علاج، تم تطبيع التواجد اليومي التراكمي للحشرات من كل تدفق متوسط ​​(العدد الإجمالي لجميع الأفراد) إلى عنصر التحكم.ارسم هذه القيم مع الزمن لفهم انحراف وسيط مائع المعالجة عن وسيط مائع التحكم في تجربة الـ 30 يومًا.ثانيًا، احسب النسبة المئوية الإجمالية لحدوث كل تدفق من الميزوفيل، والتي يتم تعريفها على أنها نسبة إجمالي عدد الميزوفيل في تدفق معين إلى متوسط ​​عدد اليرقات والبالغين في المجموعة الضابطة، وهي مناسبة للانحدار اللوغاريتمي ثلاثي المعلمات .جميع الحشرات النابتة التي تم جمعها كانت من عائلتين فرعيتين من عائلة Chironomidae، لذلك تم إجراء تحليل مشترك.
قد تعتمد التغييرات في بنية المجتمع، مثل فقدان الأصناف، في النهاية على التأثيرات المباشرة وغير المباشرة للمواد السامة، وقد تؤدي إلى تغييرات في وظيفة المجتمع (على سبيل المثال، التتالي الغذائي).لاختبار السلسلة الغذائية، تم تقييم شبكة سببية بسيطة باستخدام طريقة تحليل المسار (حزمة R "piecewiseSEM") (46).بالنسبة للتجارب المجهرية، من المفترض أن الفيبرونيل والديسولفينيل والكبريتيد والسلفون (لم يتم اختباره أميد) في الماء لتقليل الكتلة الحيوية للمكشطة، يؤدي بشكل غير مباشر إلى زيادة الكتلة الحيوية للكلوروفيل أ (47).تركيز المركب هو المتغير المتنبئ، والمكشطة والكلوروفيل والكتلة الحيوية هي متغيرات الاستجابة.يتم استخدام إحصائية Fisher's C لتقييم ملاءمة النموذج، بحيث تشير قيمة P <0.05 إلى ملاءمة جيدة للنموذج (46).
من أجل تطوير عامل حماية عتبة المجتمع البيئي القائم على المخاطر، حصل كل مركب على 95٪ من الأنواع المتضررة (HC5) وتوزيع حساسية الأنواع المزمنة (SSD) وحماية تركيز المخاطر.تم إنشاء ثلاث مجموعات بيانات SSD: (1) مجموعة بيانات meso فقط، (2) مجموعة بيانات تحتوي على جميع بيانات meso والبيانات التي تم جمعها من استعلام قاعدة بيانات EPA ECOTOX (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /، يمكن الوصول إليها على 14 مارس 2019)، مدة الدراسة هي 4 أيام أو أكثر، و(3) مجموعة بيانات تحتوي على جميع البيانات المجهرية وبيانات ECOTOX، حيث يتم تقسيم بيانات ECOTOX (التعرض الحاد) على النسبة الحادة إلى نسبة D. magna المزمنة ( 19.39) لشرح الفرق في مدة التعرض وتقريب قيمة EC50 المزمنة (12).هدفنا من إنشاء نماذج SSD متعددة هو (1) تطوير قيم HC5 للمقارنة مع البيانات الميدانية (فقط لمحركات SSD للوسائط)، و (2) تقييم أن بيانات الوسائط مقبولة على نطاق أوسع من الوكالات التنظيمية لإدراجها في تربية الأحياء المائية. متانة معايير الحياة ووضع المعايير لموارد البيانات، وبالتالي قابلية استخدام الدراسات المجهرية لعملية التعديل.
تم تطوير SSD لكل مجموعة بيانات باستخدام حزمة R "ssdtools" (48).استخدم bootstrap (n = 10,000) لتقدير متوسط ​​HC5 وفاصل الثقة (CI) من SSD.تم دمج تسعة وأربعين استجابة تصنيفية (جميع الأصناف التي تم تحديدها على أنها جنس أو نوع) تم تطويرها من خلال هذا البحث مع 32 استجابة تصنيفية تم تجميعها من ست دراسات منشورة في قاعدة بيانات ECOTOX، ليصبح المجموع 81 استجابة تصنيفية يمكن استخدامها لتطوير SSD .نظرًا لعدم العثور على بيانات في قاعدة بيانات ECOTOX للأميدات، لم يتم تطوير SSD للأميدات وتم الحصول على استجابة EC50 واحدة فقط من الدراسة الحالية.على الرغم من العثور على قيمة EC50 لمجموعة كبريتيد واحدة فقط في قاعدة بيانات ECOTOX، إلا أن طالب الدراسات العليا الحالي لديه 12 قيمة EC50.ولذلك، تم تطوير محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة لمجموعات السلفينيل.
تم دمج قيم HC5 المحددة لمركبات الفبرونيل التي تم الحصول عليها من مجموعة بيانات SSD الخاصة بـ Mesocosmos فقط مع البيانات الميدانية لتقييم التعرض والسمية المحتملة لمركبات الفبرونيل في 444 تيارًا من خمس مناطق في الولايات المتحدة.في نافذة أخذ العينات لمدة 4 أسابيع الأخيرة، يتم تقسيم كل تركيز من مركبات الفبرونيل المكتشفة (التركيزات غير المكتشفة صفر) على HC5 الخاص بها، ويتم جمع نسبة المركب لكل عينة للحصول على وحدة السمية الإجمالية للفبرونيل (ΣTUFipronils)، حيث ΣTUFipronils> 1 يعني السمية.
من خلال مقارنة تركيز الخطر بنسبة 50% من الأنواع المصابة (HC50) مع قيمة EC50 لثراء الأصناف المستمدة من تجربة الغشاء المتوسط، تم تقييم SSD الذي تم الحصول عليه من بيانات الغشاء المتوسط ​​ليعكس حساسية المجتمع البيئي الأوسع تجاه الفبرونيل درجة..من خلال هذه المقارنة، يمكن تقييم الاتساق بين طريقة SSD (بما في ذلك فقط تلك الأصناف التي لها علاقة بين الجرعة والاستجابة) وطريقة EC50 (بما في ذلك جميع الأصناف الفريدة التي تمت ملاحظتها في الفضاء الأوسط) باستخدام طريقة EC50 لقياس ثراء الأصناف، حسب الجنس.علاقة الاستجابة للجرعة.
