Pestisida di sungai semakin menjadi perhatian global, namun hanya ada sedikit informasi mengenai konsentrasi aman di ekosistem perairan.Dalam percobaan mesokosmik selama 30 hari, invertebrata perairan bentik asli dipaparkan pada insektisida umum fipronil dan empat jenis produk degradasi.Senyawa fipronil menyebabkan perubahan kemunculan dan kaskade trofik.Konsentrasi efektif (EC50) di mana fipronil dan produk degradasi sulfida, sulfon, dan desulfinilnya menyebabkan respons 50% telah dikembangkan.Taxanes tidak sensitif terhadap fipronil.Konsentrasi bahaya 5% spesies yang terkena dampak dari 15 nilai EC50 mesokosmik digunakan untuk mengubah konsentrasi senyawa fipronil dalam sampel lapangan menjadi jumlah unit toksik (∑TUFipronil).Pada 16% aliran yang diambil dari lima studi regional, rata-rata ∑TUFipronil melebihi 1 (menunjukkan toksisitas).Indikator invertebrata mengenai spesies berisiko berkorelasi negatif dengan TUTUipronil di empat dari lima wilayah pengambilan sampel.Penilaian risiko ekologis ini menunjukkan bahwa konsentrasi senyawa fipronil yang rendah akan mengurangi komunitas sungai di banyak wilayah Amerika Serikat.
Meskipun produksi bahan kimia sintetis telah meningkat pesat dalam beberapa dekade terakhir, dampak bahan kimia tersebut terhadap ekosistem non-target belum sepenuhnya dipahami (1).Di perairan permukaan dimana 90% lahan pertanian global hilang, tidak ada data mengenai pestisida pertanian, namun jika terdapat data, waktu bagi pestisida untuk melebihi ambang batas peraturan adalah setengahnya (2).Sebuah meta-analisis mengenai pestisida pertanian di perairan permukaan di Amerika Serikat menemukan bahwa di 70% lokasi pengambilan sampel, setidaknya satu pestisida melebihi ambang batas peraturan (3).Namun, meta-analisis ini (2, 3) hanya berfokus pada air permukaan yang dipengaruhi oleh penggunaan lahan pertanian, dan merupakan ringkasan dari studi-studi terpisah.Pestisida, khususnya insektisida, juga terdapat dalam konsentrasi tinggi di drainase lanskap perkotaan (4).Jarang sekali dilakukan penilaian komprehensif terhadap pestisida dalam air permukaan yang dibuang dari lahan pertanian dan perkotaan;oleh karena itu, tidak diketahui apakah pestisida menimbulkan ancaman skala besar terhadap sumber daya air permukaan dan integritas ekologisnya.
Benzopyrazole dan neonicotinoid menyumbang sepertiga pasar pestisida global pada tahun 2010 (5).Di perairan permukaan di Amerika Serikat, fipronil dan produk degradasinya (fenilpirazol) merupakan senyawa pestisida yang paling umum, dan konsentrasinya biasanya melebihi standar perairan (6-8).Meskipun neonicotinoid telah menarik perhatian karena pengaruhnya terhadap lebah dan burung serta prevalensinya (9), fipronil lebih beracun bagi ikan dan burung (10), sedangkan senyawa Kelas fenilpirazol lainnya memiliki efek herbisida (5).Fipronil adalah insektisida sistemik yang digunakan untuk mengendalikan hama di lingkungan perkotaan dan pertanian.Sejak fipronil memasuki pasar dunia pada tahun 1993, penggunaan fipronil di Amerika Serikat, Jepang dan Inggris telah meningkat pesat (5).Di Amerika Serikat, fipronil digunakan untuk mengendalikan semut dan rayap, dan digunakan pada tanaman termasuk jagung (termasuk pengolahan benih), kentang dan kebun buah-buahan (11, 12).Penggunaan fipronil dalam bidang pertanian di Amerika Serikat mencapai puncaknya pada tahun 2002 (13).Meskipun tidak ada data penggunaan perkotaan nasional yang tersedia, penggunaan perkotaan di California mencapai puncaknya pada tahun 2006 dan 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, diakses pada 2 Desember 2019).Meskipun konsentrasi fipronil yang tinggi (6,41μg/L) ditemukan di sungai di beberapa area pertanian dengan tingkat penerapan yang tinggi (14), dibandingkan dengan sungai pertanian, sungai perkotaan di Amerika Serikat umumnya memiliki deteksi lebih banyak dan konsentrasi tinggi yang lebih tinggi, positif untuk terjadinya badai dikaitkan dengan ujian (6, 7, 14-17).
Fipronil memasuki ekosistem perairan melalui limpasan atau pencucian dari tanah ke sungai (7, 14, 18).Fipronil memiliki volatilitas yang rendah (konstanta hukum Henry 2,31×10-4 Pa m3 mol-1), kelarutan dalam air rendah hingga sedang (3,78 mg/l pada 20°C), dan hidrofobisitas sedang (log Kow adalah 3,9 hingga 4,1)), mobilitas di dalam tanah sangat kecil (log Koc adalah 2,6 hingga 3,1) (12, 19), dan menunjukkan persistensi yang rendah hingga sedang di lingkungan (20).Finazepril terdegradasi melalui fotolisis, oksidasi, hidrolisis dan reduksi yang bergantung pada pH, membentuk empat produk degradasi utama: dessulfoxyphenapril (atau sulfoksida), phenaprenip sulfon (sulfon), Filofenamide (amida) dan filofenib sulfida (sulfida).Produk degradasi fipronil cenderung lebih stabil dan tahan lama dibandingkan senyawa induknya (21, 22).
Toksisitas fipronil dan degradasinya menjadi spesies non-target (seperti invertebrata air) telah didokumentasikan dengan baik (14, 15).Fipronil adalah senyawa neurotoksik yang mengganggu perjalanan ion klorida melalui saluran klorida yang diatur oleh asam gamma-aminobutyric pada serangga, sehingga konsentrasinya cukup untuk menyebabkan kegembiraan dan kematian yang berlebihan (20).Fipronil bersifat toksik selektif, sehingga memiliki afinitas pengikatan reseptor yang lebih besar terhadap serangga dibandingkan mamalia (23).Aktivitas insektisida produk degradasi fipronil berbeda.Toksisitas sulfon dan sulfida terhadap invertebrata air tawar serupa atau lebih tinggi dibandingkan senyawa induknya.Desulfinil memiliki toksisitas sedang tetapi kurang toksik dibandingkan senyawa induknya.Relatif tidak beracun (23, 24).Kerentanan invertebrata air terhadap degradasi fipronil dan fipronil sangat bervariasi di dalam dan antar taksa (15), dan dalam beberapa kasus bahkan melebihi urutan besarnya (25).Terakhir, terdapat bukti bahwa fenilpirazol lebih beracun bagi ekosistem daripada yang diperkirakan sebelumnya (3).
