Pestiziden a Baachen ginn ëmmer méi eng global Suerg, awer et gëtt wéineg Informatioun iwwer déi sécher Konzentratioun vun aquateschen Ökosystemer.An engem 30-Deeg mesokosmesche Experiment goufen déi gebierteg benthesch aquatesch Invertebraten dem gemeinsamen Insektizid Fipronil a véier Aarte vun Degradatiounsprodukter ausgesat.D'Fipronil-Verbindung verursaacht Verännerungen an der Entstoe an der trophescher Kaskade.Déi effektiv Konzentratioun (EC50), bei där Fipronil a seng Sulfid-, Sulfon- an Desulfinyl-Degradatiounsprodukter eng 50% Äntwert verursaachen, gouf entwéckelt.Taxanen sinn net sensibel géint Fipronil.D'Gefor Konzentratioun vu 5% vun de betraffene Spezies vu 15 mesokosmesche EC50 Wäerter gëtt benotzt fir d'Verbindungskonzentratioun vu Fipronil am Feldprobe an d'Zomm vun gëftege Eenheeten (∑TUFipronils) ëmzewandelen.An 16% vun de Stréimunge vu fënnef regionalen Studien gezunn, huet den Duerchschnëtt ∑TUFipronil 1 iwwerschratt (wat d'Toxizitéit ugeet).Invertebrate Indikatoren vun Arten a Gefor sinn negativ korreléiert mat TUTUipronil a véier vun de fënnef Probengebidder.Dës ökologesch Risikobewäertung weist datt niddereg Konzentratioune vu Fipronilverbindungen d'Streamgemeinschaften a villen Deeler vun den USA reduzéieren.
Och wann d'Produktioun vu syntheteschen Chemikalien an de leschte Joerzéngte staark eropgaang ass, ass den Impakt vun dëse Chemikalien op net-Zil-Ökosystemer net voll verstanen (1).An Uewerflächewaasser wou 90% vum globalen Akerland verluer sinn, ginn et keng Daten iwwer landwirtschaftlech Pestiziden, awer wou et Daten gëtt, ass d'Zäit fir d'Pestiziden fir d'Reguléierungsgrenzen ze iwwerschreiden hallef (2).Eng Meta-Analyse vun landwirtschaftleche Pestiziden an Uewerflächewaasser an den USA huet festgestallt datt op 70% vun de Probeplazen op d'mannst ee Pestizid de reglementaresche Schwell iwwerschratt huet (3).Wéi och ëmmer, dës Metaanalysen (2, 3) konzentréieren sech nëmmen op Uewerflächewaasser betraff vum landwirtschaftleche Landverbrauch, a sinn e Resumé vun diskrete Studien.Pestiziden, besonnesch Insektiziden, existéieren och an héije Konzentratioune bei der Stadlandschaftsdrainage (4).Et ass selten eng ëmfaassend Bewäertung vu Pestiziden an Uewerflächewaasser aus der Landwirtschaft an urbaner Landschaft entlooss ze maachen;dofir, et ass net bekannt, ob Pestiziden eng grouss-Skala Gefor fir Uewerfläch Waasser Ressourcen an hir ökologesch Integritéit.
Benzopyrazolen an Neonicotinoiden hunn en Drëttel vum weltwäite Pestizidmaart am Joer 2010 ausgemaach (5).An Uewerflächewaasser an den USA sinn Fipronil a seng Degradatiounsprodukter (Phenylpyrazole) déi heefegste Pestizidverbindungen, an hir Konzentratioune sinn normalerweis d'Waassernormen (6-8).Och wann Neonicotinoiden d'Opmierksamkeet ugezunn hunn wéinst hiren Effekter op Bienen a Villercher an hir Prävalenz (9), ass Fipronil méi gëfteg fir Fësch a Villercher (10), während aner Phenylpyrazole Klasseverbindungen herbizid Effekter hunn (5).Fipronil ass e systemescht Insektizid dat benotzt gëtt fir Schued an urbanen a landwirtschaftlechen Ëmfeld ze kontrolléieren.Zënter datt Fipronil am Joer 1993 op de Weltmaart koum, ass d'Benotzung vu Fipronil an den USA, Japan a Groussbritannien staark eropgaang (5).An den USA gëtt Fipronil benotzt fir Ameen a Termiten ze kontrolléieren, a gëtt an Ernte benotzt, dorënner Mais (inklusiv Sombehandlung), Gromperen an Orchards (11, 12).Landwirtschaftlech Notzung vu Fipronil an den USA huet 2002 den Héichpunkt erreecht (13).Och wa keng national urban Benotzungsdaten verfügbar sinn, huet den urbane Gebrauch a Kalifornien 2006 an 2015 den Héichpunkt erreecht (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, zougänglech den 2. Dezember 2019.Och wann héich Konzentratioune vu Fipronil (6.41μg / L) a Baachen an e puer landwirtschaftleche Gebidder mat héijen Uwendungsraten (14) fonnt ginn, am Verglach mat landwirtschaftleche Baachen, urban Stréimunge an den USA hunn allgemeng méi Detektioun a méi héich Héich Konzentratioune, positiv fir Optriede vu Stuerm si mam Test verbonnen (6, 7, 14-17).
Fipronil trëtt an d'aquatesch Ökosystem vum Oflaf oder läscht aus dem Buedem an de Stroum (7, 14, 18).Fipronil huet niddereg Volatilitéit (Henry Gesetz konstant 2,31 × 10-4 Pa m3 mol-1), niddereg bis moderéiert Waasserléislechkeet (3,78 mg / l bei 20 ° C), a moderéiert Hydrophobicitéit (Log Kow ass 3,9 bis 4,1)). Mobilitéit am Buedem ass ganz kleng (Log Koc ass 2,6 bis 3,1) (12, 19), an et weist niddereg bis mëttel Persistenz an der Ëmwelt (20).Finazepril gëtt duerch Photolyse, Oxidatioun, pH-ofhängeg Hydrolyse a Reduktioun ofgebaut, a bilden véier Haaptdegradatiounsprodukter: Dessulfoxyphenapril (nach Sulfoxid), Phenaprenip Sulfon (Sulfon), Filofenamid (Amid) a Filofenib Sulfid (Sufid).Fipronil-Degradatiounsprodukter tendéieren méi stabil an haltbar wéi d'Eltereverbindung (21, 22).
D'Toxizitéit vu Fipronil a seng Degradatioun an net-Zilarten (wéi aquatesch Invertebraten) ass gutt dokumentéiert (14, 15).Fipronil ass eng neurotoxesch Verbindung déi de Chloridionpassage duerch de Chloridkanal reglementéiert duerch Gamma-Aminobutyrinsäure bei Insekten interferéiert, wat zu genuch Konzentratioun resultéiert fir exzessiv Opreegung an Doud ze verursaachen (20).Fipronil ass selektiv gëfteg, sou datt et eng méi grouss Rezeptor bindend Affinitéit fir Insekten huet wéi Mamendéieren (23).D'Insektizidaktivitéit vu Fipronil-Degradatiounsprodukter ass anescht.D'Toxizitéit vu Sulfon a Sulfid fir Séisswasser Invertebraten ass ähnlech oder méi héich wéi déi vun der Elterenverbindung.Desulfinyl huet moderéiert Toxizitéit awer ass manner gëfteg wéi d'Eltereverbindung.Relativ net gëfteg (23, 24).D'Sensibilitéit vun aquateschen Invertebraten fir Fipronil a Fipronil Degradatioun variéiert immens bannent an tëscht Taxa (15), an an e puer Fäll souguer méi wéi eng Uerdnung vun Magnitude (25).Schlussendlech gëtt et Beweiser datt Phenylpyrazole méi gëfteg fir den Ökosystem sinn wéi virdru geduecht (3).