تم حساب مؤشر الأنواع المعرضة لخطر مبيدات الآفات (SPEARpesticides) لدراسة العلاقة بين الحالة الصحية لمجتمعات اللافقاريات وΣTUFipronil في 437 تيارًا لجمع اللافقاريات.يقوم مقياس مبيدات الآفات SPEAR بتحويل تركيبة اللافقاريات إلى مقياس وفرة للتصنيف البيولوجي ذي الخصائص الفسيولوجية والبيئية، وبالتالي نقل الحساسية للمبيدات الحشرية.مؤشر مبيدات الآفات SPEAR ليس حساسًا للمتغيرات المشتركة الطبيعية (49، 50)، على الرغم من أن أدائه سيتأثر بالتدهور الشديد للموائل (51).يتم تنسيق بيانات الوفرة التي تم جمعها في الموقع لكل تصنيف مع القيمة الأساسية للمصنف المتعلق ببرنامج ASTERICS لتقييم الجودة البيئية للنهر (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home . لغة البرمجة).ثم قم باستيراد البيانات إلى برنامج Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (الإصدار 18.05).في هذا البرنامج، يتم استخدام قاعدة بيانات السمات الأوروبية وقاعدة البيانات الخاصة بالحساسية الفسيولوجية للمبيدات الحشرية لتحويل بيانات كل موقع إلى مؤشر مبيدات الحشرات SPEAR.استخدمت كل من الدراسات الإقليمية الخمس النموذج الإضافي العام (GAM) [حزمة "mgcv" في R (52)) لاستكشاف العلاقة بين مقياس مبيدات المبيدات الحشرية SPEAR وΣTUFipronils [تحويل log10(X + 1)] المرتبط.للحصول على معلومات أكثر تفصيلاً عن مقاييس مبيدات SPEAR ولتحليل البيانات، يرجى الاطلاع على المواد التكميلية.
يكون مؤشر جودة المياه ثابتًا في كل تدفق مجهري وفترة التجربة المجهرية بأكملها.كان متوسط ​​درجة الحرارة ودرجة الحموضة والموصلية 13.1 درجة مئوية (±0.27 درجة مئوية)، 7.8 (±0.12) و54.1 (±2.1) μS/سم (35)، على التوالي.يبلغ الكربون العضوي المذاب في مياه النهر النظيفة 3.1 ملغم / لتر.في المنظر المتوسط ​​للنهر حيث تم نشر مسجل MiniDOT، يقترب الأكسجين المذاب من التشبع (المتوسط> 8.0 ملجم/لتر)، مما يشير إلى أن التيار يتم تداوله بالكامل.
يتم توفير بيانات مراقبة الجودة وضمان الجودة بشأن الفبرونيل في إصدار البيانات المصاحب (35).باختصار، عادة ما تكون معدلات استرداد طفرات المصفوفة المختبرية والعينات المجهرية ضمن نطاقات مقبولة (نسبة الاسترداد من 70% إلى 130%)، وتؤكد معايير IDL الطريقة الكمية، وعادة ما تكون فراغات المختبر والأدوات نظيفة. هناك استثناءات قليلة جدًا بخلاف تمت مناقشة هذه التعميمات في المواد التكميلية..
نظرًا لتصميم النظام، يكون تركيز الفبرونيل المُقاس عادةً أقل من القيمة المستهدفة (الشكل S2) (لأن الأمر يستغرق من 4 إلى 10 أيام للوصول إلى حالة مستقرة في ظل الظروف المثالية) (30).بالمقارنة مع مركبات الفبرونيل الأخرى، فإن تركيز الديسولفينيل والأميد يتغير قليلاً مع مرور الوقت، ويكون تباين التركيز داخل المعاملة أصغر من الفرق بين المعالجات باستثناء معاملة التركيز المنخفض للسلفون والكبريتيد.يكون متوسط ​​نطاق التركيز المقاس مرجحًا زمنيًا لكل مجموعة معالجة كما يلي: فيبرونيل، IDL إلى 9.07 ميكروغرام/لتر؛ديسولفينيل، IDL إلى 2.15 ميكروجرام/لتر؛أميد، IDL إلى 4.17 ميكروغرام / لتر؛كبريتيد، IDL إلى 0.57 ميكروجرام/لتر؛والسلفون، IDL هو 1.13 ميكروجرام/لتر (35).في بعض التدفقات، تم اكتشاف مركبات فيبرونيل غير مستهدفة، أي مركبات لم يتم تحويلها إلى معالجة محددة، ولكن كان من المعروف أنها منتجات تحلل لمركب المعالجة.تحتوي الأغشية المجهرية المعالجة بالمركب الأصلي فيبرونيل على أكبر عدد من منتجات التحلل غير المستهدفة المكتشفة (عندما لا تستخدم كمركب معالجة، فهي السلفينيل والأميد والكبريتيد والسلفون)؛قد يكون ذلك بسبب عملية الإنتاج الشوائب المركبة و/أو عمليات التحلل التي تحدث أثناء تخزين محلول المخزون و(أو) في تجربة المجهر بدلاً من نتيجة التلوث المتبادل.لم يلاحظ أي اتجاه لتركيز التحلل في علاج الفبرونيل.يتم اكتشاف مركبات التحلل غير المستهدفة بشكل شائع في الجسم الذي يحتوي على أعلى تركيز علاجي، ولكن التركيز أقل من تركيز هذه المركبات غير المستهدفة (انظر القسم التالي لمعرفة التركيز).ولذلك، بما أن مركبات التحلل غير المستهدفة لا يتم اكتشافها عادة في أدنى معالجة للفبرونيل، ولأن التركيز المكتشف أقل من تركيز التأثير في أعلى معاملة، فقد خلص إلى أن هذه المركبات غير المستهدفة لها تأثير ضئيل على التحليل.
