Racun perosak dalam sungai semakin menjadi kebimbangan global, tetapi terdapat sedikit maklumat tentang kepekatan selamat ekosistem akuatik.Dalam eksperimen mesokosmik selama 30 hari, invertebrata akuatik bentik asli telah terdedah kepada fipronil insektisida biasa dan empat jenis produk degradasi.Sebatian fipronil menyebabkan perubahan dalam kemunculan dan lata trofik.Kepekatan berkesan (EC50) di mana fipronil dan produk degradasi sulfida, sulfon dan desulfinilnya menyebabkan tindak balas 50% telah dibangunkan.Taxane tidak sensitif kepada fipronil.Kepekatan bahaya 5% daripada spesies yang terjejas daripada 15 nilai EC50 mesocosmic digunakan untuk menukar kepekatan kompaun fipronil dalam sampel lapangan kepada jumlah unit toksik (∑TUFipronils).Dalam 16% aliran yang diambil daripada lima kajian serantau, purata ∑TUFipronil melebihi 1 (menunjukkan ketoksikan).Penunjuk invertebrata spesies yang berisiko berkorelasi negatif dengan TUTUipronil dalam empat daripada lima kawasan persampelan.Penilaian risiko ekologi ini menunjukkan bahawa kepekatan rendah sebatian fipronil akan mengurangkan komuniti aliran di banyak bahagian di Amerika Syarikat.
Walaupun pengeluaran bahan kimia sintetik telah meningkat dengan pesat dalam beberapa dekad kebelakangan ini, kesan bahan kimia ini terhadap ekosistem bukan sasaran belum difahami sepenuhnya (1).Dalam air permukaan di mana 90% tanah ladang global hilang, tiada data tentang racun perosak pertanian, tetapi jika terdapat data, masa untuk racun perosak melebihi ambang kawal selia ialah separuh (2).Meta-analisis racun perosak pertanian di perairan permukaan di Amerika Syarikat mendapati bahawa dalam 70% lokasi pensampelan, sekurang-kurangnya satu racun perosak melebihi ambang kawal selia (3).Walau bagaimanapun, meta-analisis (2, 3) ini hanya menumpukan pada air permukaan yang terjejas oleh penggunaan tanah pertanian, dan merupakan ringkasan kajian diskret.Racun perosak, terutamanya racun serangga, juga wujud dalam kepekatan tinggi dalam saliran landskap bandar (4).Jarang sekali untuk menjalankan penilaian menyeluruh tentang racun perosak dalam air permukaan yang dilepaskan daripada landskap pertanian dan bandar;oleh itu, tidak diketahui sama ada racun perosak menimbulkan ancaman besar-besaran kepada sumber air permukaan dan integriti ekologinya.
Benzopyrazoles dan neonicotinoid menyumbang satu pertiga daripada pasaran racun perosak global pada tahun 2010 (5).Di perairan permukaan di Amerika Syarikat, fipronil dan produk degradasinya (fenilpyrazoles) adalah sebatian racun perosak yang paling biasa, dan kepekatannya biasanya melebihi piawaian akuatik (6-8).Walaupun neonicotinoid telah menarik perhatian kerana kesannya terhadap lebah dan burung serta kelazimannya (9), fipronil lebih toksik kepada ikan dan burung (10), manakala sebatian Kelas fenilpirazol lain mempunyai kesan herbisida (5).Fipronil ialah racun serangga sistemik yang digunakan untuk mengawal perosak di persekitaran bandar dan pertanian.Sejak fipronil memasuki pasaran dunia pada tahun 1993, penggunaan fipronil di Amerika Syarikat, Jepun dan United Kingdom telah meningkat dengan ketara (5).Di Amerika Syarikat, fipronil digunakan untuk mengawal semut dan anai-anai, dan digunakan dalam tanaman termasuk jagung (termasuk rawatan benih), kentang dan dusun (11, 12).Penggunaan pertanian fipronil di Amerika Syarikat memuncak pada tahun 2002 (13).Walaupun tiada data penggunaan bandar nasional tersedia, penggunaan bandar di California memuncak pada tahun 2006 dan 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, diakses pada 2 Disember 2019).Walaupun kepekatan fipronil yang tinggi (6.41μg/L) ditemui dalam aliran di beberapa kawasan pertanian dengan kadar penggunaan yang tinggi (14), berbanding dengan aliran pertanian, aliran bandar di Amerika Syarikat umumnya mempunyai lebih banyak pengesanan dan lebih tinggi Kepekatan tinggi, positif untuk kejadian ribut dikaitkan dengan ujian (6, 7, 14-17).