Tolok ukur biologis perairan yang didasarkan pada uji toksisitas laboratorium mungkin meremehkan risiko populasi di lapangan (26-28).Standar perairan biasanya ditetapkan melalui pengujian toksisitas laboratorium spesies tunggal menggunakan satu atau beberapa spesies invertebrata air (misalnya, Diptera: Chironomidae: Chironomus dan Crustacea: Daphnia magna dan Hyalella azteca).Organisme uji ini umumnya lebih mudah dibudidayakan dibandingkan makroinvertebrata bentik lainnya (misalnya, phe genus::), dan dalam beberapa kasus kurang sensitif terhadap polutan.Misalnya, D. Magna kurang sensitif terhadap banyak logam dibandingkan serangga tertentu, sedangkan A. zteca kurang sensitif terhadap insektisida piretroid bifenthrin dibandingkan sensitivitasnya terhadap cacing (29, 30).Keterbatasan lain dari tolok ukur yang ada adalah titik akhir yang digunakan dalam penghitungan.Tolok ukur akut didasarkan pada angka kematian (atau ditetapkan untuk krustasea), sedangkan tolok ukur kronis biasanya didasarkan pada titik akhir yang tidak mematikan (seperti pertumbuhan dan reproduksi) (jika ada).Namun, terdapat dampak subletal yang luas, seperti pertumbuhan, kemunculan, kelumpuhan, dan keterlambatan perkembangan, yang dapat mempengaruhi keberhasilan taksa dan dinamika komunitas.Akibatnya, meskipun tolok ukur tersebut memberikan latar belakang mengenai pentingnya dampak biologis, relevansi ekologis sebagai ambang batas toksisitas masih belum pasti.
Untuk lebih memahami efek senyawa fipronil pada ekosistem perairan bentik (invertebrata dan alga), komunitas bentik alami dibawa ke laboratorium dan terkena gradien konsentrasi selama 30 hari aliran Fipronil atau salah satu dari empat percobaan degradasi fipronil.Tujuan penelitiannya adalah untuk menghasilkan konsentrasi efek 50% spesifik spesies (nilai EC50) untuk setiap senyawa fipronil yang mewakili taksa luas komunitas sungai, dan untuk menentukan dampak polutan terhadap struktur dan fungsi komunitas [yaitu konsentrasi bahaya] 5 % Spesies yang terkena dampak (HC5) dan dampak tidak langsung seperti perubahan kemunculan dan dinamika trofik].Kemudian ambang batas (nilai HC5 spesifik senyawa) yang diperoleh dari percobaan mesoskopik diterapkan pada lapangan yang dikumpulkan oleh Survei Geologi Amerika Serikat (USGS) dari lima wilayah Amerika Serikat (Timur Laut, Tenggara, Barat Tengah, Pasifik Barat Laut, dan California Tengah). Data Zona Pesisir) sebagai bagian dari penilaian kualitas aliran regional USGS (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Sejauh yang kami tahu, ini adalah penilaian risiko ekologis yang pertama.Ini secara komprehensif menyelidiki efek senyawa fipronil pada organisme bentik di lingkungan meso yang terkendali, dan kemudian menerapkan hasil ini pada penilaian lapangan skala kontinental.
Eksperimen mesokosmik selama 30 hari dilakukan di USGS Aquatic Laboratory (AXL) di Fort Collins, Colorado, AS pada tanggal 18 Oktober hingga 17 November 2017, selama 1 hari domestikasi dan 30 hari eksperimen.Metodenya telah dijelaskan sebelumnya (29, 31) dan dirinci dalam materi tambahan.Pengaturan ruang meso berisi 36 aliran sirkulasi dalam empat aliran aktif (tangki air sirkulasi).Setiap aliran hidup dilengkapi dengan pendingin untuk menjaga suhu air dan diterangi dengan siklus terang-gelap 16:8.Aliran tingkat meso adalah baja tahan karat, yang cocok untuk hidrofobisitas fipronil (log Kow = 4.0) dan cocok untuk pelarut pembersih organik (Gambar S1).Air yang digunakan untuk percobaan skala meso dikumpulkan dari Sungai Cache La Poudre (sumber hulu termasuk Taman Nasional Rocky Mountain, Hutan Nasional dan Continental Divide) dan disimpan di empat tangki penyimpanan polietilen milik AXL.Penilaian sebelumnya terhadap sampel sedimen dan air yang dikumpulkan dari lokasi tidak menemukan adanya pestisida (29).
Desain eksperimen skala meso terdiri dari 30 aliran pemrosesan dan 6 aliran kontrol.Aliran pengolahan menerima air yang diolah, yang masing-masing mengandung konsentrasi senyawa fipronil yang tidak tereplikasi: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amide (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), kelompok desulfurisasi [Perpustakaan Pestisida Badan Perlindungan Lingkungan AS (EPA), CAS 205650-65-3], sulfon (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) dan sulfida (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); 97,8% Menurut nilai respons yang dipublikasikan (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33). Dengan melarutkan senyawa fipronil dalam metanol ( Thermo Fisher Scientific, tingkat sertifikasi American Chemical Society), dan encerkan dengan air deionisasi hingga volume yang diperlukan untuk menyiapkan larutan stok pekat. Karena jumlah metanol dalam suatu dosis berbeda, maka perlu menambahkan metanol ke semua aliran pengolahan sesuai kebutuhan. 0,05 ml/L) di aliran sungai. Tampilan tengah dari tiga aliran kontrol lainnya menerima air sungai tanpa metanol, jika tidak, aliran tersebut diperlakukan seperti aliran lainnya.
Pada hari ke 8, hari ke 16, dan hari ke 26 dilakukan pengukuran suhu, nilai pH, daya hantar listrik serta degradasi fipronil dan fipronil pada membran aliran.Untuk melacak degradasi senyawa induk fipronil selama pengujian media, fipronil (induk) digunakan untuk merawat cairan mukosa usus selama tiga hari [hari 5, 12 dan 21 (n = 6)] untuk suhu, pH, Pengambilan sampel konduktivitas, fipronil dan degradasi fipronil.Sampel analisis pestisida dikumpulkan dengan menyaring 10 ml air mengalir ke dalam botol kaca amber 20 ml melalui filter jarum suntik Whatman 0,7-μm GF/F yang dilengkapi dengan jarum berdiameter besar.Sampel segera dibekukan dan dikirim ke Laboratorium Kualitas Air Nasional USGS (NWQL) di Lakewood, Colorado, AS untuk dianalisis.Dengan menggunakan metode yang lebih baik dari metode yang diterbitkan sebelumnya, Fipronil dan 4 produk degradasi dalam sampel air ditentukan dengan kromatografi cair injeksi berair langsung (DAI)-spektrometri massa tandem (LC-MS / MS; Agilent 6495).Tingkat deteksi instrumen (IDL) diperkirakan merupakan standar kalibrasi minimum yang memenuhi standar identifikasi kualitatif;IDL fipronil adalah 0,005 μg/L, dan IDL dari empat fipronil lainnya adalah 0,001 μg/L.Materi tambahan memberikan penjelasan lengkap tentang metode yang digunakan untuk mengukur senyawa fipronil, termasuk prosedur pengendalian kualitas dan jaminan (misalnya, pengambilan sampel, paku, inspeksi pihak ketiga, dan blanko).
Pada akhir percobaan Mesokosmik selama 30 hari, pencacahan dan identifikasi invertebrata dewasa dan larva telah selesai (titik akhir pengumpulan data utama).Ikan dewasa yang baru muncul dikumpulkan dari jaring setiap hari dan dibekukan dalam tabung centrifuge Falcon 15 ml yang bersih.Pada akhir percobaan (hari ke 30), isi membran di setiap aliran digosok untuk menghilangkan invertebrata, dan diayak (250 μm) dan disimpan dalam etanol 80%.Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) telah menyelesaikan identifikasi taksonomi larva dan invertebrata dewasa ke tingkat taksonomi serendah mungkin, biasanya spesies.Pada hari ke 9, 19 dan 29, klorofil a diukur rangkap tiga pada membran mesoskopik masing-masing aliran.Semua data kimia dan biologi sebagai bagian dari percobaan mesoskopik disediakan dalam rilis data terlampir (35).