في التجارب الإعلامية، كانت اللافقاريات الكبيرة القاعية حساسة للفيبرونيل والديسولفينيل والسلفون والكبريتيد [الجدول S1؛يتم توفير بيانات الوفرة الأصلية في إصدار البيانات المصاحبة (35)].أميد الفبرونيل مخصص فقط لذبابة Rhithrogena sp.سام (مميت)، تركيزه EC50 يبلغ 2.05 ميكروجرام/لتر [±10.8(SE)].تم إنشاء منحنيات الاستجابة للجرعة من 15 فئة فريدة.وأظهرت هذه الأصناف الوفيات ضمن نطاق التركيز الذي تم اختباره (الجدول S1)، والأصناف المجمعة المستهدفة (مثل الذباب) (الشكل S3) والأصناف الغنية (الشكل 1) وتم إنشاء منحنى الاستجابة للجرعة.يتراوح تركيز (EC50) للفبرونيل والديسولفينيل والسلفون والكبريتيد على الأصناف الفريدة من الأصناف الأكثر حساسية من 0.005-0.364، 0.002-0.252، 0.002-0.061 و0.005-0.043 ميكروغرام / لتر، على التوالي.ريثروجينا س.وسويلتسا س.الشكل S4) أقل من الأصناف الأكثر تحملًا (مثل Micropsectra / Tanytarsus و Lepidostoma sp.) (الجدول S1).وفقًا لمتوسط ​​EC50 لكل مركب في الجدول S1، تعد السلفونات والكبريتيدات أكثر المركبات فعالية، في حين أن اللافقاريات عمومًا هي الأقل حساسية للديسولفينيل (باستثناء الأميدات).مقاييس الحالة البيئية العامة، مثل ثراء الأصناف، والوفرة الإجمالية، وإجمالي الذبابة الخماسية الصبغية والذبابة الحجرية الكاملة، بما في ذلك الأصناف ووفرة بعض الأصناف، هذه نادرة جدًا في المتوسط ​​ولا يمكن حسابها ارسم منحنى استجابة منفصل للجرعة.ولذلك، تتضمن هذه المؤشرات البيئية استجابات الأصناف غير المدرجة في SSD.
ثراء الأصناف (اليرقة) مع وظيفة لوجستية ثلاثية المستويات هي (A) فيبرونيل، (B) ديسولفينيل، (C) سلفون، و (D) تركيز الكبريتيد.تمثل كل نقطة بيانات يرقات من تيار واحد في نهاية تجربة المتوسط ​​لمدة 30 يومًا.ثراء الأصناف هو عدد الأصناف الفريدة في كل تيار.قيمة التركيز هي المتوسط ​​المرجح زمنيًا للتركيز الملحوظ لكل تيار يتم قياسه في نهاية تجربة 30 يومًا.أميد الفبرونيل (غير موضح) ليس له علاقة بالأصناف الغنية.يرجى ملاحظة أن المحور السيني يقع على مقياس لوغاريتمي.تم ذكر EC20 وEC50 مع SE في الجدول S1.
عند أعلى تركيز لمركبات الفبرونيل الخمسة، انخفض معدل ظهور Uetridae.وقد لوحظ انخفاض نسبة إنبات الكبريتيد والسلفون والفبرونيل والأميد والديسولفينيل بنسبة 50% عند التراكيز 0.03 و0.06 و0.11 و0.78 و0.97 ميكروغرام/لتر على التوالي (الشكل 2 والشكل S5).في معظم التجارب التي استمرت 30 يومًا، تأخرت جميع علاجات الفبرونيل والديسولفينيل والسلفون والكبريتيد، باستثناء بعض المعالجات منخفضة التركيز (الشكل 2)، وتم تثبيط ظهورها.في معاملة الأميد، كانت النفايات السائلة المتراكمة خلال التجربة بأكملها أعلى من مجموعة التحكم، بتركيز 0.286 ميكروغرام/لتر.أعلى تركيز (4.164 ميكروجرام/لتر) خلال التجربة بأكملها أدى إلى تثبيط التدفق، وكان معدل التدفق للمعاملة الوسيطة مماثلاً لمعدل المجموعة الضابطة.(الشكل 2).
البزوغ التراكمي هو متوسط ​​البزوغ اليومي لكل معاملة ناقص (أ) الفبرونيل، (ب) ديسولفينيل، (ج) السلفون، (د) الكبريتيد و (هـ) الأميد في تيار التحكم. متوسط ​​البزوغ اليومي للغشاء.باستثناء التحكم (ن = 6)، ن = 1. قيمة التركيز هي المتوسط ​​المرجح زمنياً للتركيز الملحوظ في كل تدفق.
ويبين منحنى الجرعة والاستجابة أنه بالإضافة إلى الخسائر التصنيفية، هناك تغييرات هيكلية على مستوى المجتمع.على وجه التحديد، ضمن نطاق تركيز الاختبار، أظهرت وفرة مايو (الشكل S3) ووفرة الأصناف (الشكل 1) علاقات كبيرة بين الجرعة والاستجابة مع الفبرونيل، والديسولفينيل، والسلفون، والكبريتيد.ولذلك، استكشفنا كيف تؤدي هذه التغييرات الهيكلية إلى تغييرات في وظيفة المجتمع من خلال اختبار السلسلة الغذائية.إن تعرض اللافقاريات المائية للفبرونيل والديسولفينيل والكبريتيد والسلفون له تأثير سلبي مباشر على الكتلة الحيوية للمكشطة (الشكل 3).من أجل التحكم في التأثير السلبي للفبرونيل على الكتلة الحيوية للمكشطة، أثرت المكشطة أيضًا سلبًا على الكلوروفيل الكتلة الحيوية (الشكل 3).نتيجة معاملات المسار السالبة هذه هي زيادة صافية في الكلوروفيل أ مع زيادة تركيز الفبرونيل والمواد المحللة.تشير نماذج المسار ذات التوسط الكامل هذه إلى أن زيادة تدهور الفبرونيل أو الفبرونيل يؤدي إلى زيادة في نسبة الكلوروفيل أ (الشكل 3).من المفترض مسبقًا أن التأثير المباشر بين تركيز الفبرونيل أو التحلل والكلوروفيل هو صفر، لأن مركبات الفبرونيل هي مبيدات حشرية ولها سمية مباشرة منخفضة للطحالب (على سبيل المثال، تركيز خط الأساس الحاد للنباتات غير الوعائية لوكالة حماية البيئة هو 100 ميكروجرام / لتر). فيبرونيل، مجموعة ثنائي سلفوكسيد، سلفون وكبريتيد https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk)، جميع النتائج (نماذج صالحة) تدعم هذا فرضية.
يمكن أن يقلل الفبرونيل بشكل كبير من الكتلة الحيوية (التأثير المباشر) للرعي (مجموعة الكاشطة هي اليرقات)، ولكن ليس له أي تأثير مباشر على الكتلة الحيوية للكلوروفيل أ.ومع ذلك، فإن التأثير القوي غير المباشر للفبرونيل هو زيادة الكتلة الحيوية للكلوروفيل أ استجابة لتقليل الرعي.يشير السهم إلى معامل المسار الموحد، وتشير علامة الطرح (-) إلى اتجاه الارتباط.* يشير إلى درجة الأهمية.
أنتجت محركات أقراص SSD الثلاثة (الطبقة الوسطى فقط، والطبقة الوسطى بالإضافة إلى بيانات ECOTOX، والطبقة الوسطى بالإضافة إلى بيانات ECOTOX المصححة للاختلافات في مدة التعرض) قيم HC5 مختلفة اسميًا (الجدول S3)، لكن النتائج كانت ضمن نطاق SE.في بقية هذه الدراسة، سنركز على بيانات SSD مع الكون المتوسط ​​فقط وقيمة HC5 ذات الصلة.للحصول على وصف أكثر اكتمالًا لتقييمات SSD الثلاثة هذه، يرجى الرجوع إلى المواد التكميلية (الجداول من S2 إلى S5 والأشكال S6 وS7).إن توزيع البيانات الأكثر ملاءمة (أدنى درجة قياسية لمعلومات Akaike) لمركبات الفبرونيل الأربعة (الشكل 4) المستخدمة فقط في خريطة SSD ذات الحالة الصلبة المتوسطة هو سجل غامبل من فيبرونيل وسلفون، وويبول من كبريتيد ومنزوع الكبريت γ ( الجدول S3).يتم الإبلاغ عن قيم HC5 التي تم الحصول عليها لكل مركب في الشكل 4 للكون المتوسط ​​فقط، وفي الجدول S3 يتم الإبلاغ عن قيم HC5 من جميع مجموعات بيانات SSD الثلاث.قيم HC50 لمجموعات الفبرونيل والكبريتيد والسلفون والديسولفينيل [22.1 ± 8.78 نانوغرام / لتر (95٪ CI، 11.4 إلى 46.2)، 16.9 ± 3.38 نانوغرام / لتر (95٪ CI، 11.2 إلى 24.0)، 8 80 ± 2.66 نانوغرام / لتر (95٪ CI، 5.44 إلى 15.8) و 83.4 ± 32.9 نانوغرام / لتر (95٪ CI، 36.4 إلى 163)] هذه المركبات أقل بكثير من ثراء الأصناف EC50 (العدد الإجمالي للأصناف الفريدة) (الجدول S1 الملاحظات في جدول المواد التكميلية هي ميكروجرام لكل لتر).
في تجربة النطاق المتوسط، عند التعرض لـ (A) فيبرونيل، (B) ديسولفينيل فيبرونيل، (ج) فيبرونيل سلفون، (د) كبريتيد فيبرونيل لمدة 30 يومًا، يتم وصف حساسية الأنواع وهي قيمة EC50 للأصنوفة.يمثل الخط الأزرق المتقطع 95٪ CI.يمثل الخط الأفقي المتقطع HC5.قيمة HC5 (نانوغرام/لتر) لكل مركب هي كما يلي: فيبرونيل، 4.56 نانوغرام/لتر (95% CI، 2.59 إلى 10.2)؛كبريتيد، 3.52 نانوغرام/لتر (1.36 إلى 9.20)؛السلفون، 2.86 نانوغرام/لتر (1.93 إلى 5.29)؛والسلفينيل 3.55 نانوغرام/لتر (0.35 إلى 28.4).يرجى ملاحظة أن المحور السيني يقع على مقياس لوغاريتمي.
في الدراسات الإقليمية الخمس، تم اكتشاف الفبرونيل (الآباء) في 22% من نقاط المعاينة الميدانية البالغ عددها 444 نقطة (الجدول 1).تكرار اكتشاف الفلورفينيب والسلفون والأميد مشابه (18% إلى 22% من العينة)، وتكرار الكشف عن الكبريتيد والديسولفينيل أقل (11% إلى 13%)، في حين أن منتجات التحلل المتبقية عالية جدًا.قليلة (1% أو أقل) أو لم يتم اكتشافها مطلقًا (الجدول 1)..يتم اكتشاف الفبرونيل بشكل متكرر في الجنوب الشرقي (52% من المواقع) وأقل تكرارًا في الشمال الغربي (9% من المواقع)، مما يسلط الضوء على تباين استخدام البنزوبيرازول والضعف المحتمل للتيار في جميع أنحاء البلاد.تُظهر المُتحللات عادةً أنماطًا إقليمية مماثلة، مع أعلى تكرار للكشف في الجنوب الشرقي والأدنى في شمال غرب أو ساحل كاليفورنيا.كان التركيز المُقاس للفبرونيل هو الأعلى، يليه المركب الأصلي فبرونيل (نسبة 90% 10.8 و6.3 نانوجرام/لتر، على التوالي) (الجدول 1) (35).تم تحديد أعلى تركيز للفبرونيل (61.4 نانوغرام/لتر)، ثنائي السلفينيل (10.6 نانوغرام/لتر) والكبريتيد (8.0 نانوغرام/لتر) في الجنوب الشرقي (في الأسابيع الأربعة الأخيرة من العينة).تم تحديد أعلى تركيز للسلفون في الغرب.(15.7 نانوغرام/لتر)، أميد (42.7 نانوغرام/لتر)، ديسولفينيل فلوبيرناميد (14 نانوغرام/لتر) وفيبرونيل سلفونات (8.1 نانوغرام/لتر) (35).كان فلورفينيد سلفون هو المركب الوحيد الذي لوحظ أنه يتجاوز HC5 (الجدول 1).يختلف متوسط ​​ΣTUFipronils بين المناطق المختلفة بشكل كبير (الجدول 1).يبلغ المتوسط ​​الوطني ΣTUFipronils 0.62 (جميع المواقع، جميع المناطق)، ويوجد 71 موقعًا (16%) بها ΣTUFipronils > 1، مما يشير إلى أنها قد تكون سامة لللافقاريات الكبيرة القاعية.في أربع من المناطق الخمس التي تمت دراستها (باستثناء الغرب الأوسط)، هناك علاقة مهمة بين مبيدات الآفات SPEAR وΣTUFipronil، حيث يتراوح R2 المعدل من 0.07 على طول ساحل كاليفورنيا إلى 0.34 في الجنوب الشرقي (الشكل 5).
*المركبات المستخدمة في التجارب الميسكوبية.†ΣTUFipronils، متوسط ​​مجموع وحدات السم [التركيز الميداني الملحوظ لأربعة مركبات فيبرونيل / تركيز الخطر لكل مركب من المئين الخامس للأنواع المصابة بـ SSD (الشكل 4)] بالنسبة للعينات الأسبوعية من الفبرونيل، آخر 4 تم حساب أسابيع من عينات المبيدات التي تم جمعها في كل موقع.‡عدد الأماكن التي يتم فيها قياس المبيدات.§ تعتمد النسبة المئوية التسعون على الحد الأقصى للتركيز الذي تمت ملاحظته في الموقع خلال الأسابيع الأربعة الأخيرة لأخذ عينات المبيدات.مع نسبة العينات التي تم اختبارها.¶ استخدم فترة ثقة 95% لقيمة HC5 (الشكل 4 والجدول S3، المتوسط ​​فقط) لحساب فترة ثقة الثقة.تم تحليل ديكلوروفلوبينيب في جميع المناطق ولم يتم العثور عليه مطلقًا.ND، لم يتم الكشف عنها.
وحدة الفبرونيل السامة هي تركيز الفبرونيل المقاس مقسومًا على قيمة HC5 الخاصة بالمركب، والتي يتم تحديدها بواسطة SSD الذي تم الحصول عليه من تجربة الوسائط (انظر الشكل 4).الخط الأسود، النموذج الإضافي المعمم (GAM).يحتوي الخط الأحمر المتقطع على CI بنسبة 95% لـ GAM.يتم تحويل ΣTUFipronils إلى log10 (ΣTUFipronils+1).
تم توثيق التأثيرات الضارة للفبرونيل على الأنواع المائية غير المستهدفة جيدًا (15، 21، 24، 25، 32، 33)، ولكن هذه هي الدراسة الأولى التي يكون فيها الفبرونيل حساسًا في بيئة مختبرية خاضعة للرقابة.تعرضت مجتمعات الأصناف لمركبات الفبرونيل، وتم استقراء النتائج على نطاق قاري.يمكن لنتائج تجربة الكون المتوسط ​​التي استمرت 30 يومًا أن تنتج 15 مجموعة حشرات مائية منفصلة (الجدول S1) مع تركيز غير مُبلغ عنه في الأدبيات، من بينها الحشرات المائية في قاعدة بيانات السمية ممثلة تمثيلاً ناقصًا (53، 54).تنعكس منحنيات الاستجابة للجرعة الخاصة بالأصناف (مثل EC50) في التغيرات على مستوى المجتمع (مثل ثراء الأصناف وقد تؤدي إلى فقدان الوفرة) والتغيرات الوظيفية (مثل الشلالات الغذائية والتغيرات في المظهر).تم استقراء تأثير الكون المجهري في الميدان.في أربعة من مجالات البحث الخمسة في الولايات المتحدة، ارتبط تركيز الفبرونيل الذي تم قياسه ميدانيًا بتدهور النظام البيئي المائي في المياه المتدفقة.
إن قيمة HC5 لـ 95% من الأنواع في تجربة الغشاء المتوسط ​​لها تأثير وقائي، مما يشير إلى أن مجتمعات اللافقاريات المائية بشكل عام أكثر حساسية لمركبات الفبرونيل مما كان معروفًا سابقًا.قيمة HC5 التي تم الحصول عليها (فلورفينيب، 4.56 نانوجرام/لتر؛ ديسولفوكسيران، 3.55 نانوجرام/لتر؛ سلفون، 2.86 نانوجرام/لتر؛ كبريتيد، 3.52 نانوجرام/لتر) هي عدة مرات (فلورفينيب) إلى ثلاث مرات أكثر من مرتبة (ديسولفينيل) ) أقل من المعيار الحالي لللافقاريات المزمنة لوكالة حماية البيئة [فيبرونيل، 11 نانوغرام/لتر؛ديسولفينيل، 10310 نانوغرام/لتر؛سلفون، 37 نانوغرام/لتر؛والكبريتيد 110 نانوغرام/لتر (8)].حددت التجارب المجهرية العديد من المجموعات الحساسة للفبرونيل بدلاً من تلك التي أشار إليها معيار اللافقاريات المزمنة لوكالة حماية البيئة (4 مجموعات أكثر حساسية للفبرونيل، 13 زوجًا من الديسولفينيل، 11 زوجًا من السلفون و13 زوجًا) حساسية الكبريتيد) (الشكل 4 و الجدول) S1).وهذا يدل على أن المعايير لا يمكنها حماية العديد من الأنواع التي يتم ملاحظتها أيضًا في العالم الأوسط، والتي تنتشر أيضًا على نطاق واسع في النظم البيئية المائية.يرجع الفرق بين نتائجنا والمعيار الحالي بشكل أساسي إلى عدم وجود بيانات اختبار سمية الفبرونيل المطبقة على مجموعة من أنواع الحشرات المائية، خاصة عندما يتجاوز وقت التعرض 4 أيام ويتحلل الفبرونيل.خلال تجربة mesocosmic التي استمرت 30 يومًا، كانت معظم الحشرات في مجتمع اللافقاريات أكثر حساسية للفبرونيل من كائن الاختبار الشائع Aztec (القشريات)، حتى بعد تصحيح الأزتيك، فإن EC50 لـ Teike يجعلها كما هي بعد التحول الحاد.(عادة 96 ساعة) إلى وقت التعرض المزمن (الشكل S7).تم التوصل إلى توافق أفضل بين تجربة الغشاء المتوسط ​​والدراسة المذكورة في ECOTOX باستخدام كائن الاختبار القياسي Chironomus dilutus (حشرة).ليس من المستغرب أن تكون الحشرات المائية حساسة بشكل خاص للمبيدات الحشرية.دون تعديل وقت التعرض، أظهرت التجربة المتوسطة الحجم والبيانات الشاملة لقاعدة بيانات ECOTOX أن العديد من الأصناف لوحظ أنها أكثر حساسية لمركبات الفبرونيل من المطثية المخففة (الشكل S6).ومع ذلك، من خلال ضبط وقت التعرض، يعد التخفيف Clostridium هو الكائن الأكثر حساسية للفبرونيل (الأم) والكبريتيد، على الرغم من أنه ليس حساسًا للسلفون (الشكل S7).توضح هذه النتائج أهمية إدراج أنواع متعددة من الكائنات المائية (بما في ذلك الحشرات المتعددة) لإنتاج تركيزات مبيدات الآفات الفعلية التي يمكن أن تحمي الكائنات المائية.
يمكن لطريقة SSD حماية الأصناف النادرة أو غير الحساسة التي لا يمكن تحديد EC50 لها، مثل Cinygmula sp.و Isoperla fulva و Brachycentrus americanus.تتوافق قيم EC50 لوفرة الأصناف وقد تطير الوفرة التي تعكس التغيرات في تكوين المجتمع مع قيم HC50 الخاصة بـ SSD الخاص بالفبرونيل والسلفون والكبريتيد.يدعم البروتوكول الفكرة التالية: يمكن لطريقة SSD المستخدمة لاشتقاق العتبات أن تحمي المجتمع بأكمله، بما في ذلك الأصناف النادرة أو غير الحساسة في المجتمع.قد تكون عتبة الكائنات المائية المحددة من SSDs بناءً على عدد قليل من الأصناف أو الأصناف غير الحساسة كافية إلى حد كبير لحماية النظم البيئية المائية.هذا هو الحال بالنسبة للديسولفينيل (الشكل S6B).ونظرًا لنقص البيانات في قاعدة بيانات ECOTOX، فإن تركيز خط الأساس لللافقاريات المزمنة لوكالة حماية البيئة يبلغ 10310 نانوغرام/لتر، وهو أعلى بأربعة أوامر من 3.55 نانوغرام/لتر من HC5.نتائج مجموعات الاستجابة الأصنافية المختلفة المنتجة في التجارب المجهرية.يمثل نقص بيانات السمية مشكلة خاصة بالنسبة للمركبات القابلة للتحلل (الشكل S6)، وهو ما قد يفسر سبب كون المعايير البيولوجية المائية الحالية للسلفون والكبريتيد أقل حساسية بنحو 15 إلى 30 مرة من قيمة SSD HC5 المستندة إلى China Universe.ميزة طريقة الغشاء المتوسط ​​هي أنه يمكن تحديد قيم EC50 المتعددة في تجربة واحدة، وهو ما يكفي لتشكيل SSD كامل (على سبيل المثال، ديسولفينيل؛ الشكل 4B والأشكال S6B وS7B)، ويكون له تأثير كبير على الأصناف الطبيعية للنظام البيئي المحمي العديد من الاستجابات.
تظهر التجارب بالمنظار أن الفبرونيل ومنتجات تحلله قد يكون لها آثار ضارة واضحة وغير مباشرة على وظيفة المجتمع.وفي تجربة المنظار تبين أن مركبات الفبرونيل الخمسة كلها تؤثر على ظهور الحشرات.تتوافق نتائج المقارنة بين التركيزات الأعلى والأدنى (تثبيط وتحفيز الظهور الفردي أو التغيرات في وقت الظهور) مع النتائج المبلغ عنها مسبقًا لتجارب الميزو باستخدام المبيد الحشري ثنائي الفينثرين (29).يوفر ظهور البالغين وظائف بيئية مهمة ويمكن تغييره عن طريق الملوثات مثل الفبرونيل (55، 56).ولا يعد الظهور المتزامن أمرًا بالغ الأهمية لتكاثر الحشرات واستمرارية تجمعاتها فحسب، بل أيضًا لتوفير الحشرات الناضجة، والتي يمكن استخدامها كغذاء للحيوانات المائية والبرية (56).قد يؤثر منع ظهور الشتلات سلبًا على التبادل الغذائي بين النظم الإيكولوجية المائية والنظم الإيكولوجية المشاطئة، وينشر آثار الملوثات المائية إلى النظم الإيكولوجية الأرضية (55، 56).أدى الانخفاض في وفرة الكاشطات (الحشرات الآكلة للطحالب) التي لوحظت في تجربة النطاق المتوسط ​​إلى انخفاض في استهلاك الطحالب، مما أدى إلى زيادة في الكلوروفيل (الشكل 3).تغير هذه السلسلة الغذائية تدفقات الكربون والنيتروجين في شبكة الغذاء السائل، على غرار دراسة قامت بتقييم آثار البيرثرويد بايفينثرين على المجتمعات القاعية (29).لذلك، فإن مركبات الفينيل بيرازول، مثل الفبرونيل ومنتجات تحلله، والبيرثرويدات، وربما أنواع أخرى من المبيدات الحشرية، قد تعزز بشكل غير مباشر زيادة الكتلة الحيوية للطحالب واضطراب الكربون والنيتروجين في الجداول الصغيرة.وقد تمتد التأثيرات الأخرى إلى تدمير دورات الكربون والنيتروجين بين النظم البيئية المائية والبرية.
أتاحت لنا المعلومات التي تم الحصول عليها من اختبار الغشاء المتوسط ​​تقييم الأهمية البيئية لتركيزات مركب الفبرونيل المقاسة في دراسات ميدانية واسعة النطاق أجريت في خمس مناطق بالولايات المتحدة.في 444 تيارًا صغيرًا، تجاوز 17% من متوسط ​​تركيز مركب واحد أو أكثر من مركبات الفبرونيل (متوسط ​​أكثر من 4 أسابيع) قيمة HC5 التي تم الحصول عليها من اختبار الوسائط.استخدم SSD من تجربة النطاق المتوسط ​​لتحويل تركيز مركب الفبرونيل المقاس إلى مؤشر متعلق بالسمية، أي مجموع وحدات السمية (ΣTUFipronils).تشير القيمة 1 إلى السمية أو أن التعرض التراكمي لمركب الفبرونيل يتجاوز أنواع الحماية المعروفة بقيمة 95٪.تشير العلاقة الهامة بين ΣTUFipronil في أربع من المناطق الخمس ومؤشر مبيدات الآفات SPEAR لصحة مجتمع اللافقاريات إلى أن الفبرونيل قد يؤثر سلبًا على مجتمعات اللافقاريات القاعية في الأنهار في مناطق متعددة من الولايات المتحدة.هذه النتائج تدعم فرضية ولفرام وآخرون.(3) إن خطر المبيدات الحشرية فينبيرازول على المياه السطحية في الولايات المتحدة ليس مفهومًا تمامًا لأن التأثير على الحشرات المائية يحدث تحت العتبة التنظيمية الحالية.
تقع معظم التدفقات التي تحتوي على محتوى فبرونيل أعلى من المستوى السام في المنطقة الجنوبية الشرقية الحضرية نسبيًا (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).لم يخلص التقييم السابق للمنطقة إلى أن الفبرونيل هو عامل الضغط الرئيسي الذي يؤثر على بنية مجتمع اللافقاريات في الخور فحسب، بل خلص أيضًا إلى أن انخفاض الأكسجين المذاب وزيادة العناصر الغذائية وتغيرات التدفق وتدهور الموائل والمبيدات الحشرية الأخرى وفئة الملوثات تعد عاملاً مهمًا. مصدر التوتر (57).يتوافق هذا المزيج من الضغوطات مع "متلازمة النهر الحضري"، وهو تدهور النظم البيئية النهرية الذي يتم ملاحظته بشكل شائع فيما يتعلق باستخدام الأراضي الحضرية (58، 59).تتزايد علامات استخدام الأراضي الحضرية في المنطقة الجنوبية الشرقية ومن المتوقع أن تزداد مع نمو سكان المنطقة.ومن المتوقع أن يزداد تأثير التنمية الحضرية والمبيدات الحشرية في المستقبل على الجريان السطحي في المناطق الحضرية (4).إذا استمر التحضر واستخدام الفبرونيل في النمو، فإن استخدام هذا المبيد في المدن قد يؤثر بشكل متزايد على مجتمعات المجاري المائية.على الرغم من أن التحليل التلوي يخلص إلى أن استخدام مبيدات الآفات الزراعية يهدد النظم الإيكولوجية للتيار العالمي (2، 60)، فإننا نفترض أن هذه التقييمات تقلل من شأن التأثير العالمي الإجمالي لمبيدات الآفات عن طريق استبعاد الاستخدامات الحضرية.
يمكن أن تؤثر عوامل الإجهاد المختلفة، بما في ذلك مبيدات الآفات، على مجتمعات اللافقاريات الكبيرة في مستجمعات المياه المتقدمة (استخدام الأراضي الحضرية والزراعية والمختلطة) وقد تكون مرتبطة باستخدام الأراضي (58، 59، 61).على الرغم من أن هذه الدراسة استخدمت مؤشر مبيدات حشرات SPEAR وخصائص سمية الفبرونيل الخاصة بالكائنات المائية لتقليل تأثير العوامل المربكة، إلا أن أداء مؤشر مبيدات حشرات SPEAR قد يتأثر بتدهور الموائل، ويمكن مقارنة الفبرونيل بمبيدات الآفات الأخرى ذات الصلة (4، 17، 1). 51، 57).ومع ذلك، أظهر نموذج الضغوطات المتعددة الذي تم تطويره باستخدام قياسات ميدانية من الدراستين الإقليميتين الأوليين (الغرب الأوسط والجنوب الشرقي) أن المبيدات الحشرية تمثل عامل ضغط مهمًا في المنبع لظروف مجتمع اللافقاريات الكبيرة في أنهار الخوض.في هذه النماذج، تشمل المتغيرات التفسيرية المهمة المبيدات الحشرية (خاصة البيفينثرين)، والمغذيات وخصائص الموائل في معظم الجداول الزراعية في الغرب الأوسط، والمبيدات الحشرية (خاصة الفبرونيل) في معظم المدن في الجنوب الشرقي.التغيرات في الأكسجين والمواد المغذية والتدفق (61، 62).لذلك، على الرغم من أن الدراسات الإقليمية تحاول معالجة تأثير الضغوطات غير المتعلقة بالمبيدات الحشرية على مؤشرات الاستجابة وضبط المؤشرات التنبؤية لوصف تأثير الفبرونيل، فإن النتائج الميدانية لهذا المسح تدعم وجهة نظر الفبرونيل.) ينبغي اعتباره من أكثر مصادر الضغط تأثيراً في الأنهار الأمريكية، خاصة في جنوب شرق الولايات المتحدة.