Fipronil memasuki ekosistem akuatik air larian atau larut lesap dari tanah ke dalam sungai (7, 14, 18).Fipronil mempunyai kemeruapan yang rendah (pemalar hukum Henry 2.31×10-4 Pa m3 mol-1), keterlarutan air rendah hingga sederhana (3.78 mg/l pada 20°C), dan hidrofobisiti sederhana (log Kow ialah 3.9 hingga 4.1)), mobiliti dalam tanah adalah sangat kecil (log Koc ialah 2.6 hingga 3.1) (12, 19), dan ia mempamerkan ketekunan rendah hingga sederhana dalam persekitaran (20).Finazepril didegradasi oleh fotolisis, pengoksidaan, hidrolisis dan pengurangan yang bergantung kepada pH, membentuk empat produk degradasi utama: dessulfoxyphenapril (atau sulfoksida), fenaprenip sulfone (sulfon), Filofenamide (amida) dan filofenib sulfida (sulfida).Produk degradasi fipronil cenderung lebih stabil dan tahan lama daripada sebatian induk (21, 22).
Ketoksikan fipronil dan degradasinya kepada spesies bukan sasaran (seperti invertebrata akuatik) telah didokumenkan dengan baik (14, 15).Fipronil ialah sebatian neurotoksik yang mengganggu laluan ion klorida melalui saluran klorida yang dikawal oleh asid gamma-aminobutirik dalam serangga, mengakibatkan kepekatan yang mencukupi untuk menyebabkan keseronokan dan kematian yang berlebihan (20).Fipronil adalah toksik secara selektif, jadi ia mempunyai pertalian pengikat reseptor yang lebih besar untuk serangga berbanding mamalia (23).Aktiviti insektisida produk degradasi fipronil adalah berbeza.Ketoksikan sulfon dan sulfida kepada invertebrata air tawar adalah serupa atau lebih tinggi daripada sebatian induk.Desulfinyl mempunyai ketoksikan sederhana tetapi kurang toksik daripada sebatian induk.Agak tidak toksik (23, 24).Kecenderungan invertebrata akuatik terhadap degradasi fipronil dan fipronil sangat berbeza-beza di dalam dan antara taksa (15), dan dalam beberapa kes bahkan melebihi susunan magnitud (25).Akhirnya, terdapat bukti bahawa phenylpyrazoles lebih toksik kepada ekosistem daripada yang difikirkan sebelumnya (3).
Penanda aras biologi akuatik berdasarkan ujian ketoksikan makmal mungkin memandang rendah risiko populasi lapangan (26-28).Piawaian akuatik biasanya ditetapkan melalui ujian ketoksikan makmal spesies tunggal menggunakan satu atau beberapa spesies invertebrata akuatik (contohnya, Diptera: Chironomidae: Chironomus dan Crustacea: Daphnia magna dan Hyalella azteca).Organisma ujian ini secara amnya lebih mudah ditanam daripada makroinvertebrata bentik yang lain (contohnya, genus phe::), dan dalam beberapa kes kurang sensitif terhadap bahan pencemar.Sebagai contoh, D. Magna kurang sensitif kepada banyak logam berbanding serangga tertentu, manakala A. zteca kurang sensitif terhadap bifenthrin insektisida pyrethroid berbanding sensitivitinya terhadap cacing (29, 30).Satu lagi had penanda aras sedia ada ialah titik akhir yang digunakan dalam pengiraan.Penanda aras akut adalah berdasarkan kematian (atau tetap untuk krustasea), manakala penanda aras kronik biasanya berdasarkan titik akhir sublethal (seperti pertumbuhan dan pembiakan) (jika ada).Walau bagaimanapun, terdapat kesan sublethal yang meluas, seperti pertumbuhan, kemunculan, lumpuh, dan kelewatan perkembangan, yang mungkin menjejaskan kejayaan taksa dan dinamik komuniti.Akibatnya, walaupun penanda aras memberikan latar belakang untuk kepentingan biologi kesan, kaitan ekologi sebagai ambang untuk ketoksikan adalah tidak pasti.