Survei ekologi dilakukan di sungai kecil (wading) di lima wilayah utama Amerika Serikat, dan pestisida dipantau selama periode indeks sebelumnya.Singkatnya, berdasarkan penggunaan lahan pertanian dan perkotaan (36-40), 77 hingga 100 lokasi dipilih di setiap wilayah (total 444 lokasi).Selama musim semi dan musim panas satu tahun (2013-2017), sampel air dikumpulkan seminggu sekali di setiap wilayah selama 4 hingga 12 minggu.Waktu spesifiknya tergantung wilayah dan intensitas pembangunan.Namun, 11 stasiun di wilayah timur laut hampir berada di daerah aliran sungai.Tidak ada perkembangan, kecuali hanya satu sampel yang dikumpulkan.Karena periode pemantauan pestisida dalam studi regional berbeda-beda, sebagai perbandingan, hanya empat sampel terakhir yang dikumpulkan di setiap lokasi yang dipertimbangkan di sini.Diasumsikan bahwa satu sampel yang dikumpulkan di lokasi Timur Laut yang belum dikembangkan (n = 11) dapat mewakili periode pengambilan sampel selama 4 minggu.Metode ini menghasilkan jumlah observasi pestisida yang sama (kecuali 11 lokasi di Timur Laut) dan durasi observasi yang sama;Dipercayai bahwa 4 minggu adalah waktu yang cukup lama untuk paparan biota dalam jangka panjang, namun cukup singkat sehingga komunitas ekologi tidak dapat pulih dari kontak tersebut.
Dalam kasus aliran yang cukup, sampel air dikumpulkan dengan menggunakan kecepatan konstan dan penambahan lebar konstan (41).Ketika aliran tidak cukup untuk menggunakan metode ini, Anda dapat mengumpulkan sampel dengan mengintegrasikan sampel secara mendalam atau mengambil dari pusat gravitasi aliran.Gunakan jarum suntik berdiameter besar dan filter cakram (0,7μm) untuk mengumpulkan 10 ml sampel yang disaring (42).Melalui DAI LC-MS/MS/MS/MS, sampel air dianalisis di NWQL untuk 225 pestisida dan produk degradasi pestisida, termasuk fipronil dan 7 produk degradasi (dessulfinyl fipronil, fipronil) Sulfida, fipronil sulfon, deschlorofipronil, desthiol fipronil, amide, fipronil dan fipronil).).Tingkat pelaporan minimum yang umum untuk studi lapangan adalah: fipronil, desmethylthio fluorobenzonitrile, fipronil sulfide, fipronil sulfone, dan deschlorofipronil 0,004 μg/L;dessulfinyl fluorfenamide dan Konsentrasi fipronil amide adalah 0,009 μg/liter;konsentrasi fipronil sulfonat adalah 0,096 μg/liter.
Komunitas invertebrata diambil sampelnya pada akhir setiap wilayah studi (musim semi/musim panas), biasanya pada waktu yang sama dengan pengambilan sampel pestisida terakhir.Setelah musim tanam dan penggunaan pestisida yang berlebihan, waktu pengambilan sampel harus konsisten dengan kondisi aliran rendah, dan harus bertepatan dengan waktu ketika komunitas invertebrata sungai menjadi dewasa dan sebagian besar berada dalam tahap kehidupan larva.Menggunakan sampler Surber dengan mesh 500μm atau jaring D-frame, pengambilan sampel komunitas invertebrata diselesaikan di 437 dari 444 lokasi.Metode pengambilan sampel dijelaskan secara rinci pada materi tambahan.Di NWQL, semua invertebrata biasanya diidentifikasi dan didaftar pada tingkat genus atau spesies.Semua data kimia dan biologi yang dikumpulkan di bidang ini dan digunakan dalam naskah ini dapat ditemukan dalam rilis data terlampir (35).
Untuk lima senyawa fipronil yang digunakan dalam percobaan mesoskopik, konsentrasi larva invertebrata berkurang 20% ​​atau 50% dihitung relatif terhadap kontrol (yaitu EC20 dan EC50).Data [x = konsentrasi fipronil tertimbang waktu (lihat materi tambahan untuk rinciannya), y = kelimpahan larva atau metrik lainnya] dipasang ke paket tambahan R(43) menggunakan metode regresi logaritmik tiga parameter” drc”.Kurva ini cocok untuk semua spesies (larva) dengan kelimpahan yang cukup dan memenuhi metrik lain yang menarik (misalnya, kekayaan taksa, jumlah lalat capung, dan jumlah total kelimpahan) untuk lebih memahami pengaruh komunitas.Koefisien Nash-Sutcliff (45) digunakan untuk mengevaluasi kecocokan model, dimana kecocokan model yang buruk dapat menerima nilai negatif tak terhingga, dan nilai kecocokan sempurna adalah 1.
Untuk mengetahui pengaruh senyawa fipronil terhadap kemunculan serangga dalam percobaan, data dievaluasi dengan dua cara.Pertama, dengan mengurangi kemunculan rata-rata meso aliran kontrol dari kemunculan setiap meso aliran perlakuan, kemunculan kumulatif harian serangga dari setiap meso aliran (jumlah total seluruh individu) dinormalisasi ke kontrol.Plot nilai-nilai ini terhadap waktu untuk memahami penyimpangan mediator fluida perlakuan dari mediator fluida kontrol dalam percobaan 30 hari.Kedua, hitung persentase total kemunculan setiap aliran mesofil, yang didefinisikan sebagai rasio jumlah total mesofil dalam aliran tertentu dengan jumlah rata-rata larva dan dewasa pada kelompok kontrol, dan cocok untuk regresi logaritmik tiga parameter. .Semua serangga perkecambahan yang dikumpulkan berasal dari dua subfamili famili Chironomidae, sehingga dilakukan analisis gabungan.
Perubahan struktur komunitas, seperti hilangnya taksa, pada akhirnya bergantung pada efek langsung dan tidak langsung dari zat beracun, dan dapat menyebabkan perubahan fungsi komunitas (misalnya, kaskade trofik).Untuk menguji kaskade trofik, jaringan sebab-akibat sederhana dievaluasi menggunakan metode analisis jalur (paket R “piecewiseSEM”) (46).Untuk percobaan mesoskopik, diasumsikan bahwa fipronil, desulfinil, sulfida dan sulfon (tidak diuji di tengah) di dalam air untuk mengurangi biomassa pengikis, secara tidak langsung menyebabkan peningkatan biomassa klorofil a (47).Konsentrasi senyawa merupakan variabel prediktor, sedangkan biomassa pengikis dan klorofil merupakan variabel respon.Statistik Fisher's C digunakan untuk mengevaluasi kesesuaian model, sehingga nilai P <0,05 menunjukkan kesesuaian model yang baik (46).
Untuk mengembangkan agen perlindungan ambang batas komunitas ramah lingkungan berbasis risiko, setiap senyawa telah memperoleh 95% spesies yang terkena dampak (HC5), distribusi sensitivitas spesies kronis (SSD) dan perlindungan konsentrasi bahaya.Tiga kumpulan data SSD dihasilkan: (i) hanya kumpulan data meso, (ii) kumpulan data yang berisi semua data meso dan data yang dikumpulkan dari kueri basis data EPA ECOTOX (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, diakses di 14 Maret 2019), durasi penelitian adalah 4 hari atau lebih, dan (iii) kumpulan data yang berisi semua data mesoskopik dan data ECOTOX, di mana data ECOTOX (paparan akut) dibagi akut dengan Rasio D. magna kronis ( 19.39) untuk menjelaskan perbedaan durasi paparan dan memperkirakan nilai EC50 kronis (12).Tujuan kami menghasilkan beberapa model SSD adalah untuk (i) mengembangkan nilai HC5 untuk dibandingkan dengan data lapangan (hanya untuk SSD untuk media), dan (ii) menilai bahwa data media lebih diterima secara luas dibandingkan badan pengatur untuk dimasukkan dalam akuakultur. ketahanan tolok ukur kehidupan dan penetapan standar sumber daya data, dan oleh karena itu kepraktisan penggunaan studi mesoskopik untuk proses penyesuaian.
SSD dikembangkan untuk setiap kumpulan data menggunakan paket R “ssdtools” (48).Gunakan bootstrap (n = 10.000) untuk memperkirakan rata-rata HC5 dan interval kepercayaan (CI) dari SSD.Empat puluh sembilan respon taksa (seluruh taksa yang telah diidentifikasi sebagai genus atau spesies) yang dikembangkan melalui penelitian ini digabungkan dengan 32 respon taksa yang dikumpulkan dari enam penelitian yang dipublikasikan di database ECOTOX, sehingga total ada 81 respon taksa yang dapat digunakan untuk pengembangan SSD. .Karena tidak ada data yang ditemukan dalam database Amida ECOTOX, tidak ada SSD yang dikembangkan untuk Amida dan hanya satu respons EC50 yang diperoleh dari penelitian ini.Meskipun nilai EC50 dari hanya satu gugus sulfida ditemukan di database ECOTOX, mahasiswa pascasarjana saat ini memiliki 12 nilai EC50.Oleh karena itu, SSD untuk gugus sulfinil telah dikembangkan.
Nilai HC5 spesifik senyawa fipronil yang diperoleh dari kumpulan data SSD Mesocosmos saja digabungkan dengan data lapangan untuk menilai paparan dan potensi toksisitas senyawa fipronil di 444 aliran dari lima wilayah di Amerika Serikat.Dalam jendela pengambilan sampel 4 minggu terakhir, setiap konsentrasi senyawa fipronil yang terdeteksi (konsentrasi tidak terdeteksi adalah nol) dibagi dengan HC5 masing-masing, dan rasio senyawa setiap sampel dijumlahkan untuk mendapatkan Total unit toksisitas fipronil (ΣTUFipronil), dimana ΣTUFipronil > 1 berarti toksisitas.
Dengan membandingkan konsentrasi bahaya 50% spesies yang terkena dampak (HC50) dengan nilai kekayaan taksa EC50 yang diperoleh dari percobaan membran medium, SSD yang diperoleh dari data membran medium dievaluasi untuk mencerminkan sensitivitas komunitas ekologi yang lebih luas terhadap fipronil. derajat..Melalui perbandingan ini, konsistensi antara metode SSD (yang hanya mencakup taksa dengan hubungan dosis-respons) dan metode EC50 (yang mencakup semua taksa unik yang diamati di ruang tengah) menggunakan metode EC50 dalam mengukur kekayaan taksa dapat dievaluasi.Hubungan respon dosis.
Indikator spesies risiko pestisida (SPEARpestisida) dihitung untuk menyelidiki hubungan antara status kesehatan komunitas invertebrata dan ΣTUFipronil di 437 aliran sungai pengumpul invertebrata.Metrik SPEARpestisida mengubah komposisi invertebrata menjadi metrik kelimpahan untuk taksonomi biologis dengan karakteristik fisiologis dan ekologi, sehingga memberikan kepekaan terhadap pestisida.Indikator pestisida SPEAR tidak sensitif terhadap kovariat alami (49, 50), meskipun kinerjanya akan dipengaruhi oleh degradasi habitat yang parah (51).Data kelimpahan yang dikumpulkan di lokasi untuk setiap takson dikoordinasikan dengan nilai kunci takson terkait dengan perangkat lunak ASTERICS untuk menilai kualitas ekologi sungai (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Kemudian impor data ke perangkat lunak Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (versi 18.05).Dalam perangkat lunak ini, database sifat Eropa dan database sensitivitas fisiologis terhadap pestisida digunakan untuk mengubah data setiap lokasi menjadi indikator SPEARpestisida.Masing-masing dari lima studi regional menggunakan General Additive Model (GAM) [paket "mgcv" di R(52)) untuk mengeksplorasi hubungan antara metrik SPEARpestisida dan ΣTUFipronil [log10(X + 1) konversi] Terkait.Untuk informasi lebih rinci tentang metrik pestisida SPEAR dan analisis data, silakan lihat Materi Pelengkap.
Indeks kualitas air konsisten pada setiap aliran mesoskopik dan seluruh periode percobaan mesoskopik.Suhu rata-rata, pH dan konduktivitas masing-masing adalah 13,1°C (±0,27°C), 7,8 (±0,12) dan 54,1 (±2,1) μS/cm (35).Karbon organik terlarut yang diukur dalam air sungai bersih adalah 3,1 mg/L.Pada tampilan meso sungai tempat perekam MiniDOT dipasang, oksigen terlarut mendekati saturasi (rata-rata> 8,0 mg/L), yang menunjukkan bahwa aliran tersebut bersirkulasi penuh.
Data kendali mutu dan jaminan mutu pada fipronil disediakan dalam rilis data terlampir (35).Singkatnya, tingkat pemulihan lonjakan matriks laboratorium dan sampel mesoskopik biasanya berada dalam kisaran yang dapat diterima (pemulihan 70% hingga 130%), standar IDL mengkonfirmasi metode kuantitatif, dan blanko laboratorium dan instrumen biasanya bersih. Ada sedikit pengecualian selain generalisasi ini dibahas dalam materi tambahan..
Karena desain sistem, konsentrasi fipronil yang diukur biasanya lebih rendah dari nilai target (Gambar S2) (karena memerlukan waktu 4 hingga 10 hari untuk mencapai kondisi stabil dalam kondisi ideal) (30).Dibandingkan dengan senyawa fipronil lainnya, konsentrasi desulfinil dan amide sedikit berubah seiring waktu, dan variabilitas konsentrasi dalam perlakuan lebih kecil dibandingkan perbedaan antar perlakuan kecuali untuk perlakuan konsentrasi rendah sulfon dan sulfida.Kisaran konsentrasi terukur rata-rata tertimbang waktu untuk setiap kelompok perlakuan adalah sebagai berikut: Fipronil, IDL hingga 9,07μg/L;Desulfinil, IDL hingga 2,15μg/L;Amida, IDL hingga 4,17μg/L;Sulfida, IDL Hingga 0,57μg/liter;dan sulfon, IDL adalah 1,13μg/liter (35).Di beberapa aliran, terdeteksi senyawa fipronil non-target, yaitu senyawa yang tidak dimasukkan ke dalam perlakuan tertentu, tetapi diketahui merupakan produk degradasi dari senyawa perlakuan.Membran mesoskopik yang diolah dengan senyawa induk fipronil memiliki jumlah produk degradasi non-target tertinggi yang terdeteksi (bila tidak digunakan sebagai senyawa pemrosesan, produk tersebut adalah sulfinil, tengah, sulfida, dan sulfon);hal ini mungkin disebabkan oleh proses produksi Pengotor senyawa dan/atau proses degradasi yang terjadi selama penyimpanan larutan stok dan (atau) dalam percobaan mesoskopik dan bukan akibat kontaminasi silang.Tidak ada tren konsentrasi degradasi yang diamati dalam pengobatan fipronil.Senyawa degradasi non-target paling sering terdeteksi pada tubuh dengan konsentrasi perlakuan tertinggi, namun konsentrasinya lebih kecil dibandingkan konsentrasi senyawa non-target tersebut (lihat bagian selanjutnya untuk mengetahui konsentrasinya).Oleh karena itu, karena senyawa degradasi non-target biasanya tidak terdeteksi pada perlakuan fipronil terendah, dan karena konsentrasi yang terdeteksi lebih rendah dibandingkan konsentrasi efek pada perlakuan tertinggi, disimpulkan bahwa senyawa non-target ini memiliki dampak minimal pada analisis.
Dalam percobaan media, makroinvertebrata bentik sensitif terhadap fipronil, desulfinil, sulfon, dan sulfida [Tabel S1;data kelimpahan asli disediakan dalam versi data terlampir (35)].Fipronil amide hanya untuk lalat Rhithrogena sp.Beracun (fatal), EC50-nya adalah 2,05μg/L [±10,8(SE)].Kurva dosis-respons dari 15 taksa unik dihasilkan.Taksa ini menunjukkan kematian dalam kisaran konsentrasi yang diuji (Tabel S1), dan taksa kelompok yang ditargetkan (seperti lalat) (Gambar S3) dan taksa kaya (Gambar 1) Kurva respons dosis dihasilkan.Konsentrasi (EC50) fipronil, desulfinil, sulfon dan sulfida pada taksa unik dari taksa paling sensitif masing-masing berkisar antara 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 dan 0,005-0,043μg/L.Rhithrogena sp.Dan Sweltsa sp.;Gambar S4) lebih rendah dibandingkan taksa yang lebih dapat ditoleransi (seperti Micropsectra / Tanytarsus dan Lepidostoma sp.) (Tabel S1).Menurut rata-rata EC50 setiap senyawa pada Tabel S1, sulfon dan sulfida adalah senyawa yang paling efektif, sedangkan invertebrata umumnya paling tidak sensitif terhadap desulfinil (tidak termasuk Amida).Metrik status ekologi keseluruhan, seperti kekayaan taksa, kelimpahan total, total pentaploid, dan total lalat batu, termasuk taksa dan kelimpahan beberapa taksa, sangat jarang terjadi di meso dan tidak dapat dihitung. Gambarkan kurva respons dosis terpisah.Oleh karena itu, indikator ekologi ini mencakup respons takson yang tidak termasuk dalam SSD.
Kekayaan taksa (larva) dengan fungsi logistik tiga tingkat (A) fipronil, (B) desulfinil, (C) sulfon, dan (D) konsentrasi sulfida.Setiap titik data mewakili larva dari satu aliran pada akhir percobaan meso selama 30 hari.Kekayaan takson merupakan jumlah taksa unik pada setiap aliran.Nilai konsentrasi adalah rata-rata tertimbang waktu dari konsentrasi pengamatan setiap aliran yang diukur pada akhir percobaan 30 hari.Fipronil amide (tidak ditampilkan) tidak memiliki hubungan dengan taksa kaya.Harap dicatat bahwa sumbu x berada pada skala logaritmik.EC20 dan EC50 dengan SE dilaporkan pada Tabel S1.
Pada konsentrasi tertinggi dari kelima senyawa fipronil, laju kemunculan Uetridae menurun.Persentase perkecambahan (EC50) sulfida, sulfon, fipronil, amide dan desulfinil diamati menurun sebesar 50% pada konsentrasi masing-masing 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 dan 0,97μg/L (Gambar 2 dan Gambar S5).Dalam sebagian besar percobaan 30 hari, semua perlakuan fipronil, desulfinil, sulfon, dan sulfida ditunda, kecuali untuk beberapa perlakuan konsentrasi rendah (Gambar 2), dan kemunculannya terhambat.Pada perlakuan Amida, akumulasi efluen selama keseluruhan percobaan lebih tinggi dibandingkan kontrol, dengan konsentrasi 0,286μg/liter.Konsentrasi tertinggi (4,164μg/liter) selama keseluruhan percobaan menghambat efluen, dan laju efluen pada perlakuan perantara serupa dengan kelompok kontrol.(Gambar 2).
Kemunculan kumulatif adalah rata-rata kemunculan rata-rata harian setiap perlakuan dikurangi (A) fipronil, (B) desulfinil, (C) sulfon, (D) sulfida dan (E) amide dalam aliran kontrol Rata-rata kemunculan rata-rata harian membran.Kecuali kontrol (n = 6), n = 1. Nilai konsentrasi merupakan rata-rata tertimbang waktu dari konsentrasi yang diamati pada setiap aliran.
Kurva dosis-respons menunjukkan bahwa, selain kerugian taksonomi, terjadi perubahan struktural di tingkat komunitas.Secara khusus, dalam rentang konsentrasi pengujian, kelimpahan Mei (Gambar S3) dan kelimpahan taksa (Gambar 1) menunjukkan hubungan dosis-respons yang signifikan dengan fipronil, desulfinil, sulfon, dan sulfida.Oleh karena itu, kami mengeksplorasi bagaimana perubahan struktural ini menyebabkan perubahan fungsi masyarakat dengan menguji kaskade nutrisi.Paparan fipronil, desulfinil, sulfida, dan sulfon pada invertebrata air memiliki dampak negatif langsung terhadap biomassa alat pengikis (Gambar 3).Untuk mengendalikan dampak negatif fipronil pada biomassa scraper, scraper juga berdampak negatif terhadap klorofil biomassa (Gambar 3).Hasil dari koefisien jalur negatif ini adalah peningkatan bersih klorofil a seiring dengan peningkatan konsentrasi fipronil dan pengurai.Model jalur yang dimediasi penuh ini menunjukkan bahwa peningkatan degradasi fipronil atau fipronil menyebabkan peningkatan proporsi klorofil a (Gambar 3).Diasumsikan sebelumnya bahwa efek langsung antara konsentrasi fipronil atau degradasi dan biomassa klorofil a adalah nol, karena senyawa fipronil adalah pestisida dan memiliki toksisitas langsung yang rendah terhadap alga (misalnya, konsentrasi awal tanaman non-vaskular akut EPA adalah 100μg/L fipronil, gugus disulfoksida, sulfon dan sulfida; https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), Semua hasil (model yang valid) mendukung hal ini hipotesa.
Fipronil secara signifikan dapat mengurangi biomassa (efek langsung) penggembalaan (kelompok pengikis adalah larva), tetapi tidak memiliki efek langsung terhadap biomassa klorofil a.Namun, efek tidak langsung yang kuat dari fipronil adalah meningkatkan biomassa klorofil a sebagai respons terhadap berkurangnya penggembalaan.Tanda panah menunjukkan koefisien jalur standar, dan tanda minus (-) menunjukkan arah asosiasi.* Menunjukkan tingkat kepentingannya.
Ketiga SSD (hanya lapisan tengah, lapisan tengah ditambah data ECOTOX, dan lapisan tengah ditambah data ECOTOX yang dikoreksi untuk perbedaan durasi paparan) menghasilkan nilai HC5 yang berbeda secara nominal (Tabel S3), namun hasilnya berada dalam kisaran SE.Di sisa penelitian ini, kami akan fokus pada data SSD yang hanya memiliki meso universe dan nilai HC5 terkait.Untuk penjelasan lebih lengkap mengenai ketiga evaluasi SSD ini, silakan merujuk pada materi tambahan (Tabel S2 hingga S5 dan Gambar S6 dan S7).Distribusi data yang paling sesuai (skor standar informasi Akaike terendah) dari empat senyawa fipronil (Gambar 4) yang hanya digunakan dalam peta SSD meso-padat adalah log-gumbel fipronil dan sulfon, serta weibull sulfida dan desulfurisasi γ ( Tabel S3).Nilai HC5 yang diperoleh untuk setiap senyawa dilaporkan pada Gambar 4 hanya untuk alam semesta meso, dan pada Tabel S3 nilai HC5 dari ketiga kumpulan data SSD dilaporkan.Nilai HC50 gugus fipronil, sulfida, sulfon dan desulfinil [22,1±8,78 ng/L (95% CI, 11,4 hingga 46,2), 16,9±3,38 ng/L (95% CI, 11,2 hingga 24,0), 8 80± 2,66 ng/L (95% CI, 5,44 hingga 15,8) dan 83,4±32,9 ng/L (95% CI, 36,4 hingga 163)] Senyawa ini secara signifikan lebih rendah daripada kekayaan taksa EC50 (jumlah total taksa unik) (Tabel S1 ; catatan pada tabel bahan tambahan adalah mikrogram per liter).
Dalam percobaan skala meso, ketika terkena (A) fipronil, (B) dessulfinyl fipronil, (C) fipronil sulfon, (D) fipronil sulfida selama 30 hari, sensitivitas spesies dijelaskan. Ini adalah nilai takson EC50.Garis putus-putus biru mewakili 95% CI.Garis putus-putus horizontal mewakili HC5.Nilai HC5 (ng/L) masing-masing senyawa adalah sebagai berikut: Fipronil, 4,56 ng/L (95% CI, 2,59 hingga 10,2);Sulfida, 3,52 ng/L (1,36 hingga 9,20);Sulfon, 2,86 ng/ Liter (1,93 hingga 5,29);dan sulfinil, 3,55 ng/liter (0,35 hingga 28,4).Harap dicatat bahwa sumbu x berada pada skala logaritmik.
Dalam lima studi regional, Fipronil (orang tua) terdeteksi di 22% dari 444 titik pengambilan sampel lapangan (Tabel 1).Frekuensi deteksi florfenib, sulfon dan amide serupa (18% hingga 22% sampel), frekuensi deteksi sulfida dan desulfinil lebih rendah (11% hingga 13%), sedangkan produk degradasi lainnya sangat tinggi.Sedikit (1% atau kurang) atau tidak pernah terdeteksi (Tabel 1)..Fipronil paling sering terdeteksi di bagian tenggara (52% lokasi) dan paling jarang di bagian barat laut (9% lokasi), yang menyoroti variabilitas penggunaan benzopyrazole dan potensi kerentanan aliran sungai di seluruh negeri.Degradan biasanya menunjukkan pola regional yang serupa, dengan frekuensi deteksi tertinggi di wilayah tenggara dan terendah di wilayah barat laut atau pesisir California.Konsentrasi fipronil yang diukur adalah yang tertinggi, diikuti oleh senyawa induk fipronil (persentase 90% masing-masing 10,8 dan 6,3 ng/L) (Tabel 1) (35).Konsentrasi tertinggi fipronil (61,4 ng/L), disulfinil (10,6 ng/L) dan sulfida (8,0 ng/L) ditentukan di tenggara (dalam empat minggu terakhir pengambilan sampel).Konsentrasi sulfon tertinggi ditentukan di barat.(15,7 ng/L), amide (42,7 ng/L), dessulfinyl flupirnamide (14 ng/L) dan fipronil sulfonate (8,1 ng/L) (35).Florfenide sulfon adalah satu-satunya senyawa yang diamati melebihi HC5 (Tabel 1).Rata-rata ΣTUFipronil antara berbagai wilayah sangat bervariasi (Tabel 1).Rata-rata nasional ΣTUFipronil adalah 0,62 (semua lokasi, semua wilayah), dan 71 lokasi (16%) memiliki ΣTUFipronil> 1, yang menunjukkan bahwa ia mungkin beracun bagi makroinvertebrata bentik.Di empat dari lima wilayah yang diteliti (kecuali Midwest), terdapat hubungan yang signifikan antara pestisida SPEAR dan ΣTUFipronil, dengan R2 yang disesuaikan berkisar antara 0,07 di sepanjang pantai California hingga 0,34 di tenggara (Gambar 5).
*Senyawa yang digunakan dalam percobaan mesoskopik.†ΣTUFipronil, median jumlah unit toksin [konsentrasi lapangan empat senyawa fipronil yang diamati/konsentrasi bahaya setiap senyawa dari persentil kelima spesies yang terinfeksi SSD (Gambar 4)] Untuk sampel fipronil mingguan, 4 terakhir minggu sampel pestisida yang dikumpulkan di setiap lokasi dihitung.‡Jumlah lokasi pengukuran pestisida.§Persentil ke-90 didasarkan pada konsentrasi maksimum yang diamati di lokasi selama 4 minggu terakhir pengambilan sampel pestisida.dengan persentase sampel yang diuji.¶ Gunakan CI 95% dari nilai HC5 (Gambar 4 dan Tabel S3, hanya meso) untuk menghitung CI.Dechloroflupinib telah dianalisis di semua wilayah dan tidak pernah ditemukan.ND, tidak terdeteksi.
Satuan toksik Fipronil adalah konsentrasi fipronil terukur dibagi dengan nilai HC5 spesifik senyawa, yang ditentukan oleh SSD yang diperoleh dari percobaan media (lihat Gambar 4).Garis hitam, model aditif umum (GAM).Garis putus-putus merah memiliki CI sebesar 95% untuk GAM.ΣTUFipronil diubah menjadi log10 (ΣTUFipronil+1).
Efek buruk fipronil pada spesies akuatik non-target telah didokumentasikan dengan baik (15, 21, 24, 25, 32, 33), namun ini adalah studi pertama yang sensitif terhadap fipronil dalam lingkungan laboratorium terkendali.Komunitas taksa tersebut terpapar senyawa fipronil, dan hasilnya diekstrapolasi pada skala kontinental.Hasil percobaan mesocosmic selama 30 hari dapat menghasilkan 15 kelompok serangga air yang berbeda (Tabel S1) dengan konsentrasi yang tidak dilaporkan dalam literatur, di antaranya serangga air dalam database toksisitas kurang terwakili (53, 54).Kurva dosis-respons spesifik taksa (seperti EC50) tercermin dalam perubahan di tingkat komunitas (seperti kekayaan taksa dan hilangnya kelimpahan lalat) dan perubahan fungsional (seperti aliran nutrisi dan perubahan penampilan).Efek alam semesta mesoskopik diekstrapolasi ke lapangan.Di empat dari lima wilayah penelitian di Amerika Serikat, konsentrasi fipronil yang diukur di lapangan berkorelasi dengan penurunan ekosistem perairan di perairan yang dapat mengalir.
Nilai HC5 dari 95% spesies dalam percobaan membran medium memiliki efek perlindungan, menunjukkan bahwa komunitas invertebrata air secara keseluruhan lebih sensitif terhadap senyawa fipronil daripada yang diketahui sebelumnya.Nilai HC5 yang diperoleh (florfenib, 4,56 ng/liter; desulfoxirane, 3,55 ng/liter; sulfon, 2,86 ng/liter; sulfida, 3,52 ng/liter) beberapa kali lipat (florfenib) hingga tiga kali lipat Lebih dari satu urutan besarnya (desulfinil ) di bawah standar invertebrata kronis EPA saat ini [fipronil, 11 ng/liter;desulfinil, 10.310 ng/liter;sulfon, 37 ng/liter;dan sulfida, sebesar 110 ng/liter (8)].Eksperimen mesoskopik mengidentifikasi banyak kelompok yang sensitif terhadap fipronil daripada yang ditunjukkan oleh benchmark invertebrata kronis EPA (4 kelompok yang lebih sensitif terhadap fipronil, 13 pasang desulfinil, 11 pasang sulfon dan 13 pasang) Sensitivitas sulfida) (Gambar 4 dan tabel) S1).Hal ini menunjukkan bahwa benchmark tidak dapat melindungi beberapa spesies yang juga diamati di dunia tengah, yang juga tersebar luas di ekosistem perairan.Perbedaan antara hasil kami dan tolok ukur saat ini terutama disebabkan oleh kurangnya data uji toksisitas fipronil yang dapat diterapkan pada sejumlah taksa serangga air, terutama ketika waktu pemaparan melebihi 4 hari dan fipronil terdegradasi.Selama percobaan mesocosmic 30 hari, sebagian besar serangga di komunitas invertebrata lebih sensitif terhadap fipronil daripada organisme uji umum Aztec (krustasea), bahkan setelah Aztec dikoreksi. EC50 dari Teike membuatnya sama setelah transformasi akut.(Biasanya 96 jam) hingga waktu paparan kronis (Gambar S7).Konsensus yang lebih baik dicapai antara percobaan membran medium dan penelitian yang dilaporkan di ECOTOX menggunakan organisme uji standar Chironomus dilutus (serangga).Tidak mengherankan jika serangga air sangat sensitif terhadap pestisida.Tanpa menyesuaikan waktu pemaparan, percobaan skala meso dan data komprehensif dari database ECOTOX menunjukkan bahwa banyak taksa yang diamati lebih sensitif terhadap senyawa fipronil dibandingkan Clostridium yang diencerkan (Gambar S6).Namun, dengan menyesuaikan waktu pemaparan, Dilution Clostridium merupakan organisme yang paling sensitif terhadap fipronil (induk) dan sulfida, meskipun tidak sensitif terhadap sulfon (Gambar S7).Hasil ini menggambarkan pentingnya memasukkan beberapa jenis organisme akuatik (termasuk beberapa serangga) untuk menghasilkan konsentrasi pestisida aktual yang dapat melindungi organisme akuatik.
Metode SSD dapat melindungi taksa langka atau tidak sensitif yang EC50nya tidak dapat ditentukan, seperti Cinygmula sp., Isoperla fulva dan Brachycentrus americanus.Nilai EC50 dari kelimpahan taksa dan kelimpahan terbang yang mencerminkan perubahan komposisi komunitas konsisten dengan nilai HC50 dari SSD fipronil, sulfon dan sulfida.Protokol ini mendukung gagasan berikut: Metode SSD yang digunakan untuk mendapatkan ambang batas dapat melindungi seluruh komunitas, termasuk taksa langka atau tidak sensitif di komunitas.Ambang batas organisme akuatik yang ditentukan dari SSD berdasarkan hanya beberapa taksa atau taksa tidak sensitif mungkin sangat tidak mencukupi dalam melindungi ekosistem perairan.Hal ini terjadi pada desulfinil (Gambar S6B).Karena kurangnya data dalam database ECOTOX, konsentrasi dasar EPA invertebrata kronis adalah 10.310 ng/L, empat kali lipat lebih tinggi dibandingkan HC5 yang sebesar 3,55 ng/L.Hasil rangkaian respons takson berbeda dihasilkan dalam percobaan mesoskopik.Kurangnya data toksisitas menjadi masalah terutama untuk senyawa yang mudah terurai (Gambar S6), yang mungkin menjelaskan mengapa tolok ukur biologis perairan yang ada untuk sulfon dan sulfida sekitar 15 hingga 30 kali lebih sensitif dibandingkan nilai SSD HC5 berdasarkan China Universe.Keuntungan metode membran medium adalah beberapa nilai EC50 dapat ditentukan dalam satu percobaan, yang cukup untuk membentuk SSD lengkap (misalnya, desulfinil; Gambar 4B dan Gambar S6B dan S7B), dan mempunyai dampak yang signifikan mengenai taksa alami ekosistem yang dilindungi Banyak tanggapan.
Eksperimen mesoskopik menunjukkan bahwa fipronil dan produk degradasinya mungkin memiliki efek merugikan yang tidak mematikan dan tidak langsung terhadap fungsi masyarakat.Dalam percobaan mesoskopik, kelima senyawa fipronil ternyata mempengaruhi kemunculan serangga.Hasil perbandingan antara konsentrasi tertinggi dan terendah (penghambatan dan stimulasi kemunculan individu atau perubahan waktu kemunculan) konsisten dengan hasil percobaan meso menggunakan insektisida bifenthrin yang dilaporkan sebelumnya (29).Kemunculan spesies dewasa memberikan fungsi ekologis yang penting dan dapat diubah oleh polutan seperti fipronil (55, 56).Kemunculan secara bersamaan tidak hanya penting untuk reproduksi serangga dan kelangsungan populasi, namun juga untuk pasokan serangga dewasa, yang dapat digunakan sebagai makanan bagi hewan air dan darat (56).Mencegah munculnya bibit dapat berdampak buruk pada pertukaran makanan antara ekosistem perairan dan ekosistem tepi sungai, dan menyebarkan dampak polutan perairan ke ekosistem darat (55, 56).Penurunan kelimpahan scraper (serangga pemakan alga) yang diamati pada percobaan skala meso mengakibatkan penurunan konsumsi alga yang berdampak pada peningkatan klorofil a (Gambar 3).Kaskade trofik ini mengubah fluks karbon dan nitrogen dalam jaring makanan cair, serupa dengan penelitian yang mengevaluasi efek piretroid bifenthrin pada komunitas bentik (29).Oleh karena itu, fenilpirazol, seperti fipronil dan produk degradasinya, piretroid, dan mungkin jenis insektisida lainnya, secara tidak langsung dapat mendorong peningkatan biomassa alga dan gangguan karbon dan nitrogen di sungai kecil.Dampak lainnya mungkin meluas hingga rusaknya siklus karbon dan nitrogen antara ekosistem akuatik dan darat.
Informasi yang diperoleh dari uji membran medium memungkinkan kami mengevaluasi relevansi ekologis konsentrasi senyawa fipronil yang diukur dalam studi lapangan skala besar yang dilakukan di lima wilayah Amerika Serikat.Pada 444 aliran kecil, 17% konsentrasi rata-rata satu atau lebih senyawa fipronil (rata-rata selama 4 minggu) melebihi nilai HC5 yang diperoleh dari uji media.Gunakan SSD dari percobaan skala meso untuk mengubah konsentrasi senyawa fipronil yang diukur menjadi indeks terkait toksisitas, yaitu jumlah unit toksisitas (ΣTUFipronil).Nilai 1 menunjukkan toksisitas atau paparan kumulatif senyawa fipronil melebihi perlindungan Spesies yang diketahui senilai 95%.Hubungan yang signifikan antara ΣTUFipronil di empat dari lima wilayah dan indikator pestisida SPEAR terhadap kesehatan komunitas invertebrata menunjukkan bahwa fipronil dapat berdampak buruk pada komunitas invertebrata bentik di sungai di berbagai wilayah di Amerika Serikat.Hasil ini mendukung hipotesis Wolfram dkk.(3) Risiko insektisida fenpirazol terhadap air permukaan di Amerika Serikat belum sepenuhnya dipahami karena dampak terhadap serangga air terjadi di bawah ambang batas peraturan saat ini.
Sebagian besar sungai dengan kandungan fipronil di atas tingkat racun terletak di wilayah tenggara yang relatif perkotaan (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Penilaian sebelumnya terhadap kawasan tersebut tidak hanya menyimpulkan bahwa fipronil merupakan pemicu stres utama yang mempengaruhi struktur komunitas invertebrata di sungai, namun juga rendahnya oksigen terlarut, peningkatan nutrisi, perubahan aliran, degradasi habitat, dan kategori pestisida dan polutan lainnya merupakan hal yang penting. sumber stres (57).Campuran pemicu stres ini konsisten dengan “sindrom sungai perkotaan”, yaitu degradasi ekosistem sungai yang umum terjadi terkait penggunaan lahan perkotaan (58, 59).Tanda-tanda penggunaan lahan perkotaan di wilayah Tenggara semakin meningkat dan diperkirakan akan meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah penduduk di wilayah tersebut.Dampak pembangunan perkotaan di masa depan dan penggunaan pestisida terhadap limpasan perkotaan diperkirakan akan meningkat (4).Jika urbanisasi dan penggunaan fipronil terus meningkat, penggunaan pestisida ini di perkotaan akan semakin berdampak pada masyarakat sungai.Meskipun meta-analisis menyimpulkan bahwa penggunaan pestisida pertanian mengancam ekosistem aliran sungai secara global (2, 60), kami berasumsi bahwa penilaian ini meremehkan dampak pestisida secara global secara keseluruhan dengan mengecualikan penggunaan pestisida di perkotaan.
Berbagai pemicu stres, termasuk pestisida, dapat mempengaruhi komunitas makroinvertebrata di daerah aliran sungai yang sudah berkembang (perkotaan, pertanian, dan penggunaan lahan campuran) dan mungkin terkait dengan penggunaan lahan (58, 59, 61).Meskipun penelitian ini menggunakan indikator pestisida SPEAR dan karakteristik toksisitas fipronil spesifik organisme akuatik untuk meminimalkan dampak faktor perancu, kinerja indikator pestisida SPEAR mungkin terpengaruh oleh degradasi habitat, dan fipronil dapat dibandingkan dengan Pestisida terkait lainnya (4, 17, 51, 57).Namun, model pemicu stres ganda yang dikembangkan menggunakan pengukuran lapangan dari dua studi regional pertama (Barat Tengah dan Tenggara) menunjukkan bahwa pestisida merupakan pemicu stres hulu yang penting bagi kondisi komunitas makroinvertebrata di sungai yang mengarungi sungai.Dalam model ini, variabel penjelas yang penting mencakup pestisida (terutama bifenthrin), nutrisi dan karakteristik habitat di sebagian besar aliran pertanian di wilayah Midwest, dan pestisida (terutama fipronil) di sebagian besar kota di wilayah tenggara.Perubahan oksigen, nutrisi dan aliran (61, 62).Oleh karena itu, meskipun penelitian regional berupaya untuk mengatasi dampak pemicu stres non-pestisida pada indikator respons dan menyesuaikan indikator prediktif untuk menggambarkan dampak fipronil, hasil survei lapangan ini mendukung pandangan fipronil.) Harus dianggap sebagai salah satu sumber tekanan paling berpengaruh di sungai-sungai Amerika, terutama di Amerika Serikat bagian tenggara.
Terjadinya degradasi pestisida di lingkungan jarang terdokumentasi, namun ancaman terhadap organisme akuatik mungkin lebih berbahaya dibandingkan organisme induknya.Dalam kasus fipronil, studi lapangan dan percobaan skala meso menunjukkan bahwa produk degradasi sama umum dengan tubuh induk dalam aliran sampel dan memiliki toksisitas yang sama atau lebih tinggi (Tabel 1).Dalam percobaan membran medium, fluorobenzonitril sulfon adalah produk degradasi pestisida yang paling beracun yang dipelajari, dan lebih beracun daripada senyawa induknya, dan juga terdeteksi pada frekuensi yang sama dengan senyawa induk.Jika hanya pestisida induk yang diukur, potensi kejadian toksisitas mungkin tidak diketahui, dan relatif kurangnya informasi toksisitas selama degradasi pestisida berarti kejadian dan konsekuensinya dapat diabaikan.Misalnya, karena kurangnya informasi mengenai toksisitas produk degradasi, penilaian komprehensif terhadap pestisida di aliran sungai Swiss dilakukan, termasuk 134 produk degradasi pestisida, dan hanya senyawa induk yang dianggap sebagai senyawa induk dalam penilaian risiko ekotoksikologi.
Hasil penilaian risiko ekologis ini menunjukkan bahwa senyawa fipronil mempunyai dampak buruk terhadap kesehatan sungai, sehingga dapat disimpulkan bahwa dampak buruk dapat diamati di mana saja ketika senyawa fipronil melebihi tingkat HC5.Hasil percobaan mesoskopik tidak bergantung pada lokasi, menunjukkan bahwa konsentrasi fipronil dan produk degradasinya di banyak aliran taksa jauh lebih rendah daripada yang tercatat sebelumnya.Kami percaya bahwa penemuan ini kemungkinan besar akan diperluas ke protobiota di aliran air murni di mana pun.Hasil percobaan skala meso diterapkan pada studi lapangan skala besar (444 sungai kecil yang terdiri dari perkotaan, pertanian, dan penggunaan lahan campuran di lima wilayah utama di Amerika Serikat), dan ditemukan bahwa konsentrasi banyak sungai dimana fipronil terdeteksi diperkirakan Toksisitas yang dihasilkan menunjukkan bahwa hasil ini dapat meluas ke negara-negara lain di mana fipronil digunakan.Menurut laporan, jumlah orang yang menggunakan Fipronil meningkat di Jepang, Inggris dan Amerika (7).Fipronil hadir di hampir setiap benua, termasuk Australia, Amerika Selatan dan Afrika (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Hasil studi meso-to-field yang disajikan di sini menunjukkan bahwa penggunaan fipronil mungkin memiliki signifikansi ekologis dalam skala global.
Untuk materi tambahan artikel ini, silakan lihat http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Ini adalah artikel akses terbuka yang didistribusikan di bawah ketentuan Lisensi Atribusi-Non-Komersial Creative Commons, yang mengizinkan penggunaan, distribusi, dan reproduksi dalam media apa pun, selama penggunaan akhirnya bukan untuk keuntungan komersial dan premisnya adalah bahwa karya asli sudah benar.Referensi.
Catatan: Kami hanya meminta Anda untuk memberikan alamat email Anda sehingga orang yang Anda rekomendasikan ke halaman tersebut mengetahui bahwa Anda ingin mereka melihat email tersebut dan bahwa itu bukan spam.Kami tidak akan menangkap alamat email apa pun.
Pertanyaan ini digunakan untuk menguji apakah Anda pengunjung dan mencegah pengiriman spam otomatis.
Janet L. Miller, Travis S. Schmidt, Peter C. Van Meterre, Barbara Mahler ( Barbara J. Mahler, Mark W. Sandstrom, Lisa H. Nowell, Daren M. Carlisle, Patrick W. Moran
Penelitian telah menunjukkan bahwa pestisida umum yang sering terdeteksi di sungai-sungai di Amerika ternyata lebih beracun daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Janet L. Miller, Travis S. Schmidt, Peter C. Van Meterre, Barbara Mahler ( Barbara J. Mahler, Mark W. Sandstrom, Lisa H. Nowell, Daren M. Carlisle, Patrick W. Moran
Penelitian telah menunjukkan bahwa pestisida umum yang sering terdeteksi di sungai-sungai di Amerika ternyata lebih beracun daripada yang diperkirakan sebelumnya.
©2021 Asosiasi Amerika untuk Kemajuan Ilmu Pengetahuan.seluruh hak cipta.AAAS adalah mitra dari HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef dan COUNTER.ScienceAdvanced ISSN 2375-2548.