Aquatesch biologesch Benchmarks baséiert op Laboratoire Toxizitéitstest kënnen de Risiko vu Feldpopulatiounen ënnerschätzen (26-28).Aquatesch Standarde ginn normalerweis duerch eenzel Spezies Laboratoire Toxizitéitstester mat enger oder e puer aquateschen Invertebrate Arten etabléiert (zum Beispill Diptera: Chironomidae: Chironomus a Crustacea: Daphnia magna an Hyalella azteca).Dës Testorganismen si meeschtens méi einfach ze kultivéieren wéi aner benthesch Makroinvertebraten (zum Beispill phe Gattung ::), an a verschiddene Fäll si manner empfindlech op Schuedstoffer.Zum Beispill ass D. Magna manner empfindlech op vill Metalle wéi verschidden Insekten, während A. zteca manner empfindlech ass fir de Pyrethroiden Insektizid Bifenthrin wéi seng Empfindlechkeet fir Würmer (29, 30).Eng aner Begrenzung vun existente Benchmarks sinn d'Endpunkte benotzt an de Berechnungen.Akute Benchmarks baséieren op Mortalitéit (oder fixéiert fir Crustaceans), während chronesch Benchmarks normalerweis op sublethal Endpunkte baséieren (wéi Wuesstum a Reproduktioun) (wann iwwerhaapt).Wéi och ëmmer, et gi verbreet sublethal Effekter, wéi Wuesstum, Entstoe, Lähmung an Entwécklungsverzögerung, wat den Erfolleg vun Taxa a Gemeinschaftsdynamik beaflosse kann.Als Resultat, obwuel de Benchmark en Hannergrond fir d'biologesch Wichtegkeet vum Effekt gëtt, ass d'ökologesch Relevanz als Schwell fir Toxizitéit onsécher.
Fir d'Effekter vu Fipronil-Verbindungen op benthesch aquatesch Ökosystemer (Invertebraten an Algen) besser ze verstoen, goufen natierlech benthesch Gemeinschaften an de Labo bruecht an u Konzentratiounsgradienten während dem 30-Deeg Floss Fipronil oder ee vun de véier Fipronil-Degradatiounsexperimenter ausgesat.D'Fuerschungsziel ass eng Spezifesch 50% Effektkonzentratioun (EC50 Wäert) fir all Fipronilverbindung ze produzéieren, déi eng breet Taxa vun enger Flossgemeinschaft representéiert, an den Impakt vu Pollutanten op Gemeinschaftsstruktur a Funktioun ze bestëmmen [dh Gefor Konzentratioun] 5 % vun betroffenen Arten (HC5) an indirekten Effekter wéi verännert Entstoe an trophesch Dynamik].Duerno gouf d'Schwell (verbindungsspezifesch HC5 Wäert) aus dem mesoskopesche Experiment op d'Feld applizéiert, gesammelt vun der United States Geological Survey (USGS) aus fënnef Regioune vun den USA (Nordosten, Südosten, Mëttlere Westen, Nordweste Pazifik, an Zentral Kalifornien. Coastal Zone) Data) als Deel vun der USGS Regional Stream Qualitéit Bewäertung (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Sou wäit wéi mir wëssen, ass dëst déi éischt ekologesch Risikobewäertung.Et ënnersicht ëmfaassend d'Effekter vu Fipronilverbindungen op bentheschen Organismen an engem kontrolléierten Meso-Ëmfeld, an applizéiert dës Resultater dann op kontinentale Skala Feldbewäertungen.
Den 30-Deeg mesokosmesche Experiment gouf am USGS Aquatic Laboratory (AXL) zu Fort Collins, Colorado, USA vum 18. Oktober bis de 17. November 2017, fir 1 Dag Domestizéierung an 30 Deeg Experimenter duerchgefouert.D'Method gouf virdru beschriwwen (29, 31) an detailléiert am Ergänzungsmaterial.D'Meso Raum-Astellung enthält 36 Zirkulatiounsstroum an de véier aktive Flëss (zirkuléierend Waasserbehälter).All Liewensstroum ass mat engem Kühler ausgestatt fir d'Waassertemperatur ze halen an ass mat engem 16:8 Liicht-Däischter Zyklus beliicht.De Meso-Niveau Floss ass Edelstol, wat fir d'Hydrophobitéit vu Fipronil gëeegent ass (Log Kow = 4.0) a gëeegent fir organesch Reinigungsléisungsmëttel (Figure S1).D'Waasser fir de meso-Skala Experiment benotzt gouf aus dem Cache La Poudre River gesammelt (upstream Quellen dorënner de Rocky Mountain National Park, National Forest a Continental Divide) an an de véier Polyethylen-Späichertanks vun AXL gelagert.Virdrun Bewäertunge vu Sediment a Waasserproben, déi vum Site gesammelt goufen, hu keng Pestiziden fonnt (29).
De Meso-Skala Experiment Design besteet aus 30 Veraarbechtungsstreamen a 6 Kontrollstroum.D'Behandlungsstroum kritt behandelt Waasser, jidderee vun deem onreplizéiert konstante Konzentratioune vu Fipronilverbindungen enthält: Fipronil (Fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), Amid (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), Desulfuriséierungsgrupp [US Environmental Protection Agency (EPA) Pestizidbibliothéik, CAS 205650-65-3], Sulfon (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) a Sulfid (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6 all Rengheet ≥). 97,8% No publizéierten Äntwertwäerter (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33 Duerch d'Opléisung vun der Fipronilverbindung am Methanol (Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society Zertifizéierungsniveau), a verdënntem). mat deioniséiertem Waasser bis zum erfuerderleche Volumen fir eng konzentréiert Stammléisung ze preparéieren Well d'Quantitéit u Methanol an enger Dosis anescht ass, ass et néideg Methanol un all Behandlungsstroum ze addéieren, fir déiselwecht Methanolkonzentratioun ze garantéieren. 0,05 ml / L) an de Baachen D'Mëttelsiicht vun den aneren dräi Kontrollstroum kruten Flosswaasser ouni Methanol, soss goufen se wéi all aner Baachen behandelt.
Um 8. Dag, dem 16. Dag an dem 26. Dag goufen d'Temperatur, de pH-Wäert, d'elektresch Konduktivitéit an d'Degradatioun vu Fipronil a Fipronil an der Flowmembran gemooss.Fir d'Degradatioun vun der Elterendeelverbindung Fipronil während dem Medientest ze verfolgen, gouf Fipronil (Elteren) benotzt fir d'Flësseg intestinal Schleimhaut fir aner dräi Deeg [Deeg 5, 12 an 21 (n = 6)] fir Temperatur, pH ze behandelen, Konduktivitéit, Fipronil a Fipronil Ofbau Proben.D'Pestizid Analyse Echantillon goufen gesammelt andeems 10 ml fléissend Waasser an eng 20 ml amber Glas Fläsch duerch e Whatman 0.7-μm GF/F Sprëtzfilter ausgestatt ass mat enger grousser Duerchmiesser Nadel gesammelt.D'Proben goufen direkt gefruer an an den USGS National Water Quality Laboratory (NWQL) zu Lakewood, Colorado, USA fir Analyse geschéckt.Mat enger verbesserter Method vun der virdru publizéierter Method, Fipronil a 4 Degradatiounsprodukter a Waasserproben goufen duerch direkt Waasserinjektioun (DAI) Flëssegchromatographie-Tandem Massespektrometrie (LC-MS / MS; Agilent 6495) bestëmmt.Den Instrumenterkennungsniveau (IDL) gëtt geschat als de Minimum Kalibrierungsstandard deen dem qualitativen Identifikatiounsstandard entsprécht;den IDL vu Fipronil ass 0,005 μg/L, an d'IDL vun deenen anere véier Fipronil ass 0,001 μg/L.D'Ergänzungsmaterial bitt eng komplett Beschreiwung vun de Methoden, déi benotzt gi fir Fipronilverbindungen ze moossen, inklusiv Qualitéitskontroll a Versécherungsprozeduren (zum Beispill Probe Erhuelung, Spikes, Drëtt Partei Inspektiounen a Blanken).
Um Enn vum 30-Deeg Mesokosmesche Experiment gouf d'Opzielung an d'Identifikatioun vun erwuessene a larvalen Invertebraten ofgeschloss (den Haaptdatensammlungsendpunkt).Déi entstanen Erwuessener ginn all Dag aus dem Netz gesammelt an an engem proppere 15 ml Falcon Zentrifugeröhre gefruer.Um Enn vum Experiment (Dag 30) goufen d'Inhalter vun der Membran an all Stroum geschrauft fir all Invertebrate ze entfernen, a gesieft (250 μm) an an 80% Ethanol gelagert.Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) huet déi taxonomesch Identifikatioun vu Larven an erwuessene Invertebraten op de niddregsten taxonomesche Niveau méiglech gemaach, normalerweis Arten.Op Deeg 9, 19 an 29, Chlorophyll a war an triplicate an der mesoscopic Membran vun all Baach gemooss.All chemesch a biologesch Donnéeën als Deel vum mesoskopesche Experiment ginn an der begleedend Donnéeën verëffentlecht (35).
Ökologesch Ëmfroe goufen a klenge (Wadende) Baachen a fënnef grousse Gebidder vun den USA gemaach, a Pestiziden goufen während der viregter Indexperiod iwwerwaacht.Kuerz gesot, baséiert op landwirtschaftlech an urban Landverbrauch (36-40), goufen 77 bis 100 Plazen an all Regioun ausgewielt (444 Plazen am Ganzen).Am Fréijoer a Summer vun engem Joer (2013-2017) ginn Waasserprouwen eemol d'Woch an all Regioun fir 4 bis 12 Wochen gesammelt.Déi spezifesch Zäit hänkt vun der Regioun an der Entwécklungsintensitéit of.Déi 11 Statiounen an der Nordostregioun stinn awer bal am Waassergrenz.Keng Entwécklung, ausser datt nëmmen eng Prouf gesammelt gouf.Well d'Iwwerwaachungsperioden fir Pestiziden a regionale Studien ënnerschiddlech sinn, ginn zum Verglach nëmmen déi lescht véier Proben, déi op all Site gesammelt goufen, hei berücksichtegt.Et gëtt ugeholl, datt eng eenzeg Prouf um onentwéckelt Nordosten Site gesammelt (n = 11) der 4-Woch probéieren Period duerstellen kann.Dës Method féiert zu der selwechter Unzuel vun Observatiounen iwwer Pestiziden (ausser fir déi 11 Plazen am Nordosten) an zur selwechter Dauer vun der Observatioun;et gëtt ugeholl datt 4 Wochen laang genuch ass fir laangfristeg Belaaschtung fir d'Biota, awer kuerz genuch datt d'ökologesch Gemeinschaft net vun dëse Kontakter sollt erholen.
Am Fall vu genuch Flux gëtt d'Waasserprobe mat konstante Geschwindegkeet a konstante Breet-Inkremente gesammelt (41).Wann de Flux net genuch ass fir dës Method ze benotzen, kënnt Dir Proben sammelen duerch déif Integratioun vu Proben oder aus dem Schwéierpunkt vum Flow gräifen.Benotzt eng Sprëtz mat grousser Bore a Scheiffilter (0,7μm) fir 10 ml gefiltert Probe (42) ze sammelen.Duerch DAI LC-MS/MS/MS/MS goufen Waasserproben bei NWQL fir 225 Pestiziden a Pestiziddegradatiounsprodukter analyséiert, dorënner Fipronil a 7 Degradatiounsprodukter (dessulfinyl fipronil, fipronil) Sulfiden, fipronil sulfone, deschlorofipronil, desthiol fipron, fipronil a fipronil).).Typesch Minimum Berichterstattungsniveauen fir Feldstudien sinn: Fipronil, Desmethylthiofluorobenzonitril, Fipronilsulfid, Fipronil-Sulfon, an Deschlorofipronil 0,004 μg / L;Dessulfinylfluorfenamid an D'Konzentratioun vu Fipronilamid ass 0,009 μg / Liter;d'Konzentratioun vu Fipronil Sulfonat ass 0,096 μg / Liter.
D'Invertebrategemeinschafte ginn um Enn vun all Gebittstudie (Fréijoer/Summer) gepréift, normalerweis zur selwechter Zäit wéi de leschte Pestizidprobe-Event.No der wuessender Saison an der schwéierer Notzung vu Pestiziden, soll d'Probezäit konsequent mat den nidderegen Flowbedéngungen sinn, a soll mat der Zäit zesummefalen, wou d'Floss Invertebrate Gemeinschaft reift an haaptsächlech an der Larval Liewensstadium ass.Mat engem Surber Sampler mat engem 500μm Mesh oder engem D-Frame Netz, gouf d'Invertebrate Gemeinschaftsprobing op 437 vun 444 Siten ofgeschloss.D'Probemethod gëtt am Detail am Ergänzungsmaterial beschriwwen.Op NWQL ginn all Invertebrate normalerweis identifizéiert an op der Gattung oder Artenniveau opgelëscht.All chemesch a biologesch Donnéeën, déi an dësem Beräich gesammelt ginn an an dësem Manuskript benotzt ginn, kënnen an der begleedend Donnéeën verëffentlecht ginn (35).
Fir déi fënnef fipronil-Verbindungen, déi am mesoskopeschen Experiment benotzt goufen, gouf d'Konzentratioun vun de larvalen Invertebraten ëm 20% oder 50% reduzéiert par rapport zu der Kontroll berechent (dh EC20 an EC50).D'Daten [x = Zäitgewiicht Fipronil Konzentratioun (kuckt Ergänzungsmaterial fir Detailer), y = Larval Heefegkeet oder aner Metriken] goufen op de R (43) erweidert Package mat enger dräi-Parameter logarithmescher Regressiounsmethod "drc" ugepasst.D'Kurve passt op all Arten (Larven) mat genuch Heefegkeet an entsprécht aner Metriken vun Interessi (zum Beispill, Taxa Räichtum, total Mayfly Heefegkeet, an total Heefegkeet) fir de Gemeinschaftseffekt weider ze verstoen.Den Nash-Sutcliff Koeffizient (45) gëtt benotzt fir de Modellfitt ze evaluéieren, wou e schlechte Modellfit onendlech negativ Wäerter ka kréien, an de Wäert vun enger perfekter Fit ass 1.
Fir d'Effekter vu Fipronil-Verbindungen op d'Entstoe vun Insekten am Experiment ze entdecken, goufen d'Donnéeën op zwou Weeër evaluéiert.Éischten, duerch subtracting der Moyenne Optrëtt vun der Kontroll Flux Meso aus dem Optrëtt vun all Behandlung Flux Meso, der cumulative deeglech Optriede vun Insekten aus all Flux Meso (d'Gesamtzuel vun all Individuen) war un der Kontroll normaliséiert.Plot dës Wäerter géint d'Zäit fir d'Ofwäichung vum Behandlungsfluidvermëttler vum Kontrollflëssegkeetsmediator am 30-Deeg Experiment ze verstoen.Zweetens, berechent den Total Optriede Prozentsaz vun all Flux Mesophyll, deen als Verhältnis vun der Gesamtzuel vun Mesophylls an engem bestëmmte Flux zu der Moyenne Zuel vun Larven an Erwuessener an der Kontroll Grupp definéiert ass, an ass gëeegent fir dräi-Parameter logarithmic Regressioun. .All d'Keimungsinsekte gesammelt waren aus zwou Ënnerfamilljen vun der Chironomidae Famill, sou datt eng kombinéiert Analyse gemaach gouf.
Ännerungen an der Communautéit Struktur, wéi de Verloscht vun Taxa, kann schlussendlech op den direkten an indirekten Effekter vun gëfteg Substanzen hänkt, a kann zu Ännerungen an Communautéit Funktioun Féierung (Zum Beispill, trophic Kaskade).Fir d'Trophesch Kaskade ze testen, gouf en einfachen kausalen Netzwierk mat der Method vun der Pathanalyse (R Package "piecewiseSEM") (46) evaluéiert.Fir mesoskopesch Experimenter gëtt ugeholl datt Fipronil, Desulfinyl, Sulfid a Sulfon (net getest Amid) am Waasser fir d'Biomass vum Schrack ze reduzéieren, indirekt zu enger Erhéijung vun der Biomass vu Chlorophyll a (47) féieren.D'Verbindungskonzentratioun ass d'Prognosevariabel, an de Schrack a Chlorophyll eng Biomass sinn d'Äntwertvariabelen.Dem Fisher seng C Statistik gëtt benotzt fir de Modellpassung ze evaluéieren, sou datt e P Wäert <0,05 e gudde Modellfitt weist (46).
Fir e Risiko-baséiert Öko-Gemeinschaftsschwellschutzmëttel z'entwéckelen, huet all Verbindung 95% vun de betraffene Spezies (HC5) chronesch Aarte Sensibilitéitsverdeelung (SSD) a Gefor Konzentratioun Schutz kritt.Dräi SSD Datesets goufen generéiert: (i) nëmmen Meso Dateset, (ii) en Dateset mat all Meso Daten an Daten gesammelt vun der EPA ECOTOX Datebank Ufro (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, zougänglech op Mäerz 14, 2019), ass d'Studie Dauer 4 Deeg oder méi laang, an (iii) en Datesaz mat all mesoskopesch Donnéeën an ECOTOX Donnéeën, an deenen ECOTOX Donnéeën (akute Belaaschtung) gedeelt duerch akut an De Verhältnis vu chronescher D. magna ( 19.39) fir den Ënnerscheed an der Belaaschtungsdauer z'erklären an de chronesche EC50 Wäert unzeschätzen (12).Eis Zweck fir verschidde SSD Modeller ze generéieren ass (i) HC5 Wäerter z'entwéckelen fir de Verglach mat Felddaten (nëmme fir SSDs fir Medien), an (ii) beurteelen datt Mediendaten méi wäit akzeptéiert sinn wéi Reguléierungsagenturen fir Inklusioun an der Aquakultur. Robustheet vu Liewensbenchmarks a Standardastellung vun Datenressourcen, an dofir d'Praxibilitéit vu mesoskopesche Studien fir den Upassungsprozess ze benotzen.
SSD gouf fir all Dateset entwéckelt mat dem R Package "ssdtools" (48).Benotzt de Bootstrap (n = 10,000) fir den HC5 Duerchschnëtt a Vertrauensintervall (CI) vun der SSD ze schätzen.Néng annéngzeg Taxa Äntwerten (all Taxa déi als Gattung oder Spezies identifizéiert goufen) duerch dës Fuerschung entwéckelt gi kombinéiert mat 32 Taxa Äntwerte kompiléiert aus sechs publizéierten Studien an der ECOTOX Datebank, fir insgesamt 81 Taxon Äntwert ka fir SSD Entwécklung benotzt ginn .Zënter datt keng Daten an der ECOTOX-Datebank vun Amiden fonnt goufen, gouf keng SSD fir Amiden entwéckelt an nëmmen eng EC50 Äntwert gouf vun der aktueller Studie kritt.Och wann den EC50 Wäert vun nëmmen enger Sulfidgrupp an der ECOTOX Datebank fonnt gouf, huet den aktuelle Graduéierter 12 EC50 Wäerter.Dofir sinn SSDs fir Sulfinylgruppen entwéckelt.
Déi spezifesch HC5 Wäerter vu Fipronilverbindungen, déi aus der SSD Dateset vu Mesocosmos kritt goufen nëmme mat Felddaten kombinéiert fir d'Belaaschtung an d'potenziell Toxizitéit vu Fipronilverbindungen an 444 Streamen aus fënnef Regiounen an den USA ze bewäerten.An der leschter 4-Woch Prouffenster gëtt all Konzentratioun vu Fipronilverbindungen entdeckt (ondetektéiert Konzentratioune sinn null) gedeelt duerch seng jeweileg HC5, an de Verbindungsverhältnis vun all Probe gëtt summéiert fir d'total Toxizitéit Eenheet vu Fipronil (ΣTUFipronils) ze kréien, wou ΣTUFipronils> 1 bedeit Toxizitéit.
Andeems Dir d'Gefor Konzentratioun vu 50% vun de betraffene Spezies (HC50) mat dem EC50 Wäert vum Taxa Räichtum vergläicht, deen aus dem Medium Membran Experiment ofgeleet gëtt, gouf d'SSD aus de Medium Membrandaten evaluéiert fir d'Sensibilitéit vun der méi breet ökologescher Gemeinschaft fir Fipronil ze reflektéieren. Grad..Duerch dëse Verglach kann d'Konsistenz tëscht der SSD Method (inklusiv nëmmen déi Taxa mat enger Dosis-Äntwert Relatioun) an der EC50 Method (inklusiv all eenzegaarteg Taxa observéiert am Mëttelraum) mat der EC50 Method fir Taxa Räichtum ze moossen Geschlecht evaluéiert ginn.Dosis Äntwert Relatioun.
E Pestizid Risiko Spezies (SPEAR Pestiziden) Indikator gouf berechent fir d'Relatioun tëscht dem Gesondheetszoustand vun Invertebrate Gemeinschaften an ΣTUFipronil an 437 Invertebrate sammelen Baachen z'ënnersichen.D'SPEAR Pestiziden Metrik konvertéiert d'Zesummesetzung vun Invertebraten an eng Iwwerflossmetrik fir biologesch Taxonomie mat physiologeschen an ökologesche Charakteristiken, an doduerch Empfindlechkeet fir Pestiziden.De SPEAR Pestiziden Indikator ass net empfindlech fir natierlech Kovariaten (49, 50), obwuel seng Leeschtung duerch eng schwéier Habitatdegradatioun beaflosst gëtt (51).D'Heefegkeetsdaten, déi op der Plaz fir all Taxon gesammelt ginn, gi mat dem Schlësselwäert vum Taxon am Zesummenhang mat der ASTERICS Software koordinéiert fir d'ökologesch Qualitéit vum Floss ze bewäerten (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home html).Importéiert dann d'Donnéeën an d'Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) Software (Versioun 18.05).An dëser Software ginn d'europäesch Trait-Datebank an d'Datebank mat physiologescher Sensibilitéit fir Pestiziden benotzt fir d'Donnéeë vun all Site an SPEAR-Pestiziden-Indikator ze konvertéieren.Jidderee vun de fënnef regionalen Studien huet den General Additive Model (GAM) ["mgcv" Package am R(52)) benotzt fir d'Relatioun tëscht der SPEARpesticide Metrik an ΣTUFipronils [log10(X + 1) Konversioun] Associated ze entdecken.Fir méi detailléiert Informatioun iwwer SPEAR Pestiziden Metriken a fir Datenanalyse, kuckt w.e.g. d'Ergänzungsmaterial.
D'Waasserqualitéit Index ass konsequent an all Flux mesoscopic an der ganzer mesoscopic Experimenter Period.D'Duerchschnëttstemperatur, pH an d'Konduktivitéit waren 13,1°C (±0,27°C), 7,8 (±0,12) respektiv 54,1 (±2,1) μS/cm (35).De gemoossene opgeléiste organesche Kuelestoff a propperem Flosswaasser ass 3,1 mg/L.An der Meso-Vue vum Floss, wou de MiniDOT Recorder agesat ass, ass de opgeléiste Sauerstoff no bei Sättigung (Duerchschnëtt> 8,0 mg / L), wat beweist datt de Stroum voll zirkuléiert ass.
Qualitéitskontroll a Qualitéitssécherungsdaten iwwer Fipronil ginn an der begleedend Date verëffentlecht (35).Kuerz gesot, d'Erhuelungsraten vu Labormatrix-Spikes a mesoskopesche Proben sinn normalerweis bannent akzeptabele Beräicher (Erhuelunge vu 70% bis 130%), IDL-Standarden bestätegen d'quantitativ Method, an d'Labor- an d'Instrumentbléien sinn normalerweis propper Et gi ganz wéineg Ausnahmen ausser wéi dës Generalisatiounen am Zousazmaterial diskutéiert..
Wéinst dem Systemdesign ass déi gemoossene Konzentratioun vu Fipronil normalerweis méi niddereg wéi den Zilwäert (Figure S2) (well et 4 bis 10 Deeg dauert fir e stabile Staat ënner idealen Bedéngungen z'erreechen) (30).Am Verglach mat anere Fipronilverbindunge ännert sech d'Konzentratioun vun Desulfinyl an Amid wéineg iwwer Zäit, an d'Verännerlechkeet vun der Konzentratioun bannent der Behandlung ass méi kleng wéi den Ënnerscheed tëscht Behandlungen ausser fir déi niddreg Konzentratiounsbehandlung vu Sulfon a Sulfid.D'Zäitgewiicht duerchschnëttlech gemoossene Konzentratiounsberäich fir all Behandlungsgrupp ass wéi follegt: Fipronil, IDL bis 9.07μg / L;Desulfinyl, IDL bis 2,15 μg/L;Amide, IDL bis 4,17μg/L;Sulfid, IDL Zu 0,57μg/liter;a Sulfon, IDL ass 1,13μg/liter (35).An e puer Stréimunge goufen net-Zil-Fipronil-Verbindungen festgestallt, dat heescht Verbindungen déi net an eng spezifesch Behandlung gespickt goufen, awer bekannt waren als Degradatiounsprodukter vun der Behandlungsverbindung.Déi mesoskopesch Membranen, déi mat der Elterenverbindung fipronil behandelt ginn, hunn déi héchst Zuel vun net-Ziel-Degradatiounsprodukter festgestallt (wann se net als Veraarbechtungsverbindung benotzt ginn, si sinn Sulfinyl, Amid, Sulfid a Sulfon);dës kënne wéinst der Produktioun Prozess Compound Gëftstoffer an / oder Ofbau Prozesser ginn, datt während der Stockage vun der Stock Léisung geschéien an (oder) am mesoscopic Experiment anstatt d'Resultat vun Kräiz-Kontaminatioun.Keen Trend vun der Ofbau Konzentratioun gouf bei der Fipronil Behandlung observéiert.Net-Zil-Degradatiounsverbindunge ginn am meeschten am Kierper mat der héchster Behandlungskonzentratioun festgestallt, awer d'Konzentratioun ass manner wéi d'Konzentratioun vun dësen Net-Zilverbindungen (kuckt déi nächst Sektioun fir d'Konzentratioun).Dofir, well net-Zil-Degradatiounsverbindunge normalerweis net an der niddregster Fipronil-Behandlung festgestallt ginn, a well déi detektéiert Konzentratioun méi niddereg ass wéi d'Effektkonzentratioun an der héchster Behandlung, gëtt ofgeschloss datt dës Net-Zilverbindungen minimalen Impakt op d'Analyse hunn.
An Medien Experimenter, benthic macroinvertebrates sech sensibel ze fipronil, desulfinyl, sulfone, a sulfide [Table S1;ursprénglech Heefegkeetsdaten ginn an der begleedend Datenversioun (35)].Fipronil Amide ass nëmme fir d'Mouch Rhithrogena sp.Gëfteg (fatal), säin EC50 ass 2.05μg/L [±10.8(SE)].Dosis-Äntwert Kéiren vun 15 eenzegaarteg taxa sech generéiert.Dës Taxa weisen Mortalitéit bannent der getest Konzentratioun Gamme (Table S1), a gezielt clustered Taxa (wéi fléien) (Dorënner S3) a räich Taxa (Dorënner 1) Eng Dosis Äntwert Kéier war generéiert.D'Konzentratioun (EC50) vu Fipronil, Desulfinyl, Sulfon a Sulfid op den eenzegaartegen Taxa vun de sensibelste Taxa variéiere vun 0,005-0,364, 0,002-0,252, 0,002-0,061 respektiv 0,005-0,043μg/L.Rhithrogena sp.An Sweltsa sp.;Figur S4) si méi niddereg wéi déi méi toleréiert Taxa (wéi Micropsectra / Tanytarsus a Lepidostoma sp.) (Table S1).Geméiss dem duerchschnëttleche EC50 vun all Verbindung an der Tabell S1 sinn Sulfonen a Sulfiden déi effektivste Verbindungen, während Invertebraten allgemeng am mannsten empfindlech op Desulfinyl sinn (ausser Amiden).Metriken vum globale ekologesche Status, wéi Taxa Räichtum, Gesamtheefegkeet, Gesamt Pentaploid a Gesamtsteefluch, dorënner Taxa an d'Heefegkeet vun e puer Taxa, dës si ganz rar a Meso a kënnen net berechent ginn Zeechnen eng separat Dosisreaktiounskurve.Dofir enthalen dës ekologesch Indikatoren Taxon-Äntwerten déi net an der SSD abegraff sinn.
Taxa Räichtum (Larve) mat enger dräi-Niveau logistesch Funktioun vun (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfone, an (D) sulfide Konzentratioun.All Datepunkt representéiert Larven aus engem eenzege Stroum um Enn vum 30-Deeg Meso-Experiment.Taxon Räichtum ass de Grof vun eenzegaartegen Taxa an all Stroum.De Konzentratiounswäert ass den Zäitgewiicht Duerchschnëtt vun der observéierter Konzentratioun vun all Stroum gemooss um Enn vum 30 Deeg Experiment.Fipronil Amide (net gewisen) huet keng Relatioun mat räiche Taxa.Maacht weg datt d'X-Achs op enger logarithmescher Skala ass.EC20 an EC50 mat SE ginn an Table S1 gemellt.
Bei der héchster Konzentratioun vun alle fënnef Fipronilverbindungen ass d'Entstoe vun Uetridae erofgaang.De Prozentsaz vun germination (EC50) vun sulfide, sulfone, fipronil, Amide an desulfinyl war observéiert vun 50% op d'Konzentratioune vun 0,03, 0,06, 0,11, 0,78 an 0,97μg /L respektiv (Dorënner 2 an Dorënner S5).An de meeschte vun den 30-Deeg Experimenter goufen all Behandlungen vu Fipronil, Desulfinyl, Sulfon a Sulfid verspéit, ausser e puer niddereg Konzentratiounsbehandlungen (Figure 2), an hir Erscheinung gouf hemmt.An der Amidebehandlung war de akkumuléierten Offluent während dem ganzen Experiment méi héich wéi dee vun der Kontroll, mat enger Konzentratioun vun 0,286μg / Liter.Déi héchst Konzentratioun (4.164μg / Liter) während dem ganzen Experiment huet den Ausfluss hemmt, an d'Ausflussquote vun der Zwëschenbehandlung war ähnlech wéi déi vun der Kontrollgruppe.(Figur 2).
Kumulativ Entstoe ass déi duerchschnëttlech deeglech duerchschnëttlech Entstoe vun all Behandlung minus (A) Fipronil, (B) Desulfinyl, (C) Sulfon, (D) Sulfid an (E) Amide am Kontrollstroum.Ausser Kontroll (n = 6), n = 1. De Konzentratiounswäert ass den Zäitgewiicht Duerchschnëtt vun der observéierter Konzentratioun an all Stroum.
D'Dosis-Äntwert Curve weist datt, nieft taxonomesche Verloschter, strukturell Ännerungen um Gemeinschaftsniveau.Speziell, bannent der Test Konzentratioun Gamme, der Heefegkeet vun Mee (Dorënner S3) an taxa Heefegkeet (Dorënner 1) huet bedeitendst Dosis-Äntwert Relatiounen mat fipronil, desulfinyl, sulfone, a sulfide.Dofir hu mir exploréiert wéi dës strukturell Ännerungen zu Ännerungen an der Gemeinschaftsfunktioun féieren andeems d'Ernährungskaskade testen.D'Belaaschtung vun aquateschen Invertebraten op Fipronil, Desulfinyl, Sulfid a Sulfon huet en direkten negativen Impakt op d'Biomass vum Schrack (Figur 3).Fir den negativen Impakt vu Fipronil op d'Biomass vun der Schrauber ze kontrolléieren, huet de Schrack och d'Chlorophyll a Biomass negativ beaflosst (Figur 3).D'Resultat vun dësen negativen Weekoeffizienten ass eng Nettoerhéijung vum Chlorophyll a wéi d'Konzentratioun vu Fipronil an Degradanten eropgeet.Dës komplett vermittelte Weemodeller weisen datt eng verstäerkte Degradatioun vu Fipronil oder Fipronil zu enger Erhéijung vum Undeel vu Chlorophyll a féiert (Dorënner 3).Et gëtt ugeholl am Viraus datt den direkten Effekt tëscht Fipronil oder Degradatiounskonzentratioun a Chlorophyll a Biomass null ass, well Fipronilverbindunge Pestiziden sinn an eng niddereg direkt Toxizitéit fir Algen hunn (zum Beispill d'EPA akut net-vaskulär Planzenbasiskonzentratioun ass 100μg / L Fipronil, Disulfoxid Grupp, Sulfon a Sulfid https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), All Resultater (gülteg Modeller) ënnerstëtzen dëst; Hypothes.
Fipronil kann d'Biomass (direkten Effekt) vum Weide wesentlech reduzéieren (Scrapergrupp ass Larven), awer huet keen direkten Effekt op d'Biomass vu Chlorophyll a.Wéi och ëmmer, de staarken indirekten Effekt vu Fipronil ass d'Biomass vu Chlorophyll a ze erhéijen als Äntwert op manner Weiden.De Pfeil weist de standardiséierte Weekoeffizient un, an de Minuszeechen (-) weist d'Richtung vun der Associatioun un.* Gëtt de Grad vun der Wichtegkeet un.
Déi dräi SSDs (nëmmen Mëttelschicht, Mëttelschicht plus ECOTOX Daten, a Mëttelschicht plus ECOTOX Daten korrigéiert fir Differenzen an der Beliichtungsdauer) hunn nominell verschidde HC5 Wäerter produzéiert (Table S3), awer d'Resultater waren am SE Beräich.Am Rescht vun dëser Etude konzentréiere mir eis op d'Daten SSD mat nëmmen de Meso Universum an de verbonne HC5 Wäert.Fir eng méi komplett Beschreiwung vun dësen dräi SSD Evaluatiounen, kuckt w.e.g. op d'Ergänzungsmaterialien (Tabellen S2 bis S5 a Figuren S6 an S7).Déi bescht passend Dateverdeelung (niddregsten Akaike Informatioun Standard Score) vun de véier Fipronil Verbindungen (Figur 4) déi nëmmen an der meso-solid SSD Kaart benotzt ginn ass de Log-Gumbel vu Fipronil a Sulfon, an de Weibull vu Sulfid An desulfuriséierter γ ( Tabell S3).D'HC5 Wäerter, déi fir all Verbindung kritt goufen, ginn an der Figur 4 nëmme fir de Meso Universum gemellt, an an der Tabell S3 ginn d'HC5 Wäerter vun allen dräi SSD Datesets gemellt.D'HC50 Wäerter vu Fipronil-, Sulfid-, Sulfon- an Desulfinylgruppen [22,1±8,78 ng/L (95% CI, 11,4 bis 46,2), 16,9±3,38 ng/L (95% CI, 11,2 bis 24,0), 880 2,66 ng/L (95% CI, 5,44 bis 15,8) an 83,4±32,9 ng/L (95% CI, 36,4 bis 163)] Dës Verbindunge si wesentlech méi niddereg wéi den EC50 Taxa Räichtum (Gesamtzuel vun eenzegaarteg Taxa) (Table S1) ; d'Noten an der Ergänzungsmaterialtabelle si Mikrogramm pro Liter).
Am meso-Skala Experiment, wann ausgesat un (A) fipronil, (B) dessulfinyl fipronil, (C) fipronil sulfone, (D) fipronil sulfide fir 30 Deeg, ass d'Aart Sensibilitéit beschriwwen Et ass den EC50 Wäert vun Taxon.Déi blo gestreckt Linn representéiert 95% CI.Déi horizontal gestreckt Linn representéiert HC5.Den HC5 Wäert (ng/L) vun all Verbindung ass wéi follegt: Fipronil, 4,56 ng/L (95% CI, 2,59 bis 10,2);Sulfid, 3,52 ng/L (1,36 bis 9,20);Sulfon, 2,86 ng/Liter (1,93 bis 5,29);a Sulfinyl, 3,55 ng/liter (0,35 bis 28,4).Maacht weg datt d'X-Achs op enger logarithmescher Skala ass.
An de fënnef regionale Studien gouf Fipronil (Elteren) an 22% vun de 444 Feldprobepunkte festgestallt (Table 1).D'Detektiounsfrequenz vu Florfenib, Sulfon an Amid ass ähnlech (18% bis 22% vun der Probe), d'Detektiounsfrequenz vu Sulfid an Desulfinyl ass manner (11% bis 13%), während déi verbleiwen Degradatiounsprodukter ganz héich sinn.Puer (1% oder manner) oder ni festgestallt (Table 1)..Fipronil gëtt am meeschten am Südosten festgestallt (52% vun de Siten) an am mannsten dacks am Nordwesten (9% vun de Siten), wat d'Variabilitéit vum Bensopyrazol-Notzung an d'potenziell Stroumschwieregkeet am ganze Land beliicht.Degradanten weisen normalerweis ähnlech regional Mustere, mat der héchster Detektiounsfrequenz am Südosten an déi niddregsten am Nordwesten oder Küst Kalifornien.Déi gemoossene Konzentratioun vu Fipronil war déi héchst, gefollegt vun der Elterenverbindung Fipronil (90% Prozentsaz vun 10,8 respektiv 6,3 ng /L) (Table 1) (35).Déi héchst Konzentratioun vu Fipronil (61,4 ng / L), Disulfinyl (10,6 ng / L) a Sulfid (8,0 ng / L) gouf am Südosten (an de leschte véier Woche vun der Probe) bestëmmt.Déi héchst Konzentratioun vu Sulfon gouf am Westen bestëmmt.(15,7 ng/L), Amid (42,7 ng/L), Dessulfinylflupirnamid (14 ng/L) a Fipronilsulfonat (8,1 ng/L) (35).Florfenide Sulfon war déi eenzeg Verbindung déi observéiert gouf fir HC5 ze iwwerschreiden (Table 1).Der Moyenne ΣTUFipronils tëscht de verschiddene Regioune variéieren immens (Table 1).Den nationalen Duerchschnëtt ΣTUFipronils ass 0,62 (all Plazen, all Regiounen), an 71 Siten (16%) hunn ΣTUFipronils> 1, wat beweist datt et gëfteg ass fir benthesch Makroinvertebraten.A véier vun de fënnef Regiounen studéiert (ausser de Mëttlere Westen), gëtt et eng bedeitend Relatioun tëscht SPEARpesticides an ΣTUFipronil, mat ugepasst R2 rangéiert vun 0,07 laanscht d'Küst vu Kalifornien ze 0,34 am Südosten (Dorënner 5).
*Verbindunge benotzt a mesoskopeschen Experimenter.†ΣTUFipronils, de Median vun der Zomm vun Toxin-Eenheeten [observéiert Feldkonzentratioun vu véier Fipronil-Verbindungen / Gefor Konzentratioun vun all Verbindung aus dem fënneften Prozentsaz vun der SSD-infizéierter Spezies (Figure 4)] Fir déi wöchentlech Proben vu Fipronil, déi lescht 4 Woche vu Pestizidproben op all Site gesammelt goufen berechent.‡ D'Zuel vun de Plazen wou Pestiziden gemooss ginn.§Den 90. Prozentsaz baséiert op der maximaler Konzentratioun, déi op der Plaz während de leschte 4 Woche vun der Pestizidprobe observéiert gouf.mam Prozentsaz vun de geteste Proben.¶ Benotzt den 95% CI vum HC5 Wäert (Dorënner 4 an Table S3, nëmmen meso) fir de CI ze berechnen.Dechloroflupinib gouf an alle Regiounen analyséiert a gouf ni fonnt.ND, net entdeckt.
D'Fipronil gëfteg Eenheet ass déi gemoossene Fipronil Konzentratioun gedeelt duerch de Verbindungspezifesche HC5 Wäert, deen duerch d'SSD aus dem Medienexperiment bestëmmt gëtt (kuckt Figur 4).Schwaarz Linn, generaliséiert Additiv Modell (GAM).Déi rout gestreckt Linn huet e CI vun 95% fir GAM.ΣTUFipronils gëtt op log10 ëmgewandelt (ΣTUFipronils+1).
Déi negativ Auswierkunge vu Fipronil op net-Zil- aquatesch Arten si gutt dokumentéiert (15, 21, 24, 25, 32, 33), awer dëst ass déi éischt Studie an där et an engem kontrolléierten Laboratoire sensibel ass.D'Gemeinschaften vun den Taxa goufen u Fipronilverbindungen ausgesat, an d'Resultater goufen op kontinentaler Skala extrapoléiert.D'Resultater vum 30-Deeg mesokosmesche Experiment kënnen 15 diskret aquatesch Insektgruppen (Table S1) mat onreportéierter Konzentratioun an der Literatur produzéieren, dorënner d'Waasser Insekten an der Toxizitéitsdatebank ënnerrepresentéiert sinn (53, 54).Taxa-spezifesch Dosis-Äntwert Kéiren (wéi EC50) reflektéiert sech a Gemeinschaftsniveau Verännerungen (wéi Taxa Räichtum a kann Iwwerflossverloscht fléien) a funktionell Ännerungen (wéi Ernärungskaskaden a Verännerungen am Erscheinungsbild).Den Effekt vum mesoskopeschen Universum gouf op d'Feld extrapoléiert.A véier vun de fënnef Fuerschungsberäicher an den USA gouf d'feldgemoossene Fipronil Konzentratioun mam Réckgang vum aquateschen Ökosystem am fléissendem Waasser korreléiert.
Den HC5-Wäert vun 95% vun der Spezies am mëttleren Membranexperiment huet e Schutzeffekt, wat beweist datt allgemeng aquatesch Invertebrategemeinschafte méi empfindlech op Fipronilverbindungen sinn wéi virdrun verstanen.De kritt HC5 Wäert (florfenib, 4,56 ng/liter; desulfoxirane, 3,55 ng/liter; sulfone, 2,86 ng/liter; sulfide, 3,52 ng/liter) ass puer mol (florfenib) bis dräimol méi wéi eng Uerdnung vun Magnitude (Desulfinyl) ) ënner dem aktuellen EPA chroneschen Invertebrate Benchmark [Fipronil, 11 ng / Liter;desulfinyl, 10.310 ng/liter;Sulfon, 37 ng/liter;a Sulfid, fir 110 ng/liter (8)].Mesoskopesch Experimenter hunn vill Gruppen identifizéiert, déi sensibel sinn op Fipronil anstatt déi, déi vum EPA chroneschen Invertebrate Benchmark uginn (4 Gruppen déi méi sensibel sinn fir Fipronil, 13 Pairen Desulfinyl, 11 Pairen Sulfon an 13 Pairen) Sulfidempfindlechkeet4) (Figure Sensibilitéit) Dësch) S1).Dëst weist datt Benchmarke verschidde Arten net schützen kënnen, déi och an der Mëttelwelt beobachtet ginn, déi och an aquateschen Ökosystemer verbreet sinn.Den Ënnerscheed tëscht eise Resultater an dem aktuellen Benchmark ass haaptsächlech wéinst dem Mangel u Fipronil Toxizitéitstestdaten applicabel fir eng Rei vun aquateschen Insektentaxa, besonnesch wann d'Beliichtungszäit méi wéi 4 Deeg a Fipronil degradéiert.Wärend dem 30-Deeg mesokosmesche Experiment waren déi meescht Insekten an der Invertebrategemeinschaft méi empfindlech op Fipronil wéi de gemeinsame Testorganismus Aztec (Krustacean), och no der Korrektur vum Azteken D'EC50 vun Teike mécht et d'selwecht no akuter Transformatioun.(Normalerweis 96 Stonnen) bis chronesch Beliichtungszäit (Figure S7).E bessere Konsens gouf erreecht tëscht dem mëttleren Membranexperiment an der Studie, déi an ECOTOX gemellt gouf mam Standard Testorganismus Chironomus dilutus (en Insekt).Et ass net iwwerraschend datt Waasserinsekte besonnesch empfindlech op Pestiziden sinn.Ouni d'Beliichtungszäit unzepassen, huet de meso-Skala Experiment an déi ëmfaassend Donnéeën vun der ECOTOX Datebank gewisen datt vill Taxa méi empfindlech op Fipronilverbindungen beobachtet goufen wéi verdënntem Clostridium (Figure S6).Wéi och ëmmer, andeems d'Beliichtungszäit ugepasst ass, ass Dilution Clostridium dee sensibelsten Organismus fir Fipronil (Elteren) a Sulfid, obwuel et net sensibel ass fir Sulfon (Figure S7).Dës Resultater illustréieren d'Wichtegkeet vu multiple Aarte vu Waasserorganismen abegraff (och verschidde Insekten) fir tatsächlech Pestizidkonzentratioune ze produzéieren déi Waasserorganismen schützen kënnen.
D'SSD-Methode kann selten oder onsensibel Taxa schützen, deenen hir EC50 net bestëmmt ka ginn, wéi Cinygmula sp., Isoperla fulva a Brachycentrus americanus.D'EC50 Wäerter vun der Taxa Heefegkeet a kënnen Heefegkeet fléien reflektéiert Ännerungen an der Gemeinschaftskompositioun si konsequent mat den HC50 Wäerter vun der SSD vu Fipronil, Sulfon a Sulfid.De Protokoll ënnerstëtzt déi folgend Iddi: D'SSD-Methode, déi benotzt gëtt fir Schwellen ofzeleeën, kann d'ganz Gemeinschaft schützen, och selten oder onsensitiv Taxa an der Gemeinschaft.D'Schwell vun aquateschen Organismen, déi aus SSDs bestëmmt ginn, baséiert op nëmmen e puer Taxa oder onsensibel Taxa, ka vill net genuch sinn fir d'Waasserökosystemer ze schützen.Dëst ass de Fall fir Desulfinyl (Figur S6B).Wéinst dem Manktem un Daten an der ECOTOX Datebank ass d'EPA chronesch Invertebrate Baseline Konzentratioun 10.310 ng / L, wat véier Uerderen vun der Gréisst méi héich ass wéi den 3.55 ng / L vun HC5.D'Resultater vu verschiddene Taxon-Äntwertsets produzéiert a mesoskopeschen Experimenter.De Mangel un Toxizitéitsdaten ass besonnesch problematesch fir ofbaubar Verbindungen (Figur S6), wat erkläre kann firwat déi existent aquatesch biologesch Benchmarks fir Sulfon a Sulfid ongeféier 15 bis 30 Mol manner sensibel sinn wéi den SSD HC5 Wäert baséiert op China Universum.De Virdeel vun der mëttlerer Membranmethod ass datt verschidde EC50 Wäerter an engem eenzegen Experiment bestëmmt kënne ginn, wat genuch ass fir e komplette SSD ze bilden (zum Beispill Desulfinyl; Figur 4B a Figuren S6B a S7B), an hunn e wesentlechen Impakt op déi natierlech Taxa vum geschützten Ökosystem Vill Äntwerten.
Mesoskopesch Experimenter weisen datt Fipronil a seng Degradatiounsprodukter offensichtlech sublethal an indirekt negativ Auswierkungen op d'Gemeinschaftsfunktioun hunn.Am mesoskopesche Experiment schéngen all fënnef Fipronilverbindungen d'Entstoe vun Insekten ze beaflossen.D'Resultater vum Verglach tëscht den héchsten an niddregsten Konzentratioune (Inhibitioun an Stimulatioun vun individueller Entstoe oder Verännerungen an der Entstoeszäit) sinn konsequent mat de virdru berichtte Resultater vu Meso Experimenter mam Insektizid Bifenthrin (29).D'Entstoe vun Erwuessener stellt wichteg ökologesch Funktiounen a kann duerch Pollutanten wéi Fipronil geännert ginn (55, 56).Simultan Entstoe ass net nëmme kritesch fir Insektreproduktioun a Bevëlkerungspersistenz, awer och fir d'Versuergung vu reife Insekten, déi als Nahrung fir Waasser- a terrestresch Déieren benotzt kënne ginn (56).D'Verhënnerung vun der Entstoe vu Séiwierker kann den Nahrungsaustausch tëscht aquateschen Ökosystemer an riparian Ökosystemer negativ beaflossen, an d'Effekter vun aquateschen Pollutanten an terrestresch Ökosystemer verbreeden (55, 56).D'Ofsenkung vun der Heefegkeet vu Scraper (Algen iessen Insekten), déi am Meso-Skala Experiment observéiert gouf, huet zu enger Ofsenkung vum Algenkonsum gefouert, wat zu enger Erhéijung vum Chlorophyll a gefouert huet (Figure 3).Dës trophesch Kaskade verännert de Kuelestoff- a Stickstoffflux am flëssege Liewensmëttelweb, ähnlech wéi eng Studie déi d'Effekter vum Pyrethroid Bifenthrin op benthesche Gemeinschaften evaluéiert huet (29).Dofir kënnen Phenylpyrazolen, wéi Fipronil a seng Degradatiounsprodukter, Pyrethroiden, a vläicht aner Aarte vun Insektiziden, indirekt d'Erhéijung vun der Algen Biomass an d'Stéierung vu Kuelestoff a Stickstoff a klenge Stréim förderen.Aner Auswierkunge kënne sech op d'Zerstéierung vu Kuelestoff a Stickstoffzyklen tëscht aquateschen an terrestreschen Ökosystemer verlängeren.
D'Informatioun, déi aus dem mëttleren Membrantest kritt huet, huet eis erlaabt d'ökologesch Relevanz vu Fipronil-Verbindungskonzentratioune gemooss ze evaluéieren, gemooss a grousse Feldstudien, déi a fënnef Regioune vun den USA gemaach goufen.A 444 kleng Stréimunge sinn 17% vun der duerchschnëttlecher Konzentratioun vun enger oder méi Fipronil-Verbindungen (Duerchschnëtt iwwer 4 Wochen) den HC5-Wäert iwwerschratt, deen aus dem Medientest kritt gouf.Benotzt d'SSD aus dem Meso-Skala Experiment fir déi gemoossene Fipronilverbindungskonzentratioun an en Toxizitéitsbezunnen Index ëmzewandelen, dat heescht d'Zomm vun Toxizitéitseenheeten (ΣTUFipronils).De Wäert vun 1 weist d'Toxizitéit un oder d'kumulative Belaaschtung vu Fipronilverbindung iwwerschreift de bekannte Schutz Arten am Wäert vun 95%.Déi bedeitend Bezéiung tëscht ΣTUFipronil a véier vun de fënnef Regiounen an dem SPEAR Pestiziden Indikator vun der Invertebrate Gemeinschaftsgesondheet weist datt Fipronil negativ beaflosse kann Benthic Invertebrate Gemeinschaften a Flëss a ville Regioune vun den USA.Dës Resultater ënnerstëtzen d'Hypothese vu Wolfram et al.(3) De Risiko vu Phenpyrazol-Insektiziden op Uewerflächewaasser an den USA ass net voll verstanen, well den Impakt op aquatesch Insekten ënner der aktueller reglementarescher Schwelle geschitt.
Déi meescht Stroum mat Fipronil Inhalt iwwer dem gëftege Niveau sinn an der relativ urbaniséierter Südostregioun (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Déi viregt Bewäertung vun der Regioun huet net nëmmen ofgeschloss datt Fipronil den Haaptstressor ass, deen d'Invertebrate Gemeinschaftsstruktur an der Creek beaflosst, awer och datt niddereg opgeléist Sauerstoff, erhéicht Nährstoffer, Fluxverännerungen, Habitatdegradatioun an aner Pestiziden ass an d'Verschmotzungskategorie ass eng wichteg Quelle vu Stress (57).Dës Mëschung vu Stressoren ass konsequent mam "urban River Syndrom", wat d'Degradatioun vu Flossökosystemer ass, déi allgemeng a Relatioun mam urbane Landverbrauch observéiert gëtt (58, 59).Urban Landverbrauchsschëlder an der Südostregioun wuessen a ginn erwaart eropzegoen wéi d'Bevëlkerung vun der Regioun wiisst.Den Impakt vun der zukünfteger Stadentwécklung a Pestiziden op urbanen Oflaf gëtt erwaart eropzegoen (4).Wann d'Urbaniséierung an d'Benotzung vu Fipronil weider wuessen, kann d'Benotzung vun dësem Pestizid a Stied ëmmer méi Stroumgemeinschaften beaflossen.Och wann d'Meta-Analyse ofschléisst datt d'Benotzung vun landwirtschaftleche Pestiziden d'global Stream-Ökosystemer bedroht (2, 60), huelen mir un datt dës Bewäertungen de globale globalen Impakt vu Pestiziden ënnerschätzen andeems se städtesch Notzung ausgeschloss hunn.
Verschidde Stressoren, dorënner Pestiziden, kënnen d'Makroinvertebrategemeinschaften an entwéckelte Gewässer beaflossen (urban, landwirtschaftlech a gemëschte Landverbrauch) a kënne mat Landverbrauch verbonne sinn (58, 59, 61).Och wann dës Studie de SPEAR Pestiziden Indikator a Waasserorganismspezifesch Fipronil Toxizitéitseigenschaften benotzt huet fir den Impakt vu verwiessele Faktoren ze minimiséieren, kann d'Performance vum SPEAR Pestiziden Indikator duerch Habitatdegradatioun beaflosst ginn, a Fipronil kann mat anere Pestiziden vergläicht ginn (4, 17, 51, 57).Wéi och ëmmer, e Multiple Stressormodell entwéckelt mat Feldmiessungen aus den éischten zwou regionalen Studien (Midwestern a Südosten) huet gewisen datt Pestiziden e wichtege Upstream Stressor fir Macroinvertebrate Gemeinschaftsbedéngungen a wadende Flëss sinn.An dëse Modeller enthalen wichteg Erklärungsvariablen Pestiziden (besonnesch Bifenthrin), Nährstoffer a Liewensraumcharakteristiken an de meeschte landwirtschaftleche Baachen am Mëttlere Westen, a Pestiziden (besonnesch Fipronil) an de meeschte Stied am Südosten.Ännerungen am Sauerstoff, Nährstoffer a Flux (61, 62).Dofir, obwuel regional Studien versichen den Impakt vun net-Pestizid-Stressoren op d'Reaktiounsindikatoren unzegoen an d'predictive Indikatoren unzepassen fir den Impakt vu Fipronil ze beschreiwen, ënnerstëtzen d'Feldresultater vun dëser Ëmfro d'Fipronil-Sicht.) Sollt als eng vun den Aflossquellen vum Drock an amerikanesche Flëss ugesi ginn, besonnesch am Südoste vun den USA.
D'Optriede vu Pestiziddegradatioun an der Ëmwelt ass selten dokumentéiert, awer d'Bedrohung fir Waasserorganismen kann méi schiedlech sinn wéi den Elterendeel.Am Fall vu Fipronil, Feldstudien a Meso-Skala Experimenter hu gewisen datt Degradatiounsprodukter sou heefeg sinn wéi d'Elterekierper an de gepréiften Stréimunge an déiselwecht oder méi héich Toxizitéit hunn (Table 1).Am mëttleren Membranexperiment war Fluorbenzonitril-Sulfon déi gëftegst vun de studéierte Pestiziddegradatiounsprodukter, an et war méi gëfteg wéi d'Eltereverbindung, a gouf och mat enger Frequenz festgestallt wéi déi vun der Elterenverbindung.Wann nëmmen d'Eltere Pestiziden gemooss ginn, kënnen potenziell Toxizitéitsevenementer net bemierkt ginn, an de relativen Mangel un Toxizitéitsinformatioun wärend der Pestiziddegradatioun bedeit datt hir Optriede a Konsequenze ignoréiert kënne ginn.Zum Beispill, wéinst Mangel un Informatioun iwwer d'Toxizitéit vun Zerfallsprodukter, gouf eng ëmfaassend Bewäertung vu Pestiziden a Schwäizer Stréimunge gemaach, dorënner 134 Pestiziddegradatiounsprodukter, an nëmmen d'Eltereverbindung gouf als Elterendeel a senger ökotoxikologescher Risikobewäertung ugesinn.
D'Resultater vun dëser ökologescher Risikobewäertung weisen datt Fipronilverbindungen negativ Auswierkungen op d'Flossgesondheet hunn, sou datt et raisonnabel ofgeleet ka ginn datt negativ Effekter iwwerall observéiert kënne ginn, wou Fipronilverbindungen den HC5 Niveau iwwerschreiden.D'Resultater vu mesoskopeschen Experimenter sinn onofhängeg vun der Plaz, wat beweist datt d'Konzentratioun vu Fipronil a seng Degradatiounsprodukter a ville Stroumtaxa vill méi niddereg ass wéi virdrun opgeholl.Mir gleewen datt dës Entdeckung méiglecherweis op d'Protobiota an onbestëmmten Baachen iwwerall verlängert gëtt.D'Resultater vum meso-Skala Experiment goufen op grouss Feldstudien applizéiert (444 kleng Stréimunge besteet aus urbanen, landwirtschaftlechen a landgemëschte Gebrauch iwwer fënnef grouss Regiounen an den USA), an et gouf festgestallt datt d'Konzentratioun vu ville Baachen wou Fipronil festgestallt gouf, gëtt erwaart ze sinn.Laut Berichter ass d'Zuel vu Leit déi Fipronil benotzen an Japan, Groussbritannien an den USA eropgaang (7).Fipronil ass präsent op bal all Kontinent, dorënner Australien, Südamerika an Afrika (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).D'Resultater vun de Meso-to-Feld Studien, déi hei presentéiert ginn, weisen datt d'Benotzung vu Fipronil ökologesch Bedeitung op enger globaler Skala kann hunn.
Fir Ergänzungsmaterial fir dësen Artikel, kuckt w.e.g. http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Dëst ass en Open Access Artikel verdeelt ënner de Bedéngungen vun der Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, déi d'Benotzung, d'Verdeelung an d'Reproduktioun an all Medium erlaabt, soulaang de finalen Gebrauch net fir kommerziell Gewënn ass an d'Viraussetzung ass datt de Original Wierk ass richteg.Referenz.
Bemierkung: Mir froen Iech nëmmen Är E-Mailadress unzeginn, sou datt déi Persoun déi Dir op d'Säit recommandéiert weess datt Dir wëllt datt se d'E-Mail gesinn an datt et kee Spam ass.Mir wäerten keng E-Mail Adressen erfaassen.
Dës Fro gëtt benotzt fir ze testen ob Dir e Besucher sidd an automatesch Spam Soumissioun ze verhënneren.
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
Studien hu gewisen datt allgemeng Pestiziden, déi dacks an amerikanesche Stroum festgestallt ginn, méi gëfteg sinn wéi virdru geduecht.
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
Studien hu gewisen datt allgemeng Pestiziden, déi dacks an amerikanesche Stroum festgestallt ginn, méi gëfteg sinn wéi virdru geduecht.
©2021 American Association for the Advancement of Science.all Rechter reservéiert.AAAS ass e Partner vun HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef a COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.