Pesticidoj en riveretoj ĉiam pli iĝas tutmonda zorgo, sed ekzistas malmulte da informoj pri la sekura koncentriĝo de akvaj ekosistemoj.En 30-taga mezokosma eksperimento, la indiĝenaj bentaj akvaj senvertebruloj estis eksponitaj al la komuna insekticida fipronil kaj kvar specoj de degradaj produktoj.La fipronil-kunmetaĵo kaŭzis ŝanĝojn en la apero kaj trofa kaskado.La efika koncentriĝo (EC50) ĉe kiu fipronil kaj ĝiaj sulfidaj, sulfonaj kaj desulfinilaj degradaj produktoj kaŭzas 50%-respondon estis evoluigita.Taksonoj ne estas sentemaj al fipronil.La danĝera koncentriĝo de 5% de la tuŝitaj specioj de 15 mezokosmaj EC50-valoroj estas uzata por konverti la kunmetitan koncentriĝon de fipronil en la kampa specimeno en la sumon de toksaj unuoj (∑TUFipronils).En 16% de riveretoj desegnitaj de kvin regionaj studoj, la averaĝa ∑TUFipronil superis 1 (indikante toksecon).Senvertebrulindikiloj de specioj en risko estas negative korelaciitaj kun TUTUipronil en kvar el la kvin specimenaj areoj.Ĉi tiu ekologia riska takso montras, ke malaltaj koncentriĝoj de fipronil-komponaĵoj reduktos flukomunumojn en multaj partoj de Usono.
Kvankam la produktado de sintezaj kemiaĵoj multe pliiĝis en la lastaj jardekoj, la efiko de tiuj kemiaĵoj sur ne-celaj ekosistemoj ne estis plene komprenita (1).En surfaca akvo kie 90% de tutmonda kamparo estas perditaj, ekzistas neniuj datumoj pri agrikulturaj insekticidoj, sed kie estas datumoj, la tempo por ke insekticidoj superu reguligajn sojlojn estas duono (2).Metaanalizo de agrikulturaj insekticidoj en surfacaj akvoj en Usono trovis, ke en 70% de specimenaj lokoj, almenaŭ unu insekticido superis la reguligan sojlon (3).Tamen, ĉi tiuj meta-analizoj (2, 3) nur temigas surfacan akvon trafita de agrikultura teruzo, kaj estas resumo de diskretaj studoj.Pesticidoj, precipe insekticidoj, ankaŭ ekzistas en altaj koncentriĝoj en urba pejzaĝa drenado (4).Estas malofte fari ampleksan taksadon de insekticidoj en surfaca akvo eligita de agrikulturo kaj urbaj pejzaĝoj;tial, estas ne konata ĉu insekticidoj prezentas grandskalan minacon al surfacaj akvoresursoj kaj ilia ekologia integreco.
Benzopirazoloj kaj neonikotinoidoj konsistigis trionon de la tutmonda insekticida merkato en 2010 (5).En surfacaj akvoj en Usono, fipronilo kaj ĝiaj degradaj produktoj (fenilpirazoloj) estas la plej oftaj insekticidaj komponaĵoj, kaj iliaj koncentriĝoj kutime superas la akvajn normojn (6-8).Kvankam neonikotinoidoj altiris atenton pro siaj efikoj al abeloj kaj birdoj kaj sia tropezo (9), fipronilo estas pli toksa por fiŝoj kaj birdoj (10), dum aliaj fenilpirazol-klasaj kunmetaĵoj havas herbicidaj efikoj (5).Fipronil estas ĉiea insekticido uzita por kontroli damaĝbestojn en urbaj kaj agrikulturaj medioj.Ekde kiam fipronilo eniris la mondan merkaton en 1993, la uzo de fipronil en Usono, Japanio kaj Britio multe pliiĝis (5).En Usono, fipronil estas uzata por kontroli formikojn kaj termitojn, kaj estas uzata en kultivaĵoj inkluzive de maizo (inkluzive de semotraktado), terpomoj kaj fruktoplantejoj (11, 12).Agrikultura uzo de fipronilo en Usono atingis pinton en 2002 (13).Kvankam neniuj naciaj urbaj uzadodatenoj estas haveblaj, urba uzo en Kalifornio pintis en 2006 kaj 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, alirita la 2-an de decembro 2019).Kvankam altaj koncentriĝoj de fipronil (6.41μg/L) troviĝas en riveretoj en kelkaj agrikulturaj areoj kun altaj aplikaj indicoj (14), kompare kun agrikulturaj riveretoj, urbaj riveretoj en Usono ĝenerale havas pli da detekto kaj pli altaj Altaj koncentriĝoj, pozitivaj por la okazo de ŝtormoj estas asociitaj kun la testo (6, 7, 14-17).
Fipronil eniras la akvan ekosistemon de drenaĵo aŭ lesivoj de la grundo en la rivereton (7, 14, 18).Fipronil havas malaltan volatilecon (konstanto de Henriko-leĝo 2,31×10-4 Pa m3 mol-1), malaltan ĝis moderan akvosolveblecon (3,78 mg/l je 20 °C), kaj moderan hidrofobecon (log Kow estas 3,9 ĝis 4,1)), la moviĝeblo en la grundo estas tre malgranda (log Koc estas 2,6 ĝis 3,1) (12, 19), kaj ĝi elmontras malalt-al-mezan persiston en la medio (20).Finazepril estas degradita per fotolizo, oksigenado, pH-dependa hidrolizo kaj redukto, formante kvar ĉefajn degradajn produktojn: desulfoksifenaprilo (nek sulfoksido), fenaprenip sulfone (sulfono), Filofenamide (amido) kaj filofenib sulfido (sulfido).Fipronil-degradproduktoj tendencas esti pli stabilaj kaj daŭraj ol la gepatra kunmetaĵo (21, 22).
La tokseco de fipronil kaj ĝia degradado en ne-celajn speciojn (kiel akvaj senvertebruloj) estis bone dokumentitaj (14, 15).Fipronil estas neŭrotoksa kunmetaĵo, kiu malhelpas kloridjonan trairejon tra la kloridkanalo reguligita de gama-aminobutira acido en insektoj, rezultigante sufiĉan koncentriĝon por kaŭzi troan eksciton kaj morton (20).Fipronil estas selekteme toksa, do ĝi havas pli grandan receptoran ligan afinecon por insektoj ol mamuloj (23).La insekticida agado de fipronil-degenerproduktoj estas malsama.La tokseco de sulfono kaj sulfido al dolĉakvaj senvertebruloj estas simila aŭ pli alta ol tiu de la gepatrokunmetaĵo.Desulfinyl havas moderan toksecon sed estas malpli toksa ol la gepatrokunmetaĵo.Relative ne-toksa (23, 24).La malsaniĝemeco de akvaj senvertebruloj al fipronil kaj fipronil-degenero multe varias ene de kaj inter klasifik-grupoj (15), kaj en kelkaj kazoj eĉ superas grandordon (25).Fine, estas evidenteco, ke fenilpirazoloj estas pli toksaj por la ekosistemo ol antaŭe pensis (3).
Akvaj biologiaj komparnormoj bazitaj sur laboratoria toksectestado povas subtaksi la riskon de kamppopulacioj (26-28).Akvaj normoj estas kutime establitaj per unuspecia laboratoriotoksectestado uzanta unu aŭ plurajn akvajn senvertebrulspeciojn (ekzemple, Diptera: Chironomidae: Chironomus kaj Crustacea: Daphnia magna kaj Hyalella azteca).Tiuj testaj organismoj estas ĝenerale pli facile kultiveblaj ol aliaj bentaj makrosenvertebruloj (ekzemple, phe-genro::), kaj en kelkaj kazoj estas malpli sentemaj al malpurigaĵoj.Ekzemple, D. Magna estas malpli sentema al multaj metaloj ol certaj insektoj, dum A. zteca estas malpli sentema al la piretroida insekticido bifentrin ol ĝia sentemo al vermoj (29, 30).Alia limigo de ekzistantaj komparnormoj estas la finpunktoj uzitaj en la kalkuloj.Akutaj komparnormoj estas bazitaj sur morteco (aŭ fiksitaj por krustacoj), dum kronikaj komparnormoj estas kutime bazitaj sur submortigaj finpunktoj (kiel ekzemple kresko kaj reproduktado) (se entute).Tamen, ekzistas ĝeneraligitaj submortigaj efikoj, kiel ekzemple kresko, apero, paralizo, kaj evolua prokrasto, kiuj povas influi la sukceson de klasifik-grupoj kaj komunumdinamiko.Kiel rezulto, kvankam la komparnormo disponigas fonon por la biologia graveco de la efiko, la ekologia signifo kiel sojlo por tokseco estas necerta.
Por pli bone kompreni la efikojn de fipronil-kunmetaĵoj sur bentaj akvaj ekosistemoj (senvertebruloj kaj algoj), naturaj bentaj komunumoj estis alportitaj en la laboratorion kaj elmontritaj al koncentriĝgradientoj dum la 30-taga fluo Fipronil aŭ unu el la kvar eksperimentoj pri degenero de fipronil.La esplorcelo estas produkti speciospecifan 50% efikkoncentriĝon (EC50-valoro) por ĉiu fipronil-kunmetaĵo reprezentanta larĝan taksonon de riverkomunumo, kaj determini la efikon de malpurigaĵoj sur komunuma strukturo kaj funkcio [te, danĝerkoncentriĝo] 5 % De tuŝitaj specioj (HC5) kaj nerektaj efikoj kiel ŝanĝita apero kaj trofa dinamiko].Tiam la sojlo (kunmetaĵ-specifa HC5-valoro) akirita de la mezoskopa eksperimento estis aplikita al la kampo kolektita de la United States Geological Survey (USGS) de kvin regionoj de Usono (Nordoriento, Sudoriento, Mezokcidento, Nordokcidenta Pacifiko, kaj Centra Kalifornio). Marborda Zono) Datenoj) kiel parto de la USGS regiona riveretokvalita takso (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Kiom ni scias, ĉi tio estas la unua ekologia riska takso.Ĝi amplekse esploras la efikojn de fipronil-kunmetaĵoj sur bentaj organismoj en kontrolita mezo-medio, kaj tiam aplikas tiujn rezultojn al kontinent-skalaj kampataksoj.
La 30-taga mezkosma eksperimento estis farita ĉe la USGS Akva Laboratorio (AXL) en Fort Collins, Kolorado, Usono de la 18-a de oktobro ĝis la 17-a de novembro 2017, dum 1 tago da malsovaĝigo kaj 30 tagoj da eksperimentado.La metodo estis antaŭe priskribita (29, 31) kaj detala en la suplementa materialo.La mezospaca agordo enhavas 36 cirkulajn fluojn en la kvar aktivaj fluoj (cirkulaj akvocisternoj).Ĉiu vivanta rivereto estas ekipita per malvarmigilo por konservi la akvotemperaturon kaj estas lumigita per 16:8 lum-malhela ciklo.La meznivela fluo estas neoksidebla ŝtalo, kiu taŭgas por la hidrofobeco de fipronil (log Kow = 4.0) kaj taŭgas por organikaj purigaj solviloj (Figuro S1).La akvo uzita por la mezskala eksperimento estis kolektita de la Cache La Poudre Rivero (kontraŭfluaj fontoj inkluzive de Rocky Mountain National Park, Nacia Arbaro kaj Continental Divide) kaj stokita en la kvar polietilenaj stokujoj de AXL.Antaŭaj taksoj de sedimentaj kaj akvoprovaĵoj kolektitaj de la ejo ne trovis iujn ajn insekticidojn (29).
La mezskala eksperimenta dezajno konsistas el 30 prilaboraj fluoj kaj 6 kontrolfluoj.La traktadrivereto ricevas traktitan akvon, ĉiu el kiu enhavas nereproduktitajn konstantajn koncentriĝojn de fipronil-komponaĵoj: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amido (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), desulfuriga grupo. [Usono Mediprotekta Agentejo (EPA) Pesticide Library, CAS 205650-65-3], sulfone (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) kaj sulfido (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); 97.8%. Laŭ eldonitaj respondaj valoroj (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33) Solvante fipronil-komponaĵon en metanolo ( Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society-nivelo de atestado). kun dejonigita akvo al la bezonata volumeno por prepari koncentritan akcian solvon Ĉar la kvanto de metanolo en dozo estas malsama, necesas aldoni metanolon al ĉiuj traktaj fluoj laŭbezone, por certigi la saman metanolon. 0,05 ml/L) en la riveretoj La meza vido de la aliaj tri kontrolriveretoj ricevis riverakvon sen metanolo, alie ili estis traktitaj kiel ĉiuj aliaj riveretoj.
En la 8-a tago, la 16-a kaj la 26-a tago, la temperaturo, pH-valoro, elektra kondukteco kaj la degradado de fipronil kaj fipronil estis mezuritaj en la fluomembrano.Por spuri la degeneron de la gepatra kunmetaĵo fipronil dum la amaskomunikila testo, fipronil (gepatroj) estis uzata por trakti la fluidan intestan mukozon dum aliaj tri tagoj [tagoj 5, 12 kaj 21 (n = 6)] por temperaturo, pH, Specimenado de konduktiveco, fipronil kaj fipronil-degenero.La insekticidaj analizprovaĵoj estis kolektitaj filtrante 10 ml da fluanta akvo en 20 ml sukcenan vitrofiolon tra Whatman 0.7-μm GF/F injektilfiltrilo ekipita per granda diametra nadlo.La specimenoj estis tuj frostigitaj kaj senditaj al la USGS National Water Quality Laboratory (NWQL) en Lakewood, Kolorado, Usono por analizo.Uzante plibonigitan metodon de la antaŭe publikigita metodo, Fipronil kaj 4 degradaj produktoj en akvoprovaĵoj estis determinitaj per rekta akva injekto (DAI) likva kromatografio-tanda mas-spektrometrio (LC-MS / MS; Agilent 6495).La instrumenta detektonivelo (IDL) estas taksita esti la minimuma alĝustignormo kiu renkontas la kvalitan identigan normon;la IDL de fipronil estas 0,005 μg/L, kaj la IDL de la aliaj kvar fipronil estas 0,001 μg/L.La suplementa materialo disponigas kompletan priskribon de la metodoj uzataj por mezuri fipronil-kunmetaĵojn, inkluzive de kvalitkontrolo kaj certigaj proceduroj (ekzemple, specimena reakiro, pikiloj, triaj inspektadoj kaj malplenaj).
Ĉe la fino de la 30-taga Mezkosma eksperimento, la nombrado kaj identigo de plenkreskaj kaj larvaj senvertebruloj estis kompletigitaj (la ĉefa datumkolekta finpunkto).La emerĝantaj plenkreskuloj estas kolektitaj el la reto ĉiutage kaj frostigitaj en pura 15 ml Falcon-centrifuga tubo.Ĉe la fino de la eksperimento (tago 30), la enhavo de la membrano en ĉiu rivereto estis frotita por forigi iujn ajn senvertebrulojn, kaj kribrita (250 μm) kaj stokita en 80% etanolo.Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) kompletigis la taksonomian identigon de larvoj kaj plenkreskaj senvertebruloj al la plej malsupra taksonomia nivelo ebla, kutime specioj.En tagoj 9, 19 kaj 29, klorofilo a estis mezurita triobla en la mezoskopa membrano de ĉiu rivereto.Ĉiuj kemiaj kaj biologiaj datumoj kiel parto de la mezoskopa eksperimento estas disponigitaj en la akompana datuma liberigo (35).
Ekologiaj enketoj estis faritaj en malgrandaj (vadaj) riveretoj en kvin gravaj lokoj de Usono, kaj insekticidoj estis monitoritaj dum la antaŭa indicperiodo.Resume, surbaze de agrikultura kaj urba kultivado (36-40), 77 ĝis 100 lokoj estis elektitaj en ĉiu regiono (444 lokoj entute).Dum la printempo kaj somero de unu jaro (2013-2017), akvoprovaĵoj estas kolektitaj unufoje semajne en ĉiu regiono dum 4 ĝis 12 semajnoj.La specifa tempo dependas de la regiono kaj disvolva intenseco.Tamen, la 11 stacioj en la nordorienta regiono estas preskaŭ en la akvodislimo.Neniu evoluo, krom ke nur unu specimeno estis kolektita.Ĉar la monitoraj periodoj por insekticidoj en regionaj studoj estas malsamaj, por komparo, nur la lastaj kvar specimenoj kolektitaj ĉe ĉiu loko estas konsiderataj ĉi tie.Oni supozas, ke ununura provaĵo kolektita ĉe la neevoluinta Nordorienta loko (n = 11) povas reprezenti la 4-semajnan specimenan periodon.Ĉi tiu metodo kondukas al la sama nombro da observoj pri insekticidoj (krom la 11 lokoj en la Nordoriento) kaj la sama daŭro de observado;oni kredas, ke 4 semajnoj estas sufiĉe longaj por longdaŭra eksponiĝo al la bioto, sed sufiĉe mallongaj por ke la ekologia komunumo ne Devus resaniĝi post ĉi tiuj kontaktoj.
En la kazo de sufiĉa fluo, la akvoprovaĵo estas kolektita per konstanta rapideco kaj konstantaj larĝpliigoj (41).Kiam la fluo ne sufiĉas por uzi ĉi tiun metodon, vi povas kolekti specimenojn per profunda integriĝo de specimenoj aŭ kaptante de la centro de gravito de la fluo.Uzu grandan injektilon kaj diskofiltrilon (0.7μm) por kolekti 10 ml da filtrita specimeno (42).Per DAI LC-MS/MS/MS/MS, akvoprovaĵoj estis analizitaj ĉe NWQL por 225 insekticidoj kaj insekticidaj degradaj produktoj, inkluzive de fipronil kaj 7 degradaj produktoj (desulfinyl fipronil, fipronil) Sulfidoj, fipronil sulfone, deschlorofipronil, desthiol fipronil, amido, fipronilo kaj fipronilo).).Tipaj minimumaj raportaj niveloj por kampaj studoj estas: fipronil, desmethylthio fluorobenzonitrile, fipronil sulfido, fipronil sulfone kaj deschlorofipronil 0,004 μg/L;desulfinyl fluorfenamide kaj La koncentriĝo de fipronil-amido estas 0,009 μg/litro;la koncentriĝo de fipronil sulfonato estas 0,096 μg/litro.
La senvertebrulkomunumoj estas provitaj ĉe la fino de ĉiu areostudo (printempo/somero), kutime en la sama tempo kiel la lasta insekticida provanta okazaĵo.Post la kresksezono kaj la peza uzo de insekticidoj, la specimena tempo devus esti kongrua kun la malalta flukondiĉoj, kaj devus koincidi kun la tempo kiam la rivera senvertebrulkomunumo maturiĝas kaj estas ĉefe en la larva vivostadio.Uzante Surber-samplilon kun 500μm maŝo aŭ D-kadra reto, senvertebrulkomunumaj specimenigo estis kompletigita en 437 el 444 ejoj.La specimena metodo estas detale priskribita en la suplementa materialo.Sur NWQL, ĉiuj senvertebruloj estas kutime identigitaj kaj listigitaj sur la genro aŭ specionivelo.Ĉiuj kemiaj kaj biologiaj datumoj kolektitaj en ĉi tiu kampo kaj uzataj en ĉi tiu manuskripto troveblas en la akompana datuma eldono (35).
Por la kvin fipronil-kunmetaĵoj uzitaj en la mezoskopa eksperimento, la koncentriĝo de la larvaj senvertebruloj reduktita je 20% aŭ 50% estis kalkulita relative al la kontrolo (te EC20 kaj EC50).La datumoj [x = temp-peza koncentriĝo de fipronil (vidu suplementan materialon por detaloj), y = larva abundo aŭ aliaj metrikoj] estis konvenitaj al la plilongigita pakaĵo R(43) uzante tri-parametran logaritman regresan metodon "drc".La kurbo konvenas ĉiujn speciojn (larvoj) kun sufiĉa abundo kaj renkontas aliajn metrikojn de intereso (ekzemple, klasifik-riĉo, totala efemuŝabundo, kaj totala abundo) por plu kompreni la komunuman efikon.La Nash-Sutcliff-koeficiento (45) estas uzata por taksi la modelan kongruon, kie malbona modeladaptigo povas ricevi senfinajn negativajn valorojn, kaj la valoro de perfekta kongruo estas 1.
Por esplori la efikojn de fipronil-kunmetaĵoj sur la apero de insektoj en la eksperimento, la datumoj estis taksitaj en du manieroj.Unue, subtrahante la averaĝan aspekton de la kontrolflua meso de la aspekto de ĉiu traktadflua meso, la akumula ĉiutaga okazo de insektoj de ĉiu flua meso (la totala nombro de ĉiuj individuoj) estis normaligita al la kontrolo.Grafiku ĉi tiujn valorojn kontraŭ la tempo por kompreni la devion de la traktada fluida mediatoro de la kontrola fluida mediatoro en la 30-taga eksperimento.Due, kalkulu la totalan okazprocenton de ĉiu flua mezofilo, kiu estas difinita kiel la rilatumo de la totala nombro da mezofiloj en donita fluo al la averaĝa nombro da larvoj kaj plenkreskuloj en la kontrolgrupo, kaj taŭgas por tri-parametra logaritma regreso. .Ĉiuj ĝermaj insektoj kolektitaj estis de du subfamilioj de la familio de Chironomidae, do kombinita analizo estis farita.
Ŝanĝoj en komunuma strukturo, kiel ekzemple la perdo de klasifik-grupoj, povas finfine dependi de la rektaj kaj nerektaj efikoj de toksaj substancoj, kaj povas kaŭzi ŝanĝojn en komunumfunkcio (ekzemple, trofa kaskado).Por testi la trofan kaskadon, simpla kaŭza reto estis taksita uzante la padan analizmetodon (R-pakaĵo "peceSEM") (46).Por mezoskopaj eksperimentoj, oni supozas, ke fipronilo, desulfinilo, sulfido kaj sulfono (ne provita amido) en la akvo por redukti la biomason de la skrapilo, nerekte kondukas al pliigo de la biomaso de klorofilo a (47).La kunmetaĵkoncentriĝo estas la prognozilovariablo, kaj la skrapilo kaj klorofila biomaso estas la respondvariabloj.La C-statistiko de Fisher estas uzata por taksi modelan konvenon, tiel ke P-valoro <0.05 indikas bonan model-konvenon (46).
Por evoluigi risko-bazitan eko-komunuman sojlan protektan agenton, ĉiu kunmetaĵo akiris 95% de la tuŝitaj specioj (HC5) kronika specio-sentema distribuo (SSD) kaj danĝerkoncentriĝoprotekto.Tri SSD-datumseroj estis generitaj: (i) nur meso-datumserio, (ii) datumserio enhavanta ĉiujn meso-datenojn kaj datenojn kolektitajn de EPA-ECOTOX-datumbazdemando (https://cfpub.epa.gov/ecotox)/, alirita sur la 14-an de marto 2019), la studdaŭro estas 4 tagoj aŭ pli longa, kaj (iii) datumaro enhavanta ĉiujn mezoskopajn datumojn kaj ECOTOX-datumojn, en kiuj ECOTOX-datumoj (akuta ekspozicio) dividita per akra al La proporcio de kronika D. magna ( 19.39) por klarigi la diferencon en malkovrodaŭro kaj proksimigi la kronikan EC50-valoron (12).Nia celo generi plurajn SSD-modelojn estas (i) evoluigi HC5-valorojn por komparo kun kampaj datumoj (nur por SSD-oj por amaskomunikilaro), kaj (ii) taksi, ke amaskomunikilaj datumoj estas pli vaste akceptitaj ol reguligaj agentejoj por inkludo en akvokulturo. fortikeco de vivkomparnormoj kaj norma fikso de datumresursoj, kaj tial la praktikebleco de uzado de mezoskopaj studoj por la alĝustigprocezo.
SSD estis evoluigita por ĉiu datumaro uzante la R-pakaĵon "ssdtools" (48).Uzu la bootstrap (n = 10,000) por taksi la HC5-mezumon kaj konfidan intervalon (CI) de la SSD.Kvardek naŭ klasifikrespondoj (ĉiuj klasifik-grupoj kiuj estis identigitaj kiel genro aŭ specio) evoluigitaj tra tiu esplorado estas kombinitaj kun 32 klasifikrespondoj kompilitaj de ses publikigitaj studoj en la ECOTOX-datumbazo, ĉar totalo de 81 taksonorespondo povas esti uzita por SSD-evoluo .Ĉar neniuj datumoj estis trovitaj en la ECOTOX-datumbazo de amidoj, neniu SSD estis evoluigita por amidoj kaj nur unu EC50-respondo estis akirita de la nuna studo.Kvankam la EC50-valoro de nur unu sulfidgrupo estis trovita en la ECOTOX-datumbazo, la nuna gradstudanto havas 12 EC50-valorojn.Tial, SSDoj por sulfinilgrupoj estis evoluigitaj.
La specifaj HC5-valoroj de fipronil-kunmetaĵoj akiritaj de la SSD-datumaro de Mesocosmos nur estis kombinitaj kun kampaj datumoj por taksi la malkovron kaj eblan toksecon de fipronil-kunmetaĵoj en 444 riveretoj de kvin regionoj en Usono.En la lasta 4-semajna prova fenestro, ĉiu koncentriĝo de fipronil-kunmetaĵoj detektitaj (nerimarkitaj koncentriĝoj estas nul) estas dividita per sia respektiva HC5, kaj la kunmetaĵproporcio de ĉiu specimeno estas sumigita por akiri La totalan toksecunuon de fipronil (ΣTUFipronils), kie ΣTUFipronils> 1 signifas toksecon.
Komparante la danĝerkoncentriĝon de 50% de la tuŝitaj specioj (HC50) kun la EC50-valoro de taksonoj riĉeco derivita de la meza membraneksperimento, la SSD akirita de la mezaj membrandatumoj estis taksita por reflekti la sentemon de la pli larĝa ekologia komunumo al fipronil. gradon..Tra ĉi tiu komparo, la konsistenco inter la SSD-metodo (inkluzive de nur tiuj klasifik-grupoj kun dozo-responda rilato) kaj la EC50-metodo (inkluzive de ĉiuj unikaj klasifik-grupoj observitaj en la meza spaco) uzanta la EC50-metodon de mezurado de taksonoj riĉeco povas esti taksita Sekso.Dozoresponda rilato.
Indikilo de insekticida riskospecio (SPEARpesticidoj) estis kalkulita por esplori la rilaton inter la sanstato de senvertebruloj kaj ΣTUFipronil en 437 senvertebruloj-kolektantaj riveretoj.La SPEARpesticides-metriko konvertas la kunmetaĵon de senvertebruloj en abundometrikon por biologia taksonomio kun fiziologiaj kaj ekologiaj karakterizaĵoj, tiel aldonante sentemon al insekticidoj.La SPEARpesticides-indikilo ne estas sentema al naturaj kunvariaĵoj (49, 50), kvankam ĝia efikeco estos tuŝita de severa habitatodegenero (51).La abundodatenoj kolektitaj surloke por ĉiu taksono estas kunordigitaj kun la ŝlosila valoro de la taksono rilata al la programaro ASTERICS por taksi la ekologian kvaliton de la rivero (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home html).Poste importu la datumojn en la programaron Indike (http://systemecology.eu/indicate/) (versio 18.05).En ĉi tiu programaro, la eŭropa trajtodatumbazo kaj la datumbazo kun fiziologia sentemo al insekticidoj estas uzataj por konverti la datumojn de ĉiu ejo en SPEARpesticides-indikilon.Ĉiu el la kvin regionaj studoj uzis la Ĝeneralan Aldonan Modelon (GAM) ["mgcv" pakaĵon en R(52)) por esplori la rilaton inter la SPEARpesticides-metriko kaj ΣTUFipronils [log10(X + 1) konvertiĝo] Asociita.Por pli detalaj informoj pri SPEARpesticides-metrikoj kaj por datuma analizo, bonvolu vidi la Suplementajn Materialojn.
La akvokvalita indico estas konsekvenca en ĉiu mezoskopa fluo kaj la tuta mezoskopa eksperimentperiodo.La averaĝa temperaturo, pH kaj kondukteco estis 13,1 °C (±0,27 °C), 7,8 (±0,12) kaj 54,1 (±2,1) μS/cm (35), respektive.La mezurita dissolvita organika karbono en pura riverakvo estas 3.1 mg/L.En la mezo-vido de la rivero kie la MiniDOT-registrilo estas deplojita, la dissolvita oksigeno estas proksima al saturiĝo (mezumo> 8.0 mg/L), indikante ke la rivereto estas plene cirkulita.
Kvalitkontrolo kaj kvalitcertigo datumoj pri fipronil estas provizitaj en la akompana datuma eldono (35).Mallonge, la reakiroprocentoj de laboratoriomatrico-pikiloj kaj mezoskopaj specimenoj estas kutime ene de akcepteblaj intervaloj (reakiroj de 70% ĝis 130%), IDL-normoj konfirmas la kvantan metodon, kaj laboratorio- kaj instrumentblankaĵoj estas kutime puraj Estas tre malmultaj esceptoj krom ĉi tiuj ĝeneraligoj diskutitaj en la suplementa materialo..
Pro sistemdezajno, la mezurita koncentriĝo de fipronil estas kutime pli malalta ol la celvaloro (Figuro S2) (ĉar necesas 4 ĝis 10 tagoj por atingi stabilan staton en idealaj kondiĉoj) (30).Kompare kun aliaj fipronil-kunmetaĵoj, la koncentriĝo de desulfinilo kaj amido ŝanĝiĝas malmulte dum tempo, kaj la ŝanĝebleco de la koncentriĝo ene de la traktado estas pli malgranda ol la diferenco inter traktadoj krom la malalta koncentriĝa traktado de sulfono kaj sulfido.La temp-peza mezumo mezurita koncentriĝo gamo por ĉiu traktado grupo estas kiel sekvas: Fipronil, IDL al 9.07μg/L;Desulfinyl, IDL al 2.15μg/L;Amida, IDL al 4.17μg/L;Sulfido, IDL Al 0,57μg/litro;kaj sulfone, IDL estas 1.13μg/litro (35).En kelkaj riveretoj, ne-celaj fipronil-kunmetaĵoj estis detektitaj, tio estas, kunmetaĵoj kiuj ne estis pikitaj en specifan traktadon, sed estis konataj kiel degenerproduktoj de la terapiokunmetaĵo.La mezoskopaj membranoj traktitaj kun la gepatra kunmetaĵo fipronil havas la plej altan nombron da ne-celaj degenerproduktoj detektitaj (kiam ne uzataj kiel pretigkunmetaĵo, ili estas sulfinilo, amido, sulfido kaj sulfone);tiuj povas ŝuldiĝi al la produktadprocezo Kunmetitaj malpuraĵoj kaj/aŭ degenerprocezoj kiuj okazas dum la stokado de la akcia solvaĵo kaj (aŭ) en la mezoskopa eksperimento prefere ol la rezulto de kruc-poluado.Neniu tendenco de degradkoncentriĝo estis observita en fipronil-traktado.Ne-celaj degradaj kunmetaĵoj estas plej ofte detektitaj en la korpo kun la plej alta terapiokoncentriĝo, sed la koncentriĝo estas malpli ol la koncentriĝo de tiuj ne-celaj kunmetaĵoj (vidu la sekvan sekcion por la koncentriĝo).Tial, ĉar ne-celaj degradaj komponaĵoj kutime ne estas detektitaj en la plej malalta traktado de fipronil, kaj ĉar la detektita koncentriĝo estas pli malalta ol la efika koncentriĝo en la plej alta traktado, oni konkludas, ke ĉi tiuj ne-celaj komponaĵoj havas minimuman efikon al la analizo.
En amaskomunikilaj eksperimentoj, bentaj makrosenvertebruloj estis sentemaj al fipronil, desulfinil, sulfone kaj sulfido [Tablo S1;originaj abundodatenoj estas disponigitaj en akompana datuma versio (35)].Fipronilamido estas nur por la muŝo Rhithrogena sp.Toksa (mortiga), ĝia EC50 estas 2.05μg/L [±10.8(SE)].Dozo-respondaj kurboj de 15 unikaj klasifik-grupoj estis generitaj.Ĉi tiuj klasifik-grupoj montris mortecon ene de la provita koncentriĝintervalo (Tablo S1), kaj celitaj grupigitaj klasifik-grupoj (kiel muŝoj) (Figuro S3) kaj riĉaj klasifik-grupoj (Figuro 1) Dozoresponda kurbo estis generita.La koncentriĝo (EC50) de fipronilo, desulfinilo, sulfono kaj sulfido sur la unikaj klasifik-grupoj de la plej sentemaj klasifik-grupoj varias de 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 kaj 0,005-0,043μg/L, respektive.Rhithrogena sp.Kaj Sweltsa sp.;Figuro S4) estas pli malaltaj ol la pli toleritaj klasifik-grupoj (kiel ekzemple Micropsectra / Tanytarsus kaj Lepidostoma sp.) (Tabelo S1).Laŭ la meza EC50 de ĉiu kunmetaĵo en Tabelo S1, sulfonoj kaj sulfidoj estas la plej efikaj kunmetaĵoj, dum senvertebruloj estas ĝenerale la malplej sentemaj al desulfinilo (ekskludante amidoj).Metrikoj de la ĝenerala ekologia statuso, kiel ekzemple taksonoj riĉeco, totala abundo, totala pentaploida kaj totala ŝtonmuŝo, inkluzive de klasifik-grupoj kaj la abundo de kelkaj klasifik-grupoj, tiuj estas tre maloftaj en mezo kaj ne povas esti kalkulitaj Desegnu apartan dozrespondan kurbon.Tial ĉi tiuj ekologiaj indikiloj inkluzivas taksonajn respondojn ne inkluzivitajn en la SSD.
Taxa riĉeco (larvo) kun tri-nivela loĝistika funkcio de (A) fipronil, (B) desulfinilo, (C) sulfono, kaj (D) sulfidkoncentriĝo.Ĉiu datenpunkto reprezentas larvojn de ununura rivereto ĉe la fino de la 30-taga mesoeksperimento.Taksono-riĉo estas la kalkulo de unikaj klasifik-grupoj en ĉiu rivereto.La koncentriĝvaloro estas la temp-peza mezumo de la observita koncentriĝo de ĉiu rivereto mezurita ĉe la fino de la 30-taga eksperimento.Fipronil-amido (ne montrita) havas neniun rilaton kun riĉaj klasifik-grupoj.Bonvolu noti, ke la x-akso estas sur logaritma skalo.EC20 kaj EC50 kun SE estas raportitaj en Tabelo S1.
Ĉe la plej alta koncentriĝo de ĉiuj kvin fipronil-kunmetaĵoj, la apero-rapideco de Uetridae malkreskis.La procento de ĝermado (EC50) de sulfido, sulfono, fipronil, amido kaj desulfinilo estis observita malpliiĝi je 50% ĉe la koncentriĝoj de 0.03, 0.06, 0.11, 0.78 kaj 0.97μg/L respektive (Figuro 2 kaj Figuro S5).En la plej multaj el la 30-tagaj eksperimentoj, ĉiuj traktadoj de fipronil, desulfinilo, sulfone kaj sulfido estis prokrastitaj, krom kelkaj malalt-koncentriĝintaj traktadoj (Figuro 2), kaj ilia aspekto estis malhelpita.En la amida traktado, la amasigita elfluo dum la tuta eksperimento estis pli alta ol tiu de la kontrolo, kun koncentriĝo de 0.286μg/litro.La plej alta koncentriĝo (4.164μg/litro) dum la tuta eksperimento malhelpis la elfluon, kaj la elflua indico de la meza traktado estis simila al tiu de la kontrolgrupo.(figuro 2).
Akumula apero estas la averaĝa ĉiutaga averaĝa apero de ĉiu traktado minus (A) fipronilo, (B) desulfinilo, (C) sulfono, (D) sulfido kaj (E) amido en la kontrolfluo La averaĝa ĉiutaga averaĝa apero de la membrano.Krom kontrolo (n = 6), n = 1. La koncentriĝvaloro estas la temp-peza mezumo de la observita koncentriĝo en ĉiu fluo.
La dozo-responda kurbo montras ke, krom taksonomiaj perdoj, strukturaj ŝanĝoj ĉe la komunuma nivelo.Specife, ene de la testa koncentriĝintervalo, la abundo de majo (Figuro S3) kaj taksona abundo (Figuro 1) montris signifajn doz-respondajn rilatojn kun fipronil, desulfinilo, sulfone kaj sulfido.Tial ni esploris kiel ĉi tiuj strukturaj ŝanĝoj kondukas al ŝanĝoj en komunuma funkcio per testado de la nutra kaskado.Eksponiĝo de akvaj senvertebruloj al fipronilo, desulfinilo, sulfido kaj sulfono havas rektan negativan efikon al la biomaso de la skrapilo (Figuro 3).Por kontroli la negativan efikon de fipronil sur la biomaso de la skrapilo, la skrapilo ankaŭ negative influis la klorofilan biomason (Figuro 3).La rezulto de tiuj negativaj padkoeficientoj estas neta pliiĝo en klorofilo a kiam la koncentriĝo de fipronil kaj degradantoj pliiĝas.Ĉi tiuj plene mediaciitaj vojmodeloj indikas, ke pliigita degenero de fipronil aŭ fipronil kondukas al pliigo de la proporcio de klorofilo a (Figuro 3).Oni supozas anticipe, ke la rekta efiko inter fipronil aŭ degradkoncentriĝo kaj klorofila biomaso estas nula, ĉar fipronil-kunmetaĵoj estas insekticidoj kaj havas malaltan rektan toksecon al algoj (ekzemple, la EPA akuta ne-vaskula plantobazliniokoncentriĝo estas 100μg/L). fipronil, disulfoxide grupo, sulfone kaj sulfido https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), Ĉiuj rezultoj (validaj modeloj) subtenas ĉi tion; hipotezo.
Fipronil povas signife redukti la biomason (rekta efiko) de paŝtado (skrapgrupo estas larvoj), sed havas neniun rektan efikon al la biomaso de klorofilo a.Tamen, la forta nerekta efiko de fipronil estas pliigi la biomason de klorofilo a en respondo al malpli da paŝtado.La sago indikas la normigitan vojokoeficienton, kaj la minussigno (-) indikas la direkton de asocio.* Indikas la gradon de graveco.
La tri SSD-oj (nur meza tavolo, meza tavolo plus ECOTOX-datumoj, kaj meza tavolo plus ECOTOX-datumoj korektitaj por diferencoj en malkovrodaŭro) produktis nominale malsamajn HC5-valorojn (Tablo S3), sed la rezultoj estis ene de la SE-gamo.En la resto de ĉi tiu studo, ni koncentriĝos pri la datuma SSD kun nur la mezo-universo kaj la rilata HC5-valoro.Por pli kompleta priskribo de ĉi tiuj tri SSD-taksoj, bonvolu raporti al la suplementaj materialoj (Tabeloj S2 ĝis S5 kaj Figuroj S6 kaj S7).La plej taŭga distribuo de datumoj (plej malalta Akaike-informnorma poentaro) de la kvar fipronil-kunmetaĵoj (Figuro 4) uzataj nur en la mezsolida SSD-mapo estas la log-gumbel de fipronil kaj sulfone, kaj la weibull de sulfido Kaj sensulfurigita γ ( Tabelo S3).La HC5-valoroj akiritaj por ĉiu kunmetaĵo estas raportitaj en Figuro 4 por la mezo-universo nur, kaj en Tabelo S3 la HC5-valoroj de ĉiuj tri SSD-datumaro estas raportitaj.La HC50-valoroj de fipronil, sulfido, sulfona kaj desulfinil-grupoj [22,1±8,78 ng/L (95% CI, 11,4 al 46,2), 16,9±3,38 ng/L (95% CI, 11,2 al 24,0), 8 80± 2.66 ng/L (95% CI, 5.44 ĝis 15.8) kaj 83.4±32.9 ng/L (95% CI, 36.4 ĝis 163)] Tiuj kunmetaĵoj estas signife pli malaltaj ol la EC50 taksonoj riĉeco (tutsumo de unikaj klasifik-grupoj) (Tablo S1). ; la notoj en la suplementa materiala tabelo estas mikrogramoj por litro).
En la mezskala eksperimento, kiam eksponite al (A) fipronil, (B) desulfinyl fipronil, (C) fipronil sulfone, (D) fipronil sulfido dum 30 tagoj, la specia sentemo estas priskribita Ĝi estas la EC50-valoro de taksono.La blua strekita linio reprezentas 95% CI.La horizontala punktlinio reprezentas HC5.La HC5-valoro (ng/L) de ĉiu komponaĵo estas kiel sekvas: Fipronil, 4,56 ng/L (95% CI, 2,59 ĝis 10,2);Sulfido, 3,52 ng/L (1,36 ĝis 9,20);Sulfono, 2,86 ng/ Litro (1,93 ĝis 5,29);kaj sulfinilo, 3,55 ng/litro (0,35 ĝis 28,4).Bonvolu noti, ke la x-akso estas sur logaritma skalo.
En la kvin regionaj studoj, Fipronil (gepatroj) estis detektita en 22% de la 444 kampo-specimenpunktoj (Tablo 1).La detekta ofteco de florfenib, sulfone kaj amido estas simila (18% ĝis 22% de la specimeno), la detekta ofteco de sulfido kaj desulfinilo estas pli malalta (11% ĝis 13%), dum la ceteraj degradadproduktoj estas tre altaj.Malmultaj (1% aŭ malpli) aŭ neniam detektita (Tabelo 1)..Fipronil estas plej ofte detektita en la sudoriento (52% de la ejoj) kaj malplej ofte en la nordokcidento (9% de la ejoj), kiu elstarigas la ŝanĝeblecon de benzopirazol-uzo kaj eblan riveretan vundeblecon trans la lando.Degradantoj kutime montras similajn regionajn padronojn, kun la plej alta detektofrekvenco en la sudoriento kaj la plej malsupra en nordokcidenta aŭ marborda Kalifornio.La mezurita koncentriĝo de fipronil estis la plej alta, sekvita de la gepatra kunmetaĵo fipronil (90% procento de 10.8 kaj 6.3 ng/L, respektive) (Tabelo 1) (35).La plej alta koncentriĝo de fipronil (61,4 ng/L), disulfinilo (10,6 ng/L) kaj sulfido (8,0 ng/L) estis determinita en la sudoriento (en la lastaj kvar semajnoj de la specimeno).La plej alta koncentriĝo de sulfono estis determinita en la okcidento.(15,7 ng/L), amido (42,7 ng/L), desulfinil flupirnamido (14 ng/L) kaj fipronil sulfonato (8,1 ng/L) (35).Florfenida sulfone estis la nura kunmetaĵo, kiu estis observita superi HC5 (Tablo 1).La mezaj ΣTUFipronils inter la diversaj regionoj multe varias (Tabelo 1).La landaveraĝo ΣTUFipronils estas 0.62 (ĉiuj lokoj, ĉiuj regionoj), kaj 71 ejoj (16%) havas ΣTUFipronils> 1, indikante ke ĝi povas esti toksa al bentaj makrosenvertebruloj.En kvar el la kvin regionoj studitaj (krom la Mezokcidento), ekzistas signifa rilato inter SPEARpesticidoj kaj ΣTUFipronil, kun alĝustigita R2 intervalanta de 0.07 laŭ la marbordo de Kalifornio ĝis 0.34 en la sudoriento (Figuro 5).
* Kunmetaĵoj uzataj en mezoskopaj eksperimentoj.†ΣTUFipronils, la mediano de la sumo de toksinunuoj [observita kampokoncentriĝo de kvar fipronil-kunmetaĵoj/danĝerkoncentriĝo de ĉiu kunmetaĵo de la kvina percentilo de la SSD-infektita specio (Figuro 4)] Por la semajnaj specimenoj de fipronil, la lastaj 4 semajnoj da pesticidaj specimenoj kolektitaj ĉe ĉiu loko estis kalkulitaj.‡La nombro da lokoj kie oni mezuras pesticidojn.§La 90-a percentilo baziĝas sur la maksimuma koncentriĝo observita surloke dum la lastaj 4 semajnoj da insekticida specimenigo.kun la procento de specimenoj provitaj.¶ Uzu la 95% CI de la HC5-valoro (Figuro 4 kaj Tabelo S3, nur mezo) por kalkuli la CI.Dechloroflupinib estis analizita en ĉiuj regionoj kaj neniam estis trovita.ND, ne detektita.
La toksa unuo de Fipronil estas la mezurita koncentriĝo de fipronil dividita per la komponaĵ-specifa HC5-valoro, kiu estas determinita de la SSD akirita de la amaskomunikila eksperimento (vidu Figuro 4).Nigra linio, ĝeneraligita aldona modelo (GAM).La ruĝa strekita linio havas CI de 95% por GAM.ΣTUFipronils estas konvertita al log10 (ΣTUFipronils+1).
La adversaj efikoj de fipronil sur necelaj akvaj specioj estis bone dokumentitaj (15, 21, 24, 25, 32, 33), sed ĉi tiu estas la unua studo en kiu ĝi estas sentema en kontrolita laboratoriomedio.La komunumoj de la klasifik-grupoj estis eksponitaj al fipronil-kunmetaĵoj, kaj la rezultoj estis ekstrapolitaj sur kontinenta skalo.La rezultoj de la 30-taga mezkosma eksperimento povas produkti 15 diskretajn akvajn insektajn grupojn (Tabelo S1) kun neraportita koncentriĝo en la literaturo, inter kiuj la akvaj insektoj en la toksecdatumbazo estas subreprezentitaj (53, 54).Klasifik-specifaj dozo-respondaj kurboj (kiel ekzemple EC50) estas reflektitaj en komunum-nivelaj ŝanĝoj (kiel ekzemple taksonoj riĉeco kaj povas flugi abundperdon) kaj funkciaj ŝanĝoj (kiel ekzemple nutraj kaskadoj kaj ŝanĝoj en aspekto).La efiko de la mezoskopa universo estis eksterpolita al la kampo.En kvar el la kvin esploraj areoj en Usono, la kampmezurita fipronil-koncentriĝo estis korelaciita kun la malkresko de la akva ekosistemo en la fluebla akvo.
La HC5-valoro de 95% de la specioj en la meza membraneksperimento havas protektan efikon, indikante ke totalaj akvaj senvertebrulkomunumoj estas pli sentemaj al fipronil-kunmetaĵoj ol antaŭe komprenite.La akirita HC5-valoro (florfenib, 4,56 ng/litro; desulfoksirano, 3,55 ng/litro; sulfone, 2,86 ng/litro; sulfido, 3,52 ng/litro) estas plurfoje (florfenib) al trioble Pli ol ordo de grandeco (desulfinilo). ) sub la nuna EPA kronika senvertebrulkomparnormo [fipronil, 11 ng/litro;desulfinilo, 10.310 ng/litro;sulfono, 37 ng/litro;kaj sulfido, por 110 ng/litro (8)].Mezoskopaj eksperimentoj identigis multajn grupojn kiuj estas sentemaj al fipronil anstataŭ tiuj indikitaj de la EPA kronika senvertebrulkomparnormo (4 grupoj kiuj estas pli sentemaj al fipronil, 13 paroj de desulfinilo, 11 paroj de sulfone kaj 13 paroj) Sulfidsentemo) (Figuro 4 kaj tabelo) S1).Tio montras, ke benchmarkoj ne povas protekti plurajn speciojn, kiuj ankaŭ estas observitaj en la meza mondo, kiuj ankaŭ estas disvastigitaj en akvaj ekosistemoj.La diferenco inter niaj rezultoj kaj la nuna komparnormo estas plejparte pro la manko de fipronil-toksectesto-datenoj aplikeblaj al gamo da akvaj insektaj taksonoj, precipe kiam la ekspontempo superas 4 tagojn kaj fipronil degradas.Dum la 30-taga mezokosma eksperimento, la plej multaj insektoj en la senvertebrulkomunumo estis pli sentemaj al fipronilo ol la komuna testa organismo azteka (krustaco), eĉ post korektado de la azteka La EC50 de Teike faras ĝin la sama post akra transformo.(Kutime 96 horoj) al kronika malkovrotempo (Figuro S7).Pli bona konsento estis atingita inter la meza membraneksperimento kaj la studo raportita en ECOTOX uzante la norman testan organismon Chironomus dilutus (insekto).Ne estas surprize, ke akvaj insektoj estas precipe sentemaj al insekticidoj.Sen ĝustigi la ekspontempon, la mezskala eksperimento kaj la ampleksaj datumoj de la datumbazo ECOTOX montris, ke multaj taksonoj estis observitaj pli sentemaj al fipronil-komponaĵoj ol diluita Clostridium (Figuro S6).Tamen, alĝustigante la ekspontempon, Dilution Clostridium estas la plej sentema organismo al fipronil (gepatro) kaj sulfido, kvankam ĝi ne estas sentema al sulfone (Figuro S7).Tiuj rezultoj ilustras la gravecon de inkludado de multoblaj specoj de akvaj organismoj (inkluzive de multoblaj insektoj) por produkti faktajn insekticidkoncentriĝojn kiuj povas protekti akvajn organismojn.
La SSD-metodo povas protekti maloftajn aŭ nesentemajn klasifik-grupojn kies EC50 ne povas esti determinita, kiel ekzemple Cinygmala sp., Isoperla fulva kaj Brachycentrus americanus.La EC50-valoroj de taksonoj abundo kaj eble flugi abundo reflektantaj ŝanĝojn en komunuma konsisto estas kongruaj kun la HC50-valoroj de la SSD de fipronil, sulfono kaj sulfido.La protokolo subtenas la sekvan ideon: La SSD-metodo uzata por derivi sojlojn povas protekti la tutan komunumon, inkluzive de maloftaj aŭ nesentemaj taksonoj en la komunumo.La sojlo de akvaj organismoj determinita de SSDoj bazitaj sur nur kelkaj klasifik-grupoj aŭ nesentemaj klasifik-grupoj povas esti tre nesufiĉa en protektado de akvaj ekosistemoj.Ĉi tiu estas la kazo por desulfinilo (Figuro S6B).Pro la manko de datumoj en la datumbazo ECOTOX, la EPA kronika senvertebrulbazliniokoncentriĝo estas 10,310 ng/L, kio estas kvar grandordoj pli alta ol la 3.55 ng/L de HC5.La rezultoj de malsamaj taksonaj respondaroj produktitaj en mezoskopaj eksperimentoj.La manko de toksecdatenoj estas precipe problema por degradeblaj kunmetaĵoj (Figuro S6), kio povas klarigi kial la ekzistantaj akvaj biologiaj komparnormoj por sulfono kaj sulfido estas proksimume 15 ĝis 30 fojojn malpli sentemaj ol la SSD HC5-valoro bazita sur Ĉina Universo.La avantaĝo de la meza membranmetodo estas, ke multoblaj EC50-valoroj povas esti determinitaj en ununura eksperimento, kio sufiĉas por formi kompletan SSD (ekzemple, desulfinilo; Figuro 4B kaj Figuro S6B kaj S7B), kaj havi gravan efikon. pri la naturaj klasifik-grupoj de la protektita ekosistemo Multaj respondoj.
Mezoskopaj eksperimentoj montras, ke fipronil kaj ĝiaj degradaj produktoj povas havi evidentajn submortigajn kaj nerektajn malutilojn al komunuma funkcio.En la mezoskopa eksperimento, ĉiuj kvin fipronil-kunmetaĵoj ŝajnis influi la aperon de insektoj.La rezultoj de la komparo inter la plej altaj kaj plej malaltaj koncentriĝoj (inhibicio kaj stimulo de individua apero aŭ ŝanĝoj en apertempo) kongruas kun la antaŭe raportitaj rezultoj de mezo-eksperimentoj uzantaj la insekticidan bifentrin (29).La apero de plenkreskuloj disponigas gravajn ekologiajn funkciojn kaj povas esti ŝanĝita per malpurigaĵoj kiel ekzemple fipronil (55, 56).Samtempa apero estas ne nur kritika por reproduktado de insektoj kaj loĝantara persisto, sed ankaŭ por liverado de maturaj insektoj, kiuj povas esti uzataj kiel manĝaĵo por akvaj kaj surteraj bestoj (56).Malhelpi la aperon de plantidoj povas negative influi la manĝinterŝanĝon inter akvaj ekosistemoj kaj riverbordaj ekosistemoj, kaj disvastigi la efikojn de akvaj malpurigaĵoj en terajn ekosistemojn (55, 56).La malkresko de la abundo de skrapiloj (algomanĝantaj insektoj) observita en la mezskala eksperimento rezultigis malpliiĝon de la konsumo de algoj, kio rezultigis pliiĝon de klorofilo a (Figuro 3).Ĉi tiu trofa kaskado ŝanĝas la fluojn de karbono kaj nitrogeno en la likva manĝreto, simile al studo, kiu taksis la efikojn de piretroida bifentrino sur bentaj komunumoj (29).Tial, fenilpirazoloj, kiel ekzemple fipronil kaj ĝiaj degradaj produktoj, piretroidoj, kaj eble aliaj specoj de insekticidoj, povas nerekte antaŭenigi la pliiĝon en alga biomaso kaj la perturbon de karbono kaj nitrogeno en malgrandaj riveretoj.Aliaj efikoj povas etendiĝi al la detruo de karbono kaj nitrogencikloj inter akvaj kaj surteraj ekosistemoj.
La informoj akiritaj de la mezmembrantesto permesis al ni taksi la ekologian gravecon de fipronil-kunmetitaj koncentriĝoj mezuritaj en grandskalaj kampaj studoj faritaj en kvin regionoj de Usono.En 444 malgrandaj riveretoj, 17% de la averaĝa koncentriĝo de unu aŭ pluraj fipronil-komponaĵoj (averaĝe dum 4 semajnoj) superis la HC5-valoron akiritan de la amaskomunikila testo.Uzu la SSD de la mezskala eksperimento por konverti la mezuran koncentriĝon de fipronil-komponaĵo en toksec-rilatan indicon, tio estas, la sumon de toksecunuoj (ΣTUFipronils).La valoro de 1 indikas toksecon aŭ la akumula ekspozicio de fipronil-komponaĵo superas la konatan protekton Specioj valoras 95%.La signifa rilato inter ΣTUFipronil en kvar el la kvin regionoj kaj la SPEARpesticides-indikilo de senvertebrulkomunuma sano indikas, ke fipronil povas negative influi bentajn senvertebrulojn en riveroj en multoblaj regionoj de Usono.Tiuj rezultoj apogas la hipotezon de Wolfram et al.(3) La risko de fenpirazol-insekticidoj al surfacaj akvoj en Usono ne estas plene komprenita ĉar la efiko al akvaj insektoj okazas sub la nuna reguliga sojlo.
Plej multaj riveretoj kun enhavo de fipronil super la toksa nivelo situas en la relative urbanizita sudorienta regiono (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).La antaŭa takso de la areo ne nur konkludis, ke fipronilo estas la ĉefa streĉilo influanta la senvertebrulkomunuman strukturon en la rivereto, sed ankaŭ ke malalta dissolvita oksigeno, pliigitaj nutraĵoj, fluŝanĝoj, habitatodegenero kaj aliaj insekticidoj kaj La malpuriga kategorio estas grava. fonto de streso (57).Ĉi tiu miksaĵo de stresistoj kongruas kun la "urba rivera sindromo", kiu estas la degenero de riverekosistemoj ofte observitaj rilate al urba kultivado (58, 59).Urbaj teruzosignoj en la Sudorienta regiono kreskas kaj estas atenditaj pliiĝi dum la populacio de la regiono kreskas.La efiko de estonta urba evoluo kaj pesticidoj sur urba drenaĵo estas atendita pliiĝi (4).Se urbigo kaj la uzo de fipronil daŭre kreskas, la uzo de ĉi tiu insekticido en grandurboj povas ĉiam pli influi flukomunumojn.Kvankam la meta-analizo konkludas, ke la uzo de agrikulturaj insekticidoj minacas tutmondajn fluajn ekosistemojn (2, 60), ni supozas, ke ĉi tiuj taksoj subtaksas la ĝeneralan tutmondan efikon de insekticidoj ekskludante urbaj uzoj.
Diversaj stresiloj, inkluzive de insekticidoj, povas influi makrosenvertebrulajn komunumojn en evoluintaj akvodislimoj (urba, agrikultura kaj miksita teruzo) kaj povas esti rilataj al teruzo (58, 59, 61).Kvankam ĉi tiu studo uzis la SPEARpesticides-indikilon kaj akvan organismon-specifajn toksecajn karakterizaĵojn de fipronil por minimumigi la efikon de konfuzaj faktoroj, la agado de la SPEARpesticides-indikilo povas esti tuŝita de habitatodegenero, kaj fipronil povas esti komparita kun aliaj Pesticidoj rilataj (4, 17, 51, 57).Tamen, multobla stresormodelo evoluigita uzante kampmezuradojn de la unuaj du regionaj studoj (Mezokcidenta kaj Sudorienta) montris ke insekticidoj estas grava kontraŭflua stresor por makrosenvertebrulkomunumkondiĉoj en vadado de riveroj.En tiuj modeloj, gravaj klarigaj variabloj inkludas insekticidojn (precipe bifentrin), nutraĵojn kaj vivejkarakterizaĵojn en la plej multaj agrikulturaj riveretoj en la Mezokcidento, kaj insekticidojn (aparte fipronil) en la plej multaj grandurboj en la sudoriento.Ŝanĝoj en oksigeno, nutraĵoj kaj fluo (61, 62).Tial, kvankam regionaj studoj provas trakti la efikon de ne-pesticidaj streĉiloj sur respondaj indikiloj kaj ĝustigi la prognozajn indikilojn por priskribi la efikon de fipronil, la kampaj rezultoj de ĉi tiu enketo subtenas la opinion de fipronil.) Devus esti konsiderita unu el la plej influaj fontoj de premo en amerikaj riveroj, precipe en la sudorienta Usono.
La okazo de insekticiddegenero en la medio malofte estas dokumentita, sed la minaco al akvaj organismoj povas esti pli damaĝa ol la gepatra korpo.En la kazo de fipronil, kampaj studoj kaj mezskalaj eksperimentoj montris, ke degradaj produktoj estas same oftaj kiel la gepatra korpo en la provitaj riveretoj kaj havas la saman aŭ pli altan toksecon (Tablo 1).En la meza membraneksperimento, fluorobenzonitrilsulfono estis la plej toksa el la insekticidaj degenerproduktoj studitaj, kaj ĝi estis pli toksa ol la gepatrokunmetaĵo, kaj ankaŭ estis detektita kun frekvenco simila al tiu de la gepatra kunmetaĵo.Se nur la gepatraj insekticidoj estas mezuritaj, eblaj tokseckazaĵoj eble ne estas rimarkitaj, kaj la relativa manko de toksecinformoj dum insekticiddegenero signifas ke ilia okazo kaj sekvoj povas esti ignoritaj.Ekzemple, pro manko de informoj pri la tokseco de degenerproduktoj, ampleksa takso de insekticidoj en svisaj riveretoj estis aranĝita, inkluzive de 134 insekticidaj degradadproduktoj, kaj nur la gepatra kunmetaĵo estis konsiderita la gepatra kunmetaĵo en sia ekotoksologia riska takso.
La rezultoj de ĉi tiu ekologia riska takso indikas, ke fipronil-kunmetaĵoj havas malfavorajn efikojn al riversano, do oni povas racie konkludi, ke malfavoraj efikoj povas esti observitaj ie ajn kie fipronil-komponaĵoj superas la HC5-nivelon.La rezultoj de mezoskopaj eksperimentoj estas sendependaj de loko, indikante ke la koncentriĝo de fipronil kaj ĝiaj degenerproduktoj en multaj fluaj taksonoj estas multe pli malalta ol antaŭe registrite.Ni kredas, ke ĉi tiu malkovro verŝajne etendiĝos al la protobioto en netuŝitaj riveretoj ie ajn.La rezultoj de la mezskala eksperimento estis aplikitaj al grandskalaj kampaj studoj (444 malgrandaj riveretoj kunmetitaj de urbaj, agrikulturaj, kaj termiksitaj uzoj trans kvin gravaj regionoj en Usono), kaj estis trovite ke la koncentriĝo de multaj riveretoj kie fipronilo estis detektita estas atendita La rezulta tokseco sugestas, ke ĉi tiuj rezultoj povas etendiĝi al aliaj landoj kie fipronilo estas uzata.Laŭ raportoj, la nombro da homoj uzantaj Fipronil pliiĝas en Japanio, Britio kaj Usono (7).Fipronil ĉeestas sur preskaŭ ĉiuj kontinentoj, inkluzive de Aŭstralio, Sudameriko kaj Afriko (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).La rezultoj de la mezo-al-kampaj studoj prezentitaj ĉi tie indikas ke la uzo de fipronil povas havi ekologian signifon sur tutmonda skalo.
Por suplementaj materialoj por ĉi tiu artikolo, bonvolu vidi http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Ĉi tio estas libera alira artikolo distribuita laŭ la kondiĉoj de la Krea Komunaĵo Atribuite-Ne-Komerca Licenco, kiu permesas la uzon, distribuon kaj reproduktadon en ajna medio, kondiĉe ke la fina uzo ne estas por komerca gajno kaj la premiso estas ke la originala verko estas ĝusta.Referenco.
Noto: Ni nur petas vin provizi vian retadreson por ke la persono, kiun vi rekomendas al la paĝo, sciu, ke vi volas, ke ili vidu la retpoŝton kaj ke ĝi ne estas spamo.Ni ne kaptos retpoŝtadresojn.
Ĉi tiu demando estas uzata por provi ĉu vi estas vizitanto kaj malhelpi aŭtomatan sendadon de spamado.
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
Studoj montris ke oftaj insekticidoj kiuj estas ofte detektitaj en amerikaj riveretoj estas pli toksaj ol antaŭe pensis.
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
Studoj montris ke oftaj insekticidoj kiuj estas ofte detektitaj en amerikaj riveretoj estas pli toksaj ol antaŭe pensis.
©2021 Amerika Asocio por la Akcelo de Scienco.ĉiuj rajtoj rezervitaj.AAAS estas partnero de HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef kaj COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.