Untuk lebih memahami kesan sebatian fipronil pada ekosistem akuatik bentik (invertebrata dan alga), komuniti bentik semula jadi dibawa masuk ke makmal dan terdedah kepada kecerunan kepekatan semasa Fipronil aliran 30 hari atau salah satu daripada empat eksperimen degradasi fipronil.Matlamat penyelidikan adalah untuk menghasilkan kepekatan kesan 50% khusus spesies (nilai EC50) untuk setiap sebatian fipronil yang mewakili taksa luas komuniti sungai, dan untuk menentukan kesan pencemar terhadap struktur dan fungsi komuniti [iaitu, kepekatan bahaya] 5 % Daripada spesies terjejas (HC5) dan kesan tidak langsung seperti kemunculan yang diubah dan dinamik trofik].Kemudian ambang (nilai HC5 khusus kompaun) yang diperoleh daripada eksperimen mesoskopik digunakan pada medan yang dikumpulkan oleh Kajian Geologi Amerika Syarikat (USGS) dari lima wilayah Amerika Syarikat (Timur Laut, Tenggara, Barat Tengah, Pasifik Barat Laut dan California Tengah. Data Zon Pantai) sebagai sebahagian daripada penilaian kualiti aliran serantau USGS (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Setakat yang kita tahu, ini adalah penilaian risiko ekologi yang pertama.Ia menyiasat secara menyeluruh kesan sebatian fipronil pada organisma bentik dalam persekitaran meso terkawal, dan kemudian menggunakan keputusan ini pada penilaian lapangan berskala kontinental.
Eksperimen mesokosmik selama 30 hari telah dijalankan di Makmal Akuatik USGS (AXL) di Fort Collins, Colorado, Amerika Syarikat dari 18 Oktober hingga 17 November 2017, selama 1 hari penjinakkan dan 30 hari percubaan.Kaedah ini telah diterangkan sebelum ini (29, 31) dan diperincikan dalam bahan tambahan.Tetapan ruang meso mengandungi 36 aliran beredar dalam empat aliran aktif (tangki air beredar).Setiap aliran hidup dilengkapi dengan penyejuk untuk mengekalkan suhu air dan diterangi dengan kitaran terang-gelap 16:8.Aliran aras meso ialah keluli tahan karat, yang sesuai untuk hidrofobisiti fipronil (log Kow = 4.0) dan sesuai untuk pelarut pembersihan organik (Rajah S1).Air yang digunakan untuk eksperimen skala meso dikumpulkan dari Sungai Cache La Poudre (sumber hulu termasuk Taman Negara Rocky Mountain, Hutan Negara dan Continental Divide) dan disimpan dalam empat tangki simpanan polietilena AXL.Penilaian sebelumnya terhadap sampel sedimen dan air yang dikumpul dari tapak tidak menemui sebarang racun perosak (29).
Reka bentuk eksperimen skala meso terdiri daripada 30 aliran pemprosesan dan 6 aliran kawalan.Aliran rawatan menerima air terawat, setiap satunya mengandungi kepekatan berterusan sebatian fipronil yang tidak direplikasi: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amida (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), kumpulan penyahsulfuran [Perpustakaan Racun Perosak Agensi Perlindungan Alam Sekitar (EPA) AS, CAS 205650-65-3], sulfon (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) dan sulfida (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6); 97.8% Mengikut nilai tindak balas yang diterbitkan (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33 Dengan melarutkan sebatian fipronil dalam metanol ( Thermo Fisher Scientific, tahap pensijilan Persatuan Kimia Amerika), dan cair). dengan air ternyahion kepada isipadu yang diperlukan untuk menyediakan larutan stok pekat Oleh kerana jumlah metanol dalam dos adalah berbeza, adalah perlu untuk menambah metanol kepada semua aliran rawatan mengikut keperluan, untuk memastikan kepekatan metanol yang sama (. 0.05 ml/L) dalam sungai Pandangan tengah bagi tiga aliran kawalan yang lain menerima air sungai tanpa metanol, jika tidak ia dianggap sebagai semua aliran lain.
Pada hari ke-8, hari ke-16 dan hari ke-26, suhu, nilai pH, kekonduksian elektrik dan degradasi fipronil dan fipronil diukur dalam membran aliran.Untuk mengesan degradasi fipronil kompaun induk semasa ujian media, fipronil (ibu bapa) digunakan untuk merawat mukosa usus cecair selama tiga hari lagi [hari 5, 12 dan 21 (n = 6)] untuk suhu, pH, Persampelan degradasi konduktiviti, fipronil dan fipronil.Sampel analisis racun perosak dikumpul dengan menapis 10 ml air yang mengalir ke dalam botol kaca ambar 20 ml melalui penapis picagari Whatman 0.7-μm GF/F yang dilengkapi dengan jarum diameter besar.Sampel itu segera dibekukan dan dihantar ke Makmal Kualiti Air Kebangsaan (NWQL) USGS di Lakewood, Colorado, Amerika Syarikat untuk analisis.Menggunakan kaedah yang lebih baik daripada kaedah yang diterbitkan sebelum ini, Fipronil dan 4 produk degradasi dalam sampel air ditentukan oleh suntikan akueus terus (DAI) cecair kromatografi-tandem spektrometri jisim (LC-MS / MS; Agilent 6495).Tahap pengesanan instrumen (IDL) dianggarkan sebagai piawaian penentukuran minimum yang memenuhi piawaian pengenalan kualitatif;IDL fipronil ialah 0.005 μg/L, dan IDL daripada empat fipronil yang lain ialah 0.001 μg/L.Bahan tambahan menyediakan penerangan lengkap tentang kaedah yang digunakan untuk mengukur sebatian fipronil, termasuk kawalan kualiti dan prosedur jaminan (contohnya, pemulihan sampel, pancang, pemeriksaan pihak ketiga dan tempat kosong).
Pada penghujung percubaan Mesokosmik 30 hari, penghitungan dan pengenalpastian invertebrata dewasa dan larva telah selesai (titik akhir pengumpulan data utama).Orang dewasa yang baru muncul dikumpulkan dari jaring setiap hari dan dibekukan dalam tiub empar Falcon 15 ml yang bersih.Pada akhir eksperimen (hari ke-30), kandungan membran dalam setiap aliran telah digosok untuk membuang mana-mana invertebrata, dan diayak (250 μm) dan disimpan dalam 80% etanol.Akuatik Timberline (Fort Collins, CO) telah melengkapkan pengenalpastian taksonomi larva dan invertebrata dewasa ke tahap taksonomi terendah yang mungkin, biasanya spesies.Pada hari 9, 19 dan 29, klorofil a diukur dalam tiga kali ganda dalam membran mesoskopik setiap aliran.Semua data kimia dan biologi sebagai sebahagian daripada eksperimen mesoskopik disediakan dalam keluaran data yang disertakan (35).
Tinjauan ekologi telah dijalankan di sungai kecil (berendam) di lima kawasan utama di Amerika Syarikat, dan racun perosak telah dipantau semasa tempoh indeks sebelumnya.Secara ringkasnya, berdasarkan penggunaan tanah pertanian dan bandar (36-40), 77 hingga 100 lokasi telah dipilih di setiap wilayah (444 lokasi kesemuanya).Semasa musim bunga dan musim panas satu tahun (2013-2017), sampel air dikumpulkan seminggu sekali di setiap rantau selama 4 hingga 12 minggu.Masa tertentu bergantung pada wilayah dan intensiti pembangunan.Bagaimanapun, 11 stesen di wilayah timur laut hampir berada di kawasan tadahan air.Tiada perkembangan, kecuali hanya satu sampel yang dikumpul.Oleh kerana tempoh pemantauan untuk racun perosak dalam kajian serantau adalah berbeza, sebagai perbandingan, hanya empat sampel terakhir yang dikumpul di setiap tapak dipertimbangkan di sini.Diandaikan bahawa satu sampel yang dikumpul di tapak Timur Laut yang belum dibangunkan (n = 11) boleh mewakili tempoh pensampelan 4 minggu.Kaedah ini membawa kepada bilangan pemerhatian yang sama pada racun perosak (kecuali untuk 11 lokasi di Timur Laut) dan tempoh pemerhatian yang sama;dipercayai bahawa 4 minggu adalah cukup lama untuk pendedahan jangka panjang kepada biota, tetapi cukup singkat sehingga komuniti ekologi tidak Harus pulih daripada hubungan ini.
Dalam kes aliran yang mencukupi, sampel air dikumpul dengan cara halaju malar dan kenaikan lebar malar (41).Apabila aliran tidak mencukupi untuk menggunakan kaedah ini, anda boleh mengumpul sampel dengan penyepaduan mendalam sampel atau mengambil dari pusat graviti aliran.Gunakan picagari berlubang besar dan penapis cakera (0.7μm) untuk mengumpul 10 ml sampel yang ditapis (42).Melalui DAI LC-MS/MS/MS/MS, sampel air dianalisis di NWQL untuk 225 racun perosak dan produk penguraian racun perosak, termasuk fipronil dan 7 produk degradasi (dessulfinyl fipronil, fipronil) Sulfides, fipronil sulfone, deschlorofipronil, desthiol fipronil, amide fipronil dan fipronil).).Tahap pelaporan minimum biasa untuk kajian lapangan ialah: fipronil, desmethylthio fluorobenzonitrile, fipronil sulfide, fipronil sulfone, dan deschlorofironil 0.004 μg/L;dessulfinyl fluorfenamide dan Kepekatan amida fipronil ialah 0.009 μg/liter;kepekatan fipronil sulfonate ialah 0.096 μg/liter.
Komuniti invertebrata diambil sampel pada akhir setiap kajian kawasan (musim bunga/musim panas), biasanya pada masa yang sama dengan peristiwa persampelan racun perosak yang terakhir.Selepas musim tumbuh dan penggunaan racun perosak yang banyak, masa pensampelan harus konsisten dengan keadaan aliran rendah, dan harus bertepatan dengan masa apabila komuniti invertebrata sungai matang dan terutamanya dalam peringkat kehidupan larva.Menggunakan pensampel Surber dengan jaring 500μm atau jaring bingkai D, pensampelan komuniti invertebrata telah disiapkan di 437 daripada 444 tapak.Kaedah persampelan diterangkan secara terperinci dalam bahan tambahan.Pada NWQL, semua invertebrata biasanya dikenal pasti dan disenaraikan pada peringkat genus atau spesies.Semua data kimia dan biologi yang dikumpul dalam bidang ini dan digunakan dalam manuskrip ini boleh didapati dalam keluaran data yang disertakan (35).
Bagi lima sebatian fipronil yang digunakan dalam eksperimen mesoskopik, kepekatan invertebrata larva yang dikurangkan sebanyak 20% atau 50% telah dikira secara relatif kepada kawalan (iaitu EC20 dan EC50).Data [x = kepekatan fipronil berwajaran masa (lihat bahan tambahan untuk butiran), y = kelimpahan larva atau metrik lain] telah dipasang pada pakej lanjutan R(43) menggunakan kaedah regresi logaritma tiga parameter” drc”.Lengkung ini sesuai dengan semua spesies (larva) dengan kelimpahan yang mencukupi dan memenuhi metrik minat lain (contohnya, kekayaan taksonomi, jumlah kelimpahan lalat dan jumlah kelimpahan) untuk memahami lebih lanjut kesan komuniti.Pekali Nash-Sutcliff (45) digunakan untuk menilai kesesuaian model, di mana padanan model yang lemah boleh menerima nilai negatif tak terhingga, dan nilai padanan sempurna ialah 1.
Untuk meneroka kesan sebatian fipronil terhadap kemunculan serangga dalam eksperimen, data telah dinilai dalam dua cara.Pertama, dengan menolak purata penampilan meso aliran kawalan daripada penampilan setiap meso aliran rawatan, kejadian harian terkumpul serangga daripada setiap meso aliran (jumlah bilangan semua individu) telah dinormalkan kepada kawalan.Plotkan nilai ini terhadap masa untuk memahami sisihan pengantara cecair rawatan daripada pengantara cecair kawalan dalam eksperimen 30 hari.Kedua, hitung jumlah peratusan kejadian setiap mesofil aliran, yang ditakrifkan sebagai nisbah jumlah bilangan mesofil dalam aliran tertentu kepada purata bilangan larva dan dewasa dalam kumpulan kawalan, dan sesuai untuk regresi logaritma tiga parameter. .Semua serangga percambahan yang dikumpul adalah daripada dua subfamili keluarga Chironomidae, jadi analisis gabungan dilakukan.
Perubahan dalam struktur komuniti, seperti kehilangan taksa, akhirnya mungkin bergantung pada kesan langsung dan tidak langsung bahan toksik, dan boleh membawa kepada perubahan dalam fungsi komuniti (contohnya, lata trofik).Untuk menguji lata trofik, rangkaian kausal mudah dinilai menggunakan kaedah analisis laluan (R pakej "piecewiseSEM") (46).Bagi eksperimen mesoskopik, diandaikan bahawa fipronil, desulfinyl, sulfida dan sulfon (bukan amida yang diuji) di dalam air untuk mengurangkan biojisim pengikis, secara tidak langsung membawa kepada peningkatan dalam biojisim klorofil a (47).Kepekatan sebatian ialah pembolehubah peramal, dan pengikis dan klorofil a biojisim ialah pembolehubah tindak balas.Statistik C Fisher digunakan untuk menilai kesesuaian model, supaya nilai P <0.05 menunjukkan kesesuaian model yang baik (46).
Untuk membangunkan ejen perlindungan ambang eko-komuniti berasaskan risiko, setiap kompaun telah memperoleh 95% daripada taburan sensitiviti spesies kronik (SSD) spesies terjejas (HC5) dan perlindungan kepekatan bahaya.Tiga set data SSD telah dijana: (i) set data meso sahaja, (ii) set data yang mengandungi semua data meso dan data yang dikumpul daripada pertanyaan pangkalan data EPA ECOTOX (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, diakses pada 14 Mac 2019), tempoh kajian ialah 4 hari atau lebih lama, dan (iii) set data yang mengandungi semua data mesoskopik dan data ECOTOX, di mana data ECOTOX (pendedahan akut) dibahagikan dengan akut kepada Nisbah D. magna kronik ( 19.39) untuk menerangkan perbezaan dalam tempoh pendedahan dan menganggarkan nilai EC50 kronik (12).Tujuan kami menjana berbilang model SSD adalah untuk (i) membangunkan nilai HC5 untuk perbandingan dengan data lapangan (hanya untuk SSD untuk media), dan (ii) menilai bahawa data media lebih diterima secara meluas daripada agensi kawal selia untuk dimasukkan dalam akuakultur. keteguhan penanda aras kehidupan dan penetapan standard sumber data, dan oleh itu kebolehpraktisan menggunakan kajian mesoskopik untuk proses pelarasan.
SSD telah dibangunkan untuk setiap set data menggunakan pakej R “ssdtools” (48).Gunakan tali but (n = 10,000) untuk menganggarkan purata HC5 dan selang keyakinan (CI) daripada SSD.Empat puluh sembilan respons taksa (semua taksa yang telah dikenal pasti sebagai genus atau spesies) yang dibangunkan melalui penyelidikan ini digabungkan dengan 32 respons taksa yang disusun daripada enam kajian yang diterbitkan dalam pangkalan data ECOTOX, untuk sejumlah 81 respons Takson boleh digunakan untuk pembangunan SSD .Memandangkan tiada data ditemui dalam pangkalan data ECOTOX amida, tiada SSD dibangunkan untuk amida dan hanya satu tindak balas EC50 diperoleh daripada kajian semasa.Walaupun nilai EC50 hanya satu kumpulan sulfida ditemui dalam pangkalan data ECOTOX, pelajar siswazah semasa mempunyai 12 nilai EC50.Oleh itu, SSD untuk kumpulan sulfinil telah dibangunkan.
Nilai HC5 khusus sebatian fipronil yang diperoleh daripada set data SSD Mesocosmos sahaja digabungkan dengan data medan untuk menilai pendedahan dan potensi ketoksikan sebatian fipronil dalam 444 aliran dari lima wilayah di Amerika Syarikat.Dalam tetingkap pensampelan 4 minggu yang lalu, setiap kepekatan sebatian fipronil yang dikesan (kepekatan tidak dikesan adalah sifar) dibahagikan dengan HC5 masing-masing, dan nisbah kompaun setiap sampel dijumlahkan untuk mendapatkan Jumlah unit ketoksikan fipronil (ΣTUFipronils), di mana ΣTUFipronils> 1 bermaksud ketoksikan.
Dengan membandingkan kepekatan bahaya 50% spesies terjejas (HC50) dengan nilai EC50 kekayaan taksa yang diperolehi daripada eksperimen membran sederhana, SSD yang diperoleh daripada data membran sederhana dinilai untuk mencerminkan sensitiviti komuniti ekologi yang lebih luas kepada fipronil. ijazah..Melalui perbandingan ini, ketekalan antara kaedah SSD (termasuk hanya taksa yang mempunyai hubungan tindak balas dos) dan kaedah EC50 (termasuk semua taksa unik yang diperhatikan di ruang tengah) menggunakan kaedah EC50 untuk mengukur kekayaan taksa boleh dinilai Jantina.Hubungan tindak balas dos.
Penunjuk spesies risiko racun perosak (SPEARpesticides) dikira untuk menyiasat hubungan antara status kesihatan komuniti invertebrata dan ΣTUFipronil dalam 437 aliran pengumpul invertebrata.Metrik SPEARpesticides menukarkan komposisi invertebrata kepada metrik kelimpahan untuk taksonomi biologi dengan ciri fisiologi dan ekologi, dengan itu memberikan sensitiviti kepada racun perosak.Penunjuk SPEARpesticides tidak sensitif kepada kovariat semula jadi (49, 50), walaupun prestasinya akan terjejas oleh kemerosotan habitat yang teruk (51).Data kelimpahan yang dikumpul di tapak untuk setiap takson diselaraskan dengan nilai utama takson yang berkaitan dengan perisian ASTERICS untuk menilai kualiti ekologi sungai (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Kemudian import data ke dalam perisian Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) (versi 18.05).Dalam perisian ini, pangkalan data ciri Eropah dan pangkalan data dengan kepekaan fisiologi terhadap racun perosak digunakan untuk menukar data setiap tapak kepada penunjuk SPEARpesticides.Setiap daripada lima kajian serantau menggunakan pakej Model Tambahan Am (GAM) ["mgcv" dalam R(52)) untuk meneroka hubungan antara metrik SPEARpesticides dan ΣTUFipronils [penukaran log10(X + 1)] Berkaitan.Untuk mendapatkan maklumat yang lebih terperinci tentang metrik SPEARpesticides dan untuk analisis data, sila lihat Bahan Tambahan.
Indeks kualiti air adalah konsisten dalam setiap aliran mesoskopik dan keseluruhan tempoh percubaan mesoskopik.Purata suhu, pH dan kekonduksian masing-masing ialah 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 ialah 3.1 mg/L.Dalam pandangan meso sungai di mana perakam MiniDOT digunakan, oksigen terlarut adalah hampir kepada ketepuan (purata> 8.0 mg/L), menunjukkan bahawa aliran itu beredar sepenuhnya.
Kawalan kualiti dan data jaminan kualiti pada fipronil disediakan dalam keluaran data yang disertakan (35).Ringkasnya, kadar pemulihan pancang matriks makmal dan sampel mesoskopik biasanya dalam julat yang boleh diterima (pemulihan 70% hingga 130%), piawaian IDL mengesahkan kaedah kuantitatif, dