Pesticidi u potocima sve više postaju globalna briga, ali malo je informacija o sigurnoj koncentraciji vodenih ekosustava.U 30-dnevnom mezokozmičkom eksperimentu, izvorni bentoski vodeni beskralješnjaci bili su izloženi uobičajenom insekticidu fipronilu i četiri vrste proizvoda razgradnje.Spoj fipronil uzrokovao je promjene u nicanju i trofičkoj kaskadi.Razvijena je učinkovita koncentracija (EC50) pri kojoj fipronil i njegovi produkti razgradnje sulfida, sulfona i desulfinila uzrokuju odgovor od 50%.Taksani nisu osjetljivi na fipronil.Koncentracija opasnosti od 5% zahvaćene vrste iz 15 mezokozmičkih EC50 vrijednosti koristi se za pretvorbu koncentracije spoja fipronila u terenskom uzorku u zbroj toksičnih jedinica (∑TUFipronili).U 16% tokova izvučenih iz pet regionalnih studija, prosječni ∑TUFipronil premašio je 1 (što ukazuje na toksičnost).Pokazatelji beskralješnjaka rizičnih vrsta negativno su povezani s TUTUipronilom u četiri od pet područja uzorkovanja.Ova procjena ekološkog rizika pokazuje da će niske koncentracije spojeva fipronila smanjiti zajednice potoka u mnogim dijelovima Sjedinjenih Država.
Iako je proizvodnja sintetičkih kemikalija uvelike porasla posljednjih desetljeća, utjecaj tih kemikalija na neciljane ekosustave nije u potpunosti shvaćen (1).U površinskim vodama gdje je izgubljeno 90% globalnog poljoprivrednog zemljišta, nema podataka o poljoprivrednim pesticidima, ali tamo gdje postoje podaci, vrijeme da pesticidi prijeđu regulatorne pragove je upola (2).Meta-analiza poljoprivrednih pesticida u površinskim vodama u Sjedinjenim Državama otkrila je da je u 70% mjesta uzorkovanja barem jedan pesticid premašio regulatorni prag (3).Međutim, ove meta-analize (2, 3) usredotočuju se samo na površinske vode na koje utječe korištenje poljoprivrednog zemljišta i sažetak su zasebnih studija.Pesticidi, posebice insekticidi, također postoje u visokim koncentracijama u odvodnji urbanog krajolika (4).Rijetko je provesti sveobuhvatnu procjenu pesticida u površinskim vodama ispuštenim iz poljoprivrede i urbanih krajolika;stoga nije poznato predstavljaju li pesticidi veliku prijetnju resursima površinskih voda i njihovoj ekološkoj cjelovitosti.
Benzopirazoli i neonikotinoidi činili su trećinu svjetskog tržišta pesticida u 2010. (5).U površinskim vodama SAD-a fipronil i produkti njegove razgradnje (fenilpirazoli) najčešći su pesticidni spojevi, a njihove koncentracije obično prelaze vodene standarde (6-8).Iako su neonikotinoidi privukli pozornost zbog svojih učinaka na pčele i ptice i njihove prevalencije (9), fipronil je otrovniji za ribe i ptice (10), dok drugi spojevi iz klase fenilpirazola imaju herbicidne učinke (5).Fipronil je sistemični insekticid koji se koristi za suzbijanje štetnika u urbanim i poljoprivrednim sredinama.Otkako je fipronil ušao na svjetsko tržište 1993., uporaba fipronila u Sjedinjenim Američkim Državama, Japanu i Ujedinjenom Kraljevstvu znatno je porasla (5).U Sjedinjenim Državama, fipronil se koristi za suzbijanje mrava i termita, a koristi se u usjevima uključujući kukuruz (uključujući tretiranje sjemena), krumpir i voćnjake (11, 12).Poljoprivredna uporaba fipronila u Sjedinjenim Državama dosegla je vrhunac 2002. (13).Iako nisu dostupni podaci o nacionalnoj urbanoj uporabi, urbana uporaba u Kaliforniji dosegla je vrhunac 2006. i 2015. (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, pristupljeno 2. prosinca 2019.).Iako su visoke koncentracije fipronila (6,41 μg/L) pronađene u potocima u nekim poljoprivrednim područjima s visokim stopama primjene (14), u usporedbi s poljoprivrednim potocima, gradski potoci u Sjedinjenim Državama općenito imaju veću detekciju i veće visoke koncentracije, pozitivne za pojava oluja povezana je s testom (6, 7, 14-17).
Fipronil ulazi u vodeni ekosustav otjecanjem ili ispiranjem iz tla u potok (7, 14, 18).Fipronil ima nisku hlapljivost (konstanta Henryjevog zakona 2,31×10-4 Pa m3 mol-1), nisku do umjerenu topljivost u vodi (3,78 mg/l na 20°C) i umjerenu hidrofobnost (log Kow je 3,9 do 4,1)), pokretljivost u tlu je vrlo mala (log Koc je 2,6 do 3,1) (12, 19) i pokazuje nisku do srednju postojanost u okolišu (20).Finazepril se razgrađuje fotolizom, oksidacijom, hidrolizom i redukcijom ovisnom o pH, stvarajući četiri glavna produkta razgradnje: dessulfoksifenapril (nor sulfoksid), fenaprenip sulfon (sulfon), filofenamid (amid) i filofenib sulfid (sulfid).Produkti razgradnje fipronila obično su stabilniji i trajniji od matičnog spoja (21, 22).
Toksičnost fipronila i njegova razgradnja u neciljane vrste (kao što su vodeni beskralježnjaci) dobro je dokumentirana (14, 15).Fipronil je neurotoksični spoj koji ometa prolaz kloridnih iona kroz kloridni kanal reguliran gama-aminomaslačnom kiselinom kod insekata, što rezultira dovoljnom koncentracijom da izazove pretjerano uzbuđenje i smrt (20).Fipronil je selektivno toksičan, pa ima veći afinitet vezanja na receptore za insekte nego za sisavce (23).Insekticidno djelovanje produkata razgradnje fipronila je različito.Toksičnost sulfona i sulfida za slatkovodne beskralješnjake slična je ili veća od one kod matičnog spoja.Desulfinil ima umjerenu toksičnost, ali je manje toksičan od matičnog spoja.Relativno netoksičan (23, 24).Osjetljivost vodenih beskralješnjaka na fipronil i razgradnju fipronila uvelike varira unutar i između taksona (15), au nekim slučajevima čak premašuje red veličine (25).Konačno, postoje dokazi da su fenilpirazoli toksičniji za ekosustav nego što se dosad mislilo (3).
Vodene biološke referentne vrijednosti temeljene na laboratorijskim ispitivanjima toksičnosti mogu podcijeniti rizik populacija na terenu (26-28).Vodeni standardi obično se uspostavljaju laboratorijskim ispitivanjem toksičnosti jedne vrste uz korištenje jedne ili više vrsta vodenih beskralješnjaka (na primjer, Diptera: Chironomidae: Chironomus i Crustacea: Daphnia magna i Hyalella azteca).Ove testne organizme općenito je lakše uzgajati od drugih bentoskih makrobeskralježnjaka (na primjer, rod phe ::), au nekim su slučajevima manje osjetljivi na zagađivače.Na primjer, D. Magna je manje osjetljiva na mnoge metale od određenih insekata, dok je A. zteca manje osjetljiva na piretroidni insekticid bifentrin nego njezina osjetljivost na crve (29, 30).Drugo ograničenje postojećih referentnih vrijednosti su krajnje točke koje se koriste u izračunima.Akutne referentne vrijednosti temelje se na smrtnosti (ili fiksne za rakove), dok se kronične referentne vrijednosti obično temelje na subletalnim krajnjim točkama (kao što su rast i reprodukcija) (ako postoje).Međutim, postoje široko rasprostranjeni subletalni učinci, kao što su rast, nicanje, paraliza i kašnjenje u razvoju, koji mogu utjecati na uspjeh taksona i dinamiku zajednice.Kao rezultat toga, iako referentna vrijednost pruža pozadinu biološke važnosti učinka, ekološka relevantnost kao prag za toksičnost nije sigurna.
Kako bi se bolje razumjeli učinci spojeva fipronila na bentoske vodene ekosustave (beskralješnjake i alge), prirodne bentoske zajednice dovedene su u laboratorij i izložene koncentracijskim gradijentima tijekom 30-dnevnog protoka fipronila ili jednog od četiri pokusa razgradnje fipronila.Cilj istraživanja je proizvesti 50% učinak koncentracije specifične za vrstu (vrijednost EC50) za svaki spoj fipronila koji predstavlja široku taksonomsku skupinu riječne zajednice i odrediti utjecaj onečišćujućih tvari na strukturu i funkciju zajednice [tj. koncentracija opasnosti] 5 % pogođenih vrsta (HC5) i neizravnih učinaka kao što je promijenjeno nicanje i trofička dinamika].Zatim je prag (vrijednost HC5 specifična za spoj) dobiven iz mezoskopskog eksperimenta primijenjen na polje koje je prikupio Geološki institut Sjedinjenih Država (USGS) iz pet regija Sjedinjenih Država (sjeveroistok, jugoistok, srednji zapad, sjeverozapadni Pacifik i središnja Kalifornija Coastal Zone) Data) kao dio regionalne procjene kvalitete toka USGS-a (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Kako doznajemo, ovo je prva procjena ekološkog rizika.Sveobuhvatno istražuje učinke spojeva fipronila na bentoske organizme u kontroliranom mezookolišu, a zatim primjenjuje te rezultate na terenske procjene na kontinentalnoj razini.
30-dnevni mezokozmički eksperiment proveden je u USGS Aquatic Laboratory (AXL) u Fort Collinsu, Colorado, SAD, od 18. listopada do 17. studenog 2017., za 1 dan pripitomljavanja i 30 dana pokusa.Metoda je prethodno opisana (29, 31) i detaljno opisana u dodatnom materijalu.Postavka mezo prostora sadrži 36 cirkulirajućih tokova u četiri aktivna toka (cirkulirajući spremnici vode).Svaki živi tok opremljen je hladnjakom za održavanje temperature vode i osvijetljen je ciklusom svijetlo-tamno 16:8.Protok na mezo razini je od nehrđajućeg čelika, koji je prikladan za hidrofobnost fipronila (log Kow = 4,0) i prikladan za organska otapala za čišćenje (Slika S1).Voda korištena za eksperiment na mezo skali prikupljena je iz rijeke Cache La Poudre (uzvodni izvori uključujući Nacionalni park Rocky Mountain, Nacionalnu šumu i Continental Divide) i pohranjena u četiri polietilenska spremnika AXL-a.Prethodne procjene uzoraka sedimenta i vode prikupljenih s lokacije nisu pronašle nikakve pesticide (29).
Dizajn eksperimenta na mezo skali sastoji se od 30 tokova obrade i 6 tokova kontrole.Struja za obradu prima pročišćenu vodu, od kojih svaka sadrži neponovljene konstantne koncentracije spojeva fipronila: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amid (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), skupina za odsumporavanje [Biblioteka pesticida Američke agencije za zaštitu okoliša (EPA), CAS 205650-65-3], sulfon (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) i sulfid (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); sve čistoće ≥ 97,8% prema objavljenim vrijednostima odgovora (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33) otapanjem spoja fipronila u metanolu (Thermo Fisher Scientific, razina certifikata Američkog kemijskog društva) i razrijediti. s deioniziranom vodom do potrebnog volumena za pripremu koncentrirane osnovne otopine, jer je količina metanola u dozi različita, potrebno je dodati metanol svim strujama za obradu kako bi se osigurala ista koncentracija metanola (. 0,05 ml/L) u središnjim potocima ostala tri kontrolna potoka primila su riječnu vodu bez metanola, inače su tretirana kao i svi ostali potoci.
8. dan, 16. dan i 26. dan mjerena je temperatura, pH vrijednost, električna vodljivost i razgradnja fipronila i fipronila u protočnoj membrani.Kako bi se pratila razgradnja matičnog spoja fipronila tijekom testa medija, fipronil (roditelji) je korišten za tretiranje tekuće crijevne sluznice još tri dana [5., 12. i 21. dan (n = 6)] za temperaturu, pH, Uzorkovanje vodljivosti, fipronila i razgradnje fipronila.Uzorci za analizu pesticida prikupljeni su filtriranjem 10 ml tekuće vode u bočicu od jantarnog stakla od 20 ml kroz Whatman 0,7-μm GF/F filter štrcaljke opremljen iglom velikog promjera.Uzorci su odmah zamrznuti i poslani u Nacionalni laboratorij za kvalitetu vode USGS (NWQL) u Lakewoodu, Colorado, SAD na analizu.Koristeći poboljšanu metodu prethodno objavljene metode, fipronil i 4 produkta razgradnje u uzorcima vode određeni su izravnom vodenom injekcijom (DAI) tekućinskom kromatografijom-tandemskom masenom spektrometrijom (LC-MS / MS; Agilent 6495).Procjenjuje se da je razina detekcije instrumenta (IDL) minimalni kalibracijski standard koji zadovoljava standard kvalitativne identifikacije;IDL fipronila je 0,005 μg/L, a IDL ostala četiri fipronila je 0,001 μg/L.Dodatni materijal pruža potpuni opis metoda korištenih za mjerenje spojeva fipronila, uključujući postupke kontrole i osiguranja kvalitete (na primjer, izdvajanje uzorka, skokovi, inspekcije treće strane i slijepe probe).
Na kraju 30-dnevnog mezokozmičkog eksperimenta dovršeno je prebrojavanje i identifikacija odraslih beskralježnjaka i ličinki (glavna krajnja točka prikupljanja podataka).Odrasle jedinke koje se pojavljuju skupljaju se iz mreže svaki dan i zamrzavaju u čistoj Falcon epruveti za centrifugu od 15 ml.Na kraju pokusa (30. dan), sadržaj membrane u svakom mlazu je opran kako bi se uklonili svi beskralježnjaci, prosijan (250 μm) i pohranjen u 80% etanolu.Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) dovršio je taksonomsku identifikaciju ličinki i odraslih beskralješnjaka na najnižu moguću taksonomsku razinu, obično vrstu.Dana 9, 19 i 29, klorofil a je mjeren u tri primjerka u mezoskopskoj membrani svakog toka.Svi kemijski i biološki podaci u sklopu mezoskopskog eksperimenta navedeni su u popratnoj objavi podataka (35).
Ekološka istraživanja provedena su u malim (plivim) potocima u pet velikih područja Sjedinjenih Država, a pesticidi su praćeni tijekom prethodnog indeksnog razdoblja.Ukratko, na temelju korištenja poljoprivrednog i urbanog zemljišta (36-40), odabrano je 77 do 100 lokacija u svakoj regiji (ukupno 444 lokacije).Tijekom proljeća i ljeta jedne godine (2013.-2017.), uzorci vode se prikupljaju jednom tjedno u svakoj regiji tijekom 4 do 12 tjedana.Konkretno vrijeme ovisi o regiji i intenzitetu razvoja.Međutim, 11 postaja u sjeveroistočnoj regiji gotovo su u slivu.Nema razvoja, osim što je prikupljen samo jedan uzorak.Budući da su razdoblja praćenja pesticida u regionalnim studijama različita, za usporedbu, ovdje su uzeta u obzir samo posljednja četiri uzorka prikupljena na svakoj lokaciji.Pretpostavlja se da jedan uzorak prikupljen na nerazvijenoj sjeveroistočnoj lokaciji (n = 11) može predstavljati razdoblje uzorkovanja od 4 tjedna.Ova metoda dovodi do istog broja promatranja pesticida (osim za 11 lokacija na sjeveroistoku) i jednakog trajanja promatranja;vjeruje se da je 4 tjedna dovoljno dugo za dugotrajnu izloženost bioti, ali dovoljno kratko da se ekološka zajednica ne bi trebala oporaviti od ovih kontakata.
U slučaju dovoljnog protoka, uzorak vode se skuplja uz pomoć konstantne brzine i konstantnih povećanja širine (41).Kada protok nije dovoljan za korištenje ove metode, možete prikupiti uzorke dubokom integracijom uzoraka ili grabljenjem iz težišta protoka.Upotrijebite štrcaljku velikog promjera i disk filtar (0,7 μm) za prikupljanje 10 ml filtriranog uzorka (42).Putem DAI LC-MS/MS/MS/MS, uzorci vode analizirani su na NWQL na 225 pesticida i proizvoda razgradnje pesticida, uključujući fipronil i 7 proizvoda razgradnje (dessulfinil fipronil, fipronil) Sulfidi, fipronil sulfon, desklorofipronil, destiol fipronil, amid, fipronil i fipronil).).Tipične minimalne razine prijavljivanja za terenske studije su: fipronil, desmetiltio fluorobenzonitril, fipronil sulfid, fipronil sulfon i desklorofipronil 0,004 μg/L;dessulfinil fluorfenamid i Koncentracija fipronil amida je 0,009 μg/litri;koncentracija fipronil sulfonata je 0,096 μg/litri.
Zajednice beskralješnjaka uzorkuju se na kraju svake studije područja (proljeće/ljeto), obično u isto vrijeme kada je uzeto posljednji uzorak pesticida.Nakon vegetacijske sezone i velike uporabe pesticida, vrijeme uzorkovanja treba biti u skladu s uvjetima malog protoka i mora se podudarati s vremenom kada zajednica riječnih beskralježnjaka sazrijeva i uglavnom je u životnoj fazi ličinki.Korištenjem uzorkivača Surber s mrežom od 500 μm ili mrežom D-okvira, uzorkovanje zajednice beskralješnjaka dovršeno je na 437 od 444 mjesta.Metoda uzorkovanja detaljno je opisana u dodatnom materijalu.Na NWQL-u su svi beskralježnjaci obično identificirani i navedeni na razini roda ili vrste.Svi kemijski i biološki podaci prikupljeni u ovom području i korišteni u ovom rukopisu mogu se pronaći u popratnom priopćenju podataka (35).
Za pet spojeva fipronila korištenih u mezoskopskom pokusu, koncentracija ličinki beskralježnjaka smanjena je za 20% ili 50% u odnosu na kontrolu (tj. EC20 i EC50).Podaci [x = vremenski ponderirana koncentracija fipronila (pogledajte dodatni materijal za detalje), y = obilje ličinki ili druge metrike] prilagođeni su proširenom paketu R(43) korištenjem metode logaritamske regresije s tri parametra "drc".Krivulja odgovara svim vrstama (ličinkama) s dovoljnom brojnošću i zadovoljava druge metrike od interesa (na primjer, bogatstvo svojti, ukupna brojnost svibanjki i ukupna brojnost) za daljnje razumijevanje učinka zajednice.Nash-Sutcliffov koeficijent (45) koristi se za procjenu prilagodbe modela, pri čemu loša prilagodba modela može dobiti beskonačne negativne vrijednosti, a vrijednost savršenog prilagodbe je 1.
Kako bi se istražili učinci spojeva fipronila na pojavu insekata u eksperimentu, podaci su procijenjeni na dva načina.Prvo, oduzimanjem prosječnog izgleda kontrolnog mezo toka od izgleda svakog mezo toka tretmana, kumulativna dnevna pojava insekata iz svakog mezo toka (ukupan broj svih jedinki) normalizirana je na kontrolu.Nacrtajte ove vrijednosti u odnosu na vrijeme kako biste razumjeli odstupanje medijatora tekućine za liječenje od medijatora kontrolne tekućine u 30-dnevnom eksperimentu.Drugo, izračunajte ukupni postotak pojave svakog mezofila protoka, koji se definira kao omjer ukupnog broja mezofila u danom protoku i prosječnog broja ličinki i odraslih jedinki u kontrolnoj skupini, a prikladan je za logaritamsku regresiju s tri parametra .Svi prikupljeni kukci klijanja bili su iz dvije potporodice obitelji Chironomidae, pa je provedena kombinirana analiza.
Promjene u strukturi zajednice, kao što je gubitak taksona, mogu u konačnici ovisiti o izravnim i neizravnim učincima otrovnih tvari i mogu dovesti do promjena u funkciji zajednice (na primjer, trofička kaskada).Kako bi se testirala trofička kaskada, procijenjena je jednostavna uzročna mreža pomoću metode analize putanje (R paket "piecewiseSEM") (46).Za mezoskopske pokuse pretpostavlja se da fipronil, desulfinil, sulfid i sulfon (nije ispitani amid) u vodi za smanjenje biomase strugača neizravno dovode do povećanja biomase klorofila a (47).Koncentracija spoja je varijabla predviđanja, a strugač i biomasa klorofila varijable odgovora.Fisherova C statistika koristi se za procjenu prilagodbe modela, tako da P vrijednost <0,05 označava dobru prilagodbu modela (46).
Kako bi se razvilo sredstvo za zaštitu praga eko-zajednice koje se temelji na riziku, svaki je spoj postigao 95% distribucije osjetljivosti kronične vrste (SSD) zahvaćene vrste (HC5) i zaštite koncentracije opasnosti.Generirana su tri skupa podataka SSD-a: (i) samo skup mezo podataka, (ii) skup podataka koji sadrži sve mezo podatke i podatke prikupljene iz EPA ECOTOX upita baze podataka (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, kojem se pristupa na 14. ožujka 2019.), trajanje studije je 4 dana ili dulje, i (iii) skup podataka koji sadrži sve mezoskopske podatke i podatke ECOTOX-a, u kojem podaci ECOTOX-a (akutna izloženost) podijeljeni omjerom akutne i kronične D. magna ( 19.39) kako bi se objasnila razlika u trajanju izloženosti i približno odredila kronična vrijednost EC50 (12).Naša svrha generiranja višestrukih SSD modela je (i) razviti HC5 vrijednosti za usporedbu s terenskim podacima (samo za SSD za medije) i (ii) procijeniti da su medijski podaci šire prihvaćeni od regulatornih agencija za uključivanje u akvakulturu. robusnost životnih mjerila i standardno postavljanje izvora podataka, a time i izvedivost korištenja mezoskopskih studija za proces prilagodbe.
SSD je razvijen za svaki skup podataka korištenjem R paketa “ssdtools” (48).Upotrijebite bootstrap (n = 10 000) za procjenu HC5 prosjeka i intervala pouzdanosti (CI) sa SSD-a.Četrdeset devet odgovora svojti (sve taksone identificirane kao rod ili vrsta) razvijenih ovim istraživanjem kombiniraju se s odgovorima 32 taksona sastavljenima iz šest objavljenih studija u bazi podataka ECOTOX, za ukupno 81 odgovor taksona koji se može koristiti za razvoj SSD-a .Budući da u ECOTOX bazi podataka o amidima nisu pronađeni podaci, SSD nije razvijen za amide i samo je jedan EC50 odgovor dobiven iz trenutne studije.Iako je u ECOTOX bazi pronađena EC50 vrijednost samo jedne sulfidne skupine, trenutni apsolvent ima 12 EC50 vrijednosti.Stoga su razvijeni SSD-ovi za sulfinilne skupine.
Specifične HC5 vrijednosti fipronilnih spojeva dobivene samo iz SSD skupa podataka Mesocosmosa kombinirane su s terenskim podacima kako bi se procijenila izloženost i potencijalna toksičnost fipronilnih spojeva u 444 toka iz pet regija u Sjedinjenim Državama.U posljednja 4 tjedna uzorkovanja, svaka koncentracija otkrivenih spojeva fipronila (neotkrivene koncentracije su nula) dijeli se s odgovarajućim HC5, a omjer spoja svakog uzorka zbraja se kako bi se dobila jedinica ukupne toksičnosti fipronila (ΣTUFipronili), gdje ΣTUFipronili> 1 znači toksičnost.
Usporedbom koncentracije opasnosti od 50% zahvaćene vrste (HC50) s EC50 vrijednošću bogatstva svojti izvedenom iz eksperimenta s srednjom membranom, SSD dobiven iz podataka srednje membrane procijenjen je kako bi odražavao osjetljivost šire ekološke zajednice na fipronil stupanj..Kroz ovu usporedbu može se procijeniti dosljednost između SSD metode (uključujući samo one svojte s odnosom doza-odgovor) i metode EC50 (uključujući sve jedinstvene svojte opažene u srednjem prostoru) koristeći EC50 metodu mjerenja bogatstva svojti. Spol.Odnos doze i odgovora.
Izračunat je indikator vrste rizika od pesticida (SPEARpesticides) kako bi se istražio odnos između zdravstvenog statusa zajednica beskralješnjaka i ΣTUFipronila u 437 potoka beskralježnjaka.SPEARpesticides metrika pretvara sastav beskralješnjaka u metriku obilja za biološku taksonomiju s fiziološkim i ekološkim karakteristikama, čime se prenosi osjetljivost na pesticide.Indikator pesticida SPEAR nije osjetljiv na prirodne kovarijable (49, 50), iako će na njegovu izvedbu utjecati ozbiljna degradacija staništa (51).Podaci o obilju prikupljeni na licu mjesta za svaku taksonu usklađeni su s ključnom vrijednošću taksona povezanom sa softverom ASTERICS za procjenu ekološke kvalitete rijeke (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Zatim uvezite podatke u softver Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (verzija 18.05).U ovom softveru, europska baza podataka o svojstvima i baza podataka s fiziološkom osjetljivošću na pesticide koriste se za pretvaranje podataka svake lokacije u SPEARpesticidni indikator.Svaka od pet regionalnih studija koristila je opći aditivni model (GAM) [paket "mgcv" u R(52)) za istraživanje odnosa između metrike SPEARpesticida i ΣTUFipronila [log10(X + 1) konverzija] Associated.Za detaljnije informacije o metrikama SPEARpesticida i za analizu podataka, molimo pogledajte Dopunske materijale.
Indeks kvalitete vode je konzistentan u svakom mezoskopskom protoku i cijelom mezoskopskom razdoblju eksperimenta.Prosječna temperatura, pH i vodljivost bili su 13,1°C (±0,27°C), 7,8 (±0,12) i 54,1 (±2,1) μS/cm (35).Izmjereni otopljeni organski ugljik u čistoj riječnoj vodi iznosi 3,1 mg/L.U mezo-snimci rijeke gdje je postavljen MiniDOT snimač, otopljeni kisik je blizu zasićenja (prosječno> 8,0 mg/L), što ukazuje da potok u potpunosti cirkulira.
Podaci o kontroli i osiguranju kvalitete fipronila navedeni su u popratnoj objavi podataka (35).Ukratko, stope oporavka laboratorijskih matričnih šiljaka i mezoskopskih uzoraka obično su unutar prihvatljivih raspona (oporavi od 70% do 130%), IDL standardi potvrđuju kvantitativnu metodu, a laboratorijske i instrumentalne slijepe probe obično su čiste. Postoji vrlo malo iznimaka osim ove generalizacije o kojima se govori u dodatnom materijalu..
Zbog dizajna sustava, izmjerena koncentracija fipronila obično je niža od ciljane vrijednosti (Slika S2) (jer je potrebno 4 do 10 dana da se postigne ravnotežno stanje u idealnim uvjetima) (30).U usporedbi s drugim spojevima fipronila, koncentracija desulfinila i amida malo se mijenja tijekom vremena, a varijabilnost koncentracije unutar tretmana manja je od razlike između tretmana, osim za tretman s niskom koncentracijom sulfona i sulfida.Vremenski ponderirani prosječni izmjereni raspon koncentracija za svaku terapijsku skupinu je sljedeći: Fipronil, IDL do 9,07 μg/L;Desulfinil, IDL do 2,15 μg/L;Amid, IDL do 4,17μg/L;Sulfid, IDL Do 0,57μg/litar;i sulfona, IDL je 1,13 μg/litri (35).U nekim su tokovima otkriveni neciljani spojevi fipronila, to jest spojevi koji nisu dodani u određeni tretman, ali se zna da su proizvodi razgradnje spoja za tretman.Mezoskopske membrane tretirane matičnim spojem fipronilom imaju najveći broj detektiranih neciljanih proizvoda razgradnje (kada se ne koriste kao spojevi za obradu, oni su sulfinil, amid, sulfid i sulfon);oni mogu biti uzrokovani nečistoćama spojeva proizvodnog procesa i/ili procesima razgradnje koji se javljaju tijekom skladištenja osnovne otopine i (ili) u mezoskopskom eksperimentu, a ne rezultatom unakrsne kontaminacije.U tretmanu fipronilom nije primijećen trend koncentracije razgradnje.Spojevi neciljane razgradnje najčešće se otkrivaju u tijelu s najvećom koncentracijom tretmana, ali je koncentracija manja od koncentracije tih neciljanih spojeva (pogledajte sljedeći odjeljak za koncentraciju).Stoga, budući da se spojevi neciljane razgradnje obično ne detektiraju u najnižem tretmanu fipronilom i budući da je otkrivena koncentracija niža od koncentracije učinka u najvišem tretmanu, zaključuje se da ti neciljani spojevi imaju minimalan utjecaj na analizu.
U eksperimentima s medijima, bentoski makrobeskralješnjaci bili su osjetljivi na fipronil, desulfinil, sulfon i sulfid [Tablica S1;izvorni podaci o obilju navedeni su u popratnoj verziji podataka (35)].Fipronil amid je samo za muhu Rhithrogena sp.Toksičan (smrtonosan), njegov EC50 je 2,05 μg/L [±10,8(SE)].Generirane su krivulje doza-odgovor 15 jedinstvenih svojti.Ove su svojte pokazale smrtnost unutar testiranog raspona koncentracija (Tablica S1), a ciljane su svojte u skupinama (kao što su muhe) (Slika S3) i bogate svojte (Slika 1). Generirana je krivulja odgovora na dozu.Koncentracija (EC50) fipronila, desulfinila, sulfona i sulfida na jedinstvenim svojtama najosjetljivijih svojti kreće se od 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 i 0,005-0,043 μg/L.Rhithrogena sp.i Sweltsa sp.;Slika S4) su niže od svojti koje se bolje toleriraju (kao što su Micropsectra / Tanytarsus i Lepidostoma sp.) (Tablica S1).Prema prosječnom EC50 svakog spoja u tablici S1, sulfoni i sulfidi su najučinkovitiji spojevi, dok su beskralješnjaci općenito najmanje osjetljivi na desulfinil (isključujući amide).Mjerni podaci ukupnog ekološkog statusa, kao što su bogatstvo taksona, ukupna brojnost, ukupni pentaploid i ukupni broj svojti, uključujući svojte i brojnost nekih svojti, vrlo su rijetki u mezo i ne mogu se izračunati. Nacrtajte zasebnu krivulju odgovora na dozu.Stoga ovi ekološki pokazatelji uključuju odgovore taksona koji nisu uključeni u SSD.
Bogatstvo svojti (larva) s tri razine logističke funkcije (A) fipronila, (B) desulfinila, (C) sulfona i (D) koncentracije sulfida.Svaka podatkovna točka predstavlja ličinke iz jednog toka na kraju 30-dnevnog mezo eksperimenta.Bogatstvo taksona je broj jedinstvenih svojti u svakom toku.Vrijednost koncentracije je vremenski ponderirani prosjek opažene koncentracije svake struje izmjeren na kraju 30-dnevnog eksperimenta.Fipronil amid (nije prikazan) nema veze s bogatim svojtama.Imajte na umu da je x-os na logaritamskoj ljestvici.EC20 i EC50 sa SE navedeni su u tablici S1.
Pri najvišoj koncentraciji od svih pet spojeva fipronila, stopa nicanja Uetridae je opala.Uočeno je da se postotak klijanja (EC50) sulfida, sulfona, fipronila, amida i desulfinila smanjio za 50% pri koncentracijama od 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 i 0,97 μg/L (Slika 2 i Slika S5).U većini 30-dnevnih pokusa svi tretmani fipronilom, desulfinilom, sulfonom i sulfidom bili su odgođeni, osim nekih tretmana niskom koncentracijom (Slika 2), a njihovo pojavljivanje je bilo inhibirano.U tretmanu amidom, akumulirani efluent tijekom cijelog eksperimenta bio je veći od onog u kontroli, s koncentracijom od 0,286 μg/litri.Najveća koncentracija (4,164 μg/litra) tijekom cijelog eksperimenta inhibirala je efluent, a brzina efluenta međutretmana bila je slična onoj u kontrolnoj skupini.(slika 2).
Kumulativno nicanje je prosječno dnevno prosječno nicanje svakog tretmana minus (A) fipronil, (B) desulfinil, (C) sulfon, (D) sulfid i (E) amid u kontrolnom toku Prosječno dnevno prosječno nicanje membrane.Osim za kontrolu (n = 6), n = 1. Vrijednost koncentracije je vremenski ponderirani prosjek promatrane koncentracije u svakom protoku.
Krivulja doza-odgovor pokazuje da, osim taksonomskih gubitaka, dolazi i do strukturnih promjena na razini zajednice.Konkretno, unutar raspona ispitivanih koncentracija, obilje svinja (Slika S3) i obilje svojti (Slika 1) pokazalo je značajne odnose doze i odgovora s fipronilom, desulfinilom, sulfonom i sulfidom.Stoga smo ispitali kako te strukturne promjene dovode do promjena u funkciji zajednice testiranjem prehrambene kaskade.Izloženost vodenih beskralježnjaka fipronilu, desulfinilu, sulfidu i sulfonu ima izravan negativan utjecaj na biomasu strugača (Slika 3).Kako bi se kontrolirao negativni utjecaj fipronila na biomasu strugača, strugač je negativno utjecao i na biomasu klorofila a (Slika 3).Rezultat ovih negativnih koeficijenata putanje je neto povećanje klorofila a kako se povećava koncentracija fipronila i degradanata.Ovi potpuno posredovani modeli puta pokazuju da povećana razgradnja fipronila ili fipronila dovodi do povećanja udjela klorofila a (Slika 3).Unaprijed se pretpostavlja da je izravni učinak između koncentracije fipronila ili razgradnje i biomase klorofila a jednak nuli, jer su spojevi fipronila pesticidi i imaju nisku izravnu toksičnost za alge (na primjer, osnovna koncentracija EPA za akutne nevaskularne biljke je 100 μg / L fipronil, disulfoksidna skupina, sulfon i sulfid; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), Svi rezultati (važeći modeli) podržavaju ovo hipoteza.
Fipronil može značajno smanjiti biomasu (izravni učinak) ispaše (skupina strugača su ličinke), ali nema izravni učinak na biomasu klorofila a.Međutim, snažan neizravni učinak fipronila je povećanje biomase klorofila a kao odgovor na manje ispaše.Strelica označava standardizirani koeficijent putanje, a znak minus (-) označava smjer povezivanja.* Označava stupanj važnosti.
Tri SSD-a (samo srednji sloj, srednji sloj plus ECOTOX podaci i srednji sloj plus ECOTOX podaci ispravljeni za razlike u trajanju izloženosti) dala su nominalno različite vrijednosti HC5 ​​(Tablica S3), ali rezultati su bili unutar SE raspona.U ostatku ove studije usredotočit ćemo se na podatkovni SSD samo s mezosvemirom i povezanom vrijednošću HC5.Za potpuniji opis ove tri SSD procjene pogledajte dodatne materijale (tablice S2 do S5 i slike S6 i S7).Distribucija podataka koja najbolje odgovara (najniža Akaike informacija standardna ocjena) četiri spoja fipronila (Slika 4) koja se koriste samo u mapi mezo-čvrstog SSD-a je log-gumbel fipronila i sulfona, te weibull sulfida i desulfuriziranog γ ( Tablica S3).Vrijednosti HC5 dobivene za svaki spoj prikazane su na slici 4 samo za mezosvemir, au tablici S3 prikazane su vrijednosti HC5 iz sva tri skupa podataka SSD-a.Vrijednosti HC50 fipronilne, sulfidne, sulfonske i desulfinilne skupine [22,1±8,78 ng/L (95% CI, 11,4 do 46,2), 16,9±3,38 ng/L (95% CI, 11,2 do 24,0), 8 80± 2,66 ng/L (95% CI, 5,44 do 15,8) i 83,4±32,9 ng/L (95% CI, 36,4 do 163)] Ovi spojevi su značajno niži od EC50 bogatstva taksona (ukupan broj jedinstvenih svojti) (Tablica S1 ; napomene u tablici dodatnog materijala su mikrogrami po litri).
U eksperimentu na mezo skali, kada je izložen (A) fipronilu, (B) dessulfinil fipronilu, (C) fipronil sulfonu, (D) fipronil sulfidu tijekom 30 dana, opisana je osjetljivost vrste. To je EC50 vrijednost taksona.Plava isprekidana linija predstavlja 95% CI.Vodoravna isprekidana linija predstavlja HC5.Vrijednost HC5 (ng/L) svakog spoja je sljedeća: Fipronil, 4,56 ng/L (95% CI, 2,59 do 10,2);Sulfid, 3,52 ng/L (1,36 do 9,20);Sulfon, 2,86 ng/litri (1,93 do 5,29);i sulfinil, 3,55 ng/litri (0,35 do 28,4).Imajte na umu da je x-os na logaritamskoj ljestvici.
U pet regionalnih studija, Fipronil (roditelji) je otkriven u 22% od 444 mjesta uzorkovanja na terenu (Tablica 1).Učestalost detekcije florfeniba, sulfona i amida je slična (18% do 22% uzorka), učestalost detekcije sulfida i desulfinila je niža (11% do 13%), dok su preostali produkti razgradnje vrlo visoki.Nekoliko (1% ili manje) ili nikad otkriveno (Tablica 1)..Fipronil se najčešće otkriva na jugoistoku (52% mjesta), a najmanje na sjeverozapadu (9% mjesta), što naglašava varijabilnost upotrebe benzopirazola i potencijalnu ranjivost potoka diljem zemlje.Degradanti obično pokazuju slične regionalne obrasce, s najvećom učestalošću detekcije na jugoistoku, a najmanjom u sjeverozapadnoj ili obalnoj Kaliforniji.Izmjerena koncentracija fipronila bila je najveća, a zatim matični spoj fipronil (90% postotak od 10,8 odnosno 6,3 ng/L) (Tablica 1) (35).Najveća koncentracija fipronila (61,4 ng/L), disulfinila (10,6 ng/L) i sulfida (8,0 ng/L) utvrđena je na jugoistoku (u zadnja četiri tjedna uzorkovanja).Najveća koncentracija sulfona utvrđena je na zapadu.(15,7 ng/L), amid (42,7 ng/L), dessulfinil flupirnamid (14 ng/L) i fipronil sulfonat (8,1 ng/L) (35).Florfenid sulfon bio je jedini spoj za koji je uočeno da premašuje HC5 (Tablica 1).Prosječni ΣTUFipronili između različitih regija uvelike variraju (Tablica 1).Nacionalni prosjek ΣTUFipronila je 0,62 (sve lokacije, sve regije), a 71 mjesto (16%) ima ΣTUFipronila> 1, što ukazuje da bi mogao biti toksičan za bentoske makrobeskralježnjake.U četiri od pet proučavanih regija (osim srednjeg zapada), postoji značajan odnos između pesticida SPEAR i ΣTUFipronila, s prilagođenim R2 u rasponu od 0,07 duž obale Kalifornije do 0,34 na jugoistoku (Slika 5).
*Spojevi koji se koriste u mezoskopskim eksperimentima.†ΣTUFipronili, medijan zbroja jedinica toksina [uočena terenska koncentracija četiri spoja fipronila/koncentracija opasnosti svakog spoja iz petog percentila vrste zaražene SSD-om (Slika 4)] Za tjedne uzorke fipronila, zadnja 4 izračunati su tjedni uzoraka pesticida prikupljenih na svakom mjestu.‡Broj mjesta na kojima se mjere pesticidi.§90. percentil temelji se na maksimalnoj koncentraciji opaženoj na licu mjesta tijekom zadnja 4 tjedna uzorkovanja pesticida.s postotkom ispitanih uzoraka.¶ Koristite 95% CI vrijednosti HC5 (Slika 4 i Tablica S3, samo mezo) za izračun CI.Dekloroflupinib je analiziran u svim regijama i nikada nije pronađen.ND, nije otkriveno.
Jedinica toksičnosti fipronila je izmjerena koncentracija fipronila podijeljena s vrijednošću HC5 specifičnom za spoj, koja je određena SSD-om dobivenim iz eksperimenta s medijima (vidi sliku 4).Crna linija, generalizirani aditivni model (GAM).Crvena isprekidana linija ima CI od 95% za GAM.ΣTUFipronili se pretvaraju u log10 (ΣTUFipronili+1).
Štetni učinci fipronila na neciljane vodene vrste dobro su dokumentirani (15, 21, 24, 25, 32, 33), ali ovo je prva studija u kojoj je on osjetljiv u kontroliranom laboratorijskom okruženju.Zajednice taksona bile su izložene spojevima fipronila, a rezultati su ekstrapolirani na kontinentalnu ljestvicu.Rezultati 30-dnevnog mezokozmičkog eksperimenta mogu proizvesti 15 diskretnih skupina vodenih insekata (Tablica S1) s koncentracijom koja nije navedena u literaturi, među kojima su vodeni kukci u bazi podataka o toksičnosti nedovoljno zastupljeni (53, 54).Krivulje doza-odgovor specifične za svojte (kao što je EC50) odražavaju se u promjenama na razini zajednice (kao što je bogatstvo svojti i gubitak brojnosti letenja) i funkcionalnim promjenama (kao što su prehrambene kaskade i promjene u izgledu).Učinak mezoskopskog svemira ekstrapoliran je na polje.U četiri od pet istraživačkih područja u Sjedinjenim Državama, na terenu izmjerena koncentracija fipronila bila je u korelaciji s propadanjem vodenog ekosustava u tekućoj vodi.
Vrijednost HC5 za 95% vrsta u eksperimentu s srednjom membranom ima zaštitni učinak, što ukazuje da su sveukupne zajednice vodenih beskralješnjaka osjetljivije na spojeve fipronila nego što se dosad pretpostavljalo.Dobivena vrijednost HC5 (florfenib, 4,56 ng/litri; desulfoksiran, 3,55 ng/litri; sulfon, 2,86 ng/litri; sulfid, 3,52 ng/litri) je nekoliko puta (florfenib) do tri puta više od reda veličine (desulfinil ) ispod trenutne EPA referentne vrijednosti za kronične beskralješnjake [fipronil, 11 ng/litri;desulfinil, 10,310 ng/litri;sulfon, 37 ng/litri;i sulfid, za 110 ng/litri (8)].Mezoskopski pokusi identificirali su mnoge skupine koje su osjetljive na fipronil umjesto na one navedene prema EPA referentnoj vrijednosti za kronične beskralješnjake (4 skupine koje su osjetljivije na fipronil, 13 parova desulfinila, 11 parova sulfona i 13 parova) Osjetljivost na sulfide) (Slika 4 i tablica) S1).To pokazuje da referentne vrijednosti ne mogu zaštititi nekoliko vrsta koje se također promatraju u srednjem svijetu, a koje su također široko rasprostranjene u vodenim ekosustavima.Razlika između naših rezultata i trenutne referentne vrijednosti uglavnom je posljedica nedostatka podataka o ispitivanju toksičnosti fipronila primjenjivih na niz svojti vodenih insekata, posebno kada vrijeme izloženosti prelazi 4 dana i fipronil se razgrađuje.Tijekom 30-dnevnog mezokozmičkog eksperimenta, većina insekata u zajednici beskralješnjaka bila je osjetljivija na fipronil nego uobičajeni testni organizam Aztec (rakovi), čak i nakon korekcije Aztec EC50 od Teikea čini ga istim nakon akutne transformacije.(Obično 96 sati) do vremena kronične izloženosti (Slika S7).Postignut je bolji konsenzus između eksperimenta s srednjom membranom i studije objavljene u ECOTOX-u uz korištenje standardnog testnog organizma Chironomus dilutus (kukac).Nije iznenađujuće da su vodeni kukci posebno osjetljivi na pesticide.Bez prilagođavanja vremena izlaganja, eksperiment na mezo skali i sveobuhvatni podaci baze podataka ECOTOX pokazali su da su mnoge svojte uočene kao osjetljivije na spojeve fipronila nego na razrijeđeni Clostridium (Slika S6).Međutim, podešavanjem vremena izlaganja, Dilution Clostridium je najosjetljiviji organizam na fipronil (roditelj) i sulfid, iako nije osjetljiv na sulfon (Slika S7).Ovi rezultati ilustriraju važnost uključivanja više vrsta vodenih organizama (uključujući višestruke kukce) kako bi se proizvele stvarne koncentracije pesticida koje mogu zaštititi vodene organizme.
SSD metoda može zaštititi rijetke ili neosjetljive svojte čiji se EC50 ne može odrediti, kao što je Cinygmula sp., Isoperla fulva i Brachycentrus americanus.Vrijednosti EC50 brojnosti svojti i brojnosti muha koje odražavaju promjene u sastavu zajednice u skladu su s vrijednostima HC50 SSD fipronila, sulfona i sulfida.Protokol podržava sljedeću ideju: SSD metoda koja se koristi za izvođenje pragova može zaštititi cijelu zajednicu, uključujući rijetke ili neosjetljive taksone u zajednici.Prag vodenih organizama određen iz SSD-ova na temelju samo nekoliko svojti ili neosjetljivih svojti može biti uvelike nedostatan u zaštiti vodenih ekosustava.Ovo je slučaj za desulfinil (slika S6B).Zbog nedostatka podataka u bazi podataka ECOTOX, EPA kronična osnovna koncentracija beskralježnjaka je 10,310 ng/L, što je četiri reda veličine više od 3,55 ng/L HC5.Rezultati skupova odgovora različitih taksona proizvedenih u mezoskopskim eksperimentima.Nedostatak podataka o toksičnosti posebno je problematičan za razgradive spojeve (Slika S6), što može objasniti zašto su postojeće vodene biološke referentne vrijednosti za sulfon i sulfid oko 15 do 30 puta manje osjetljive od vrijednosti SSD HC5 temeljene na China Universe.Prednost metode srednje membrane je u tome što se višestruke vrijednosti EC50 mogu odrediti u jednom eksperimentu, što je dovoljno za formiranje kompletnog SSD-a (na primjer, desulfinil; slika 4B i slike S6B i S7B), i imaju značajan utjecaj o prirodnim svojtama zaštićenog ekosustava Mnogi odgovori.
Mezoskopski pokusi pokazuju da fipronil i proizvodi njegove razgradnje mogu imati očite subletalne i neizravne štetne učinke na funkcioniranje zajednice.U mezoskopskom eksperimentu pokazalo se da svih pet spojeva fipronila utječe na pojavu insekata.Rezultati usporedbe najviših i najnižih koncentracija (inhibicija i stimulacija pojedinačnog nicanja ili promjene vremena nicanja) u skladu su s prethodno objavljenim rezultatima mezo pokusa s insekticidom bifentrinom (29).Pojava odraslih osigurava važne ekološke funkcije i može biti izmijenjena zagađivačima kao što je fipronil (55, 56).Istodobno nicanje nije kritično samo za reprodukciju kukaca i postojanost populacije, već i za opskrbu zrelih kukaca, koji se mogu koristiti kao hrana za vodene i kopnene životinje (56).Sprječavanje nicanja klijanaca može nepovoljno utjecati na razmjenu hrane između vodenih ekosustava i obalnih ekosustava te proširiti učinke vodenih zagađivača u kopnene ekosustave (55, 56).Smanjenje brojnosti strugača (insekata koji se hrane algama) uočeno u eksperimentu na mezo skali rezultiralo je smanjenjem potrošnje algi, što je rezultiralo povećanjem klorofila a (Slika 3).Ova trofička kaskada mijenja tokove ugljika i dušika u tekućem hranidbenom lancu, slično studiji koja je procjenjivala učinke piretroidnog bifentrina na bentoske zajednice (29).Stoga fenilpirazoli, kao što su fipronil i proizvodi njegove razgradnje, piretroidi, a možda i druge vrste insekticida, mogu neizravno potaknuti povećanje biomase algi i poremećaj ugljika i dušika u malim potocima.Ostali utjecaji mogu se proširiti na uništavanje ciklusa ugljika i dušika između vodenih i kopnenih ekosustava.
Informacije dobivene testom srednje membrane omogućile su nam procjenu ekološke važnosti koncentracija spoja fipronila izmjerenih u velikim terenskim studijama provedenim u pet regija Sjedinjenih Država.U 444 mala potoka, 17% prosječne koncentracije jednog ili više spojeva fipronila (prosječno tijekom 4 tjedna) premašilo je vrijednost HC5 dobivenu testom medija.Upotrijebite SSD iz eksperimenta na mezo skali za pretvorbu izmjerene koncentracije spoja fipronila u indeks povezan s toksičnošću, odnosno zbroj jedinica toksičnosti (ΣTUFipronili).Vrijednost 1 označava toksičnost ili kumulativna izloženost spoju fipronila premašuje poznatu zaštitu vrsta vrijednu 95%.Značajan odnos između ΣTUFipronila u četiri od pet regija i SPEARpesticides pokazatelja zdravlja zajednice beskralježnjaka ukazuje da fipronil može nepovoljno utjecati na zajednice bentoskih beskralješnjaka u rijekama u više regija Sjedinjenih Država.Ovi rezultati podržavaju hipotezu Wolframa i sur.(3) Rizik fenpirazolnih insekticida za površinske vode u Sjedinjenim Državama nije u potpunosti shvaćen jer se učinak na vodene insekte događa ispod trenutnog regulatornog praga.
Većina potoka s sadržajem fipronila iznad toksične razine nalazi se u relativno urbaniziranoj jugoistočnoj regiji (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Prethodna procjena područja ne samo da je zaključila da je fipronil glavni faktor stresa koji utječe na strukturu zajednice beskralježnjaka u potoku, već i da je niska razina otopljenog kisika, povećana količina hranjivih tvari, promjene protoka, degradacija staništa i drugi pesticidi i kategorija onečišćivača važna izvor stresa (57).Ova mješavina stresora u skladu je sa "sindromom urbane rijeke", što je degradacija riječnih ekosustava koja se obično opaža u odnosu na korištenje urbanog zemljišta (58, 59).Znakovi korištenja urbanog zemljišta u jugoistočnoj regiji rastu i očekuje se da će se povećati kako stanovništvo regije raste.Očekuje se da će se utjecaj budućeg urbanog razvoja i pesticida na urbano otjecanje povećati (4).Ako urbanizacija i uporaba fipronila nastave rasti, uporaba ovog pesticida u gradovima mogla bi sve više utjecati na zajednice potoka.Iako meta-analiza zaključuje da uporaba poljoprivrednih pesticida prijeti globalnim ekosustavima vodotoka (2, 60), pretpostavljamo da te procjene podcjenjuju ukupni globalni utjecaj pesticida isključujući urbanu upotrebu.
Razni uzroci stresa, uključujući pesticide, mogu utjecati na zajednice makrobeskralježnjaka u razvijenim slivovima (urbano, poljoprivredno i mješovito korištenje zemljišta) i mogu biti povezani s korištenjem zemljišta (58, 59, 61).Iako je ova studija koristila indikator SPEARpesticides i karakteristike toksičnosti fipronila specifične za vodene organizme kako bi se smanjio utjecaj zbunjujućih čimbenika, na učinak indikatora SPEARpesticides može utjecati degradacija staništa, a fipronil se može usporediti s drugim pesticidima (4, 17, 51, 57).Međutim, model višestrukih stresora razvijen korištenjem terenskih mjerenja iz prve dvije regionalne studije (Midwestern i Southeastern) pokazao je da su pesticidi važan uzvodni stresor za uvjete zajednice makrobeskralježnjaka u močvarnim rijekama.U ovim modelima, važne eksplanatorne varijable uključuju pesticide (osobito bifentrin), hranjive tvari i karakteristike staništa u većini poljoprivrednih tokova na Srednjem zapadu i pesticide (osobito fipronil) u većini gradova na jugoistoku.Promjene u kisiku, hranjivim tvarima i protoku (61, 62).Stoga, iako se regionalne studije pokušavaju pozabaviti utjecajem nepesticidnih stresora na pokazatelje odgovora i prilagoditi prediktivne pokazatelje za opisivanje utjecaja fipronila, terenski rezultati ovog istraživanja podržavaju fipronilov stav.) Treba se smatrati jednim od najutjecajnijih izvora pritiska u američkim rijekama, posebno u jugoistočnom dijelu Sjedinjenih Država.
Pojava razgradnje pesticida u okolišu rijetko se dokumentira, ali prijetnja vodenim organizmima može biti štetnija od matičnog tijela.U slučaju fipronila, terenske studije i eksperimenti na mezo skali pokazali su da su produkti razgradnje česti kao i matično tijelo u uzorkovanim tokovima i da imaju istu ili višu toksičnost (Tablica 1).U eksperimentu s srednjom membranom, fluorobenzonitril sulfon bio je najotrovniji od proučavanih proizvoda razgradnje pesticida, bio je toksičniji od matičnog spoja, a također je detektiran s učestalošću sličnom onoj kod matičnog spoja.Ako se mjere samo matični pesticidi, mogući događaji toksičnosti se možda neće primijetiti, a relativni nedostatak informacija o toksičnosti tijekom razgradnje pesticida znači da se njihova pojava i posljedice mogu zanemariti.Na primjer, zbog nedostatka informacija o toksičnosti produkata razgradnje, provedena je sveobuhvatna procjena pesticida u švicarskim potocima, uključujući 134 proizvoda razgradnje pesticida, a samo je matični spoj smatran matičnim spojem u svojoj procjeni ekotoksikološkog rizika.
Rezultati ove procjene ekološkog rizika pokazuju da spojevi fipronila imaju štetne učinke na zdravlje rijeke, pa se može razumno zaključiti da se štetni učinci mogu uočiti svugdje gdje spojevi fipronila prelaze razinu HC5.Rezultati mezoskopskih eksperimenata neovisni su o lokaciji, što ukazuje na to da je koncentracija fipronila i produkata njegove razgradnje u mnogim svojtama potoka puno niža od prethodno zabilježene.Vjerujemo da će se ovo otkriće vjerojatno proširiti na protobiote u netaknutim potocima bilo gdje.Rezultati eksperimenta na mezo skali primijenjeni su na velike terenske studije (444 mala potoka sastavljena od urbane, poljoprivredne i mješovite namjene zemljišta u pet glavnih regija u Sjedinjenim Državama), i otkriveno je da koncentracija mnogih potoka tamo gdje je otkriven fipronil očekuje se da će biti Rezultirajuća toksičnost sugerira da se ovi rezultati mogu proširiti i na druge zemlje u kojima se koristi fipronil.Prema izvješćima, broj ljudi koji koriste Fipronil raste u Japanu, Velikoj Britaniji i SAD-u (7).Fipronil je prisutan na gotovo svim kontinentima, uključujući Australiju, Južnu Ameriku i Afriku (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Ovdje predstavljeni rezultati mezo-terenskih studija pokazuju da uporaba fipronila može imati ekološki značaj na globalnoj razini.
Za dodatne materijale za ovaj članak, molimo pogledajte http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Ovo je članak s otvorenim pristupom koji se distribuira pod uvjetima licence Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, koja dopušta korištenje, distribuciju i reprodukciju u bilo kojem mediju, sve dok konačna uporaba nije za komercijalnu dobit i pretpostavka je da originalni rad je ispravan.Referenca.
Napomena: samo vas molimo da navedete svoju adresu e-pošte kako bi osoba koju preporučite stranici znala da želite da vidi e-poštu i da nije spam.Nećemo uhvatiti nijednu adresu e-pošte.
Ovo se pitanje koristi za provjeru jeste li posjetitelj i sprječavanje automatskog slanja neželjene pošte.
Janet L. Miller, Travis S. Schmidt, Peter C. Van Metre, Barbara Mahler ( Barbara J. Mahler, Mark W. Sandstrom, Lisa H. Nowell, Daren M. Carlisle, Patrick W. Moran
Studije su pokazale da su uobičajeni pesticidi koji se često otkrivaju u američkim potocima toksičniji nego što se dosad mislilo.
Janet L. Miller, Travis S. Schmidt, Peter C. Van Metre, Barbara Mahler ( Barbara J. Mahler, Mark W. Sandstrom, Lisa H. Nowell, Daren M. Carlisle, Patrick W. Moran
Studije su pokazale da su uobičajeni pesticidi koji se često otkrivaju u američkim potocima toksičniji nego što se dosad mislilo.
©2021 Američka udruga za napredak znanosti.Sva prava pridržana.AAAS je partner HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef i COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.