ونادرا ما يتم توثيق حدوث تحلل المبيدات الحشرية في البيئة، ولكن التهديد الذي تتعرض له الكائنات المائية قد يكون أكثر ضررا من الجسم الأصلي.في حالة الفبرونيل، أظهرت الدراسات الميدانية والتجارب متوسطة النطاق أن منتجات التحلل شائعة مثل الجسم الأصلي في تيارات العينات ولها نفس السمية أو أعلى (الجدول 1).في تجربة الغشاء المتوسط، كان سلفون فلوروبنزونيتريل هو الأكثر سمية من بين منتجات تحلل المبيدات الحشرية التي تمت دراستها، وكان أكثر سمية من المركب الأصلي، وتم اكتشافه أيضًا بتردد مماثل لتكرار المركب الأصلي.إذا تم قياس المبيدات الأم فقط، فقد لا يتم ملاحظة أحداث السمية المحتملة، ويعني النقص النسبي في معلومات السمية أثناء تحلل المبيدات أنه قد يتم تجاهل حدوثها وعواقبها.على سبيل المثال، بسبب نقص المعلومات عن سمية منتجات التحلل، تم إجراء تقييم شامل لمبيدات الآفات في الجداول السويسرية، بما في ذلك 134 من منتجات تحلل مبيدات الآفات، وتم اعتبار المركب الأصلي فقط هو المركب الأصلي في تقييم مخاطر السمية البيئية.
تشير نتائج تقييم المخاطر البيئية هذا إلى أن مركبات الفبرونيل لها آثار ضارة على صحة النهر، لذلك يمكن استنتاج أنه يمكن ملاحظة الآثار الضارة في أي مكان تتجاوز فيه مركبات الفبرونيل مستوى HC5.نتائج التجارب المجهرية مستقلة عن الموقع، مما يشير إلى أن تركيز الفبرونيل ومنتجات تحلله في العديد من أصناف التيار أقل بكثير مما تم تسجيله سابقًا.ونحن نعتقد أن هذا الاكتشاف من المرجح أن يمتد إلى الكائنات الحية الأولية في الجداول البكر في أي مكان.تم تطبيق نتائج تجربة النطاق المتوسط ​​على دراسات ميدانية واسعة النطاق (444 تيارًا صغيرًا مكونًا من استخدامات حضرية وزراعية وأراضي مختلطة عبر خمس مناطق رئيسية في الولايات المتحدة)، وتبين أن تركيز العديد من الجداول ومن المتوقع أن تكون مكان اكتشاف الفبرونيل. وتشير السمية الناتجة إلى أن هذه النتائج قد تمتد إلى بلدان أخرى يتم فيها استخدام الفبرونيل.ووفقا للتقارير، فإن عدد الأشخاص الذين يستخدمون الفبرونيل آخذ في الازدياد في اليابان والمملكة المتحدة والولايات المتحدة (7).يوجد الفبرونيل في كل القارات تقريبًا، بما في ذلك أستراليا وأمريكا الجنوبية وأفريقيا (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).تشير نتائج الدراسات الميدانية المقدمة هنا إلى أن استخدام الفبرونيل قد يكون له أهمية بيئية على نطاق عالمي.
للحصول على مواد تكميلية لهذه المقالة، يرجى الاطلاع على http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
هذه مقالة ذات وصول مفتوح وموزعة بموجب شروط ترخيص المشاع الإبداعي الإسناد غير التجاري، الذي يسمح بالاستخدام والتوزيع وإعادة الإنتاج في أي وسيط، طالما أن الاستخدام النهائي ليس لتحقيق مكاسب تجارية والفرضية هي أن العمل الأصلي هو الصحيح.مرجع.
ملاحظة: نطلب منك فقط تقديم عنوان بريدك الإلكتروني حتى يعرف الشخص الذي توصيه بالصفحة أنك تريد منه أن يرى البريد الإلكتروني وأنه ليس بريدًا عشوائيًا.لن نقوم بالتقاط أي عناوين بريد إلكتروني.
يُستخدم هذا السؤال لاختبار ما إذا كنت زائرًا أم لا، ومنع إرسال البريد العشوائي تلقائيًا.
جانيت إل ميلر، ترافيس س. شميدت، بيتر سي. فان متر، باربرا ماهلر ( باربرا جيه ماهلر، مارك دبليو ساندستروم، ليزا إتش. نويل، دارين إم كارلايل، باتريك دبليو موران
أظهرت الدراسات أن المبيدات الحشرية الشائعة التي يتم اكتشافها بشكل متكرر في الجداول الأمريكية هي أكثر سمية مما كان يعتقد سابقًا.
جانيت إل ميلر، ترافيس س. شميدت، بيتر سي. فان متر، باربرا ماهلر ( باربرا جيه ماهلر، مارك دبليو ساندستروم، ليزا إتش. نويل، دارين إم كارلايل، باتريك دبليو موران
أظهرت الدراسات أن المبيدات الحشرية الشائعة التي يتم اكتشافها بشكل متكرر في الجداول الأمريكية هي أكثر سمية مما كان يعتقد سابقًا.
©2021 الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم.كل الحقوق محفوظة.AAAS هي شريك لـ HINARI، وAGORA، وOARE، وCHORUS، وCLOCKSS، وCrossRef، وCOUNTER.تقدم العلوم ISSN 2375-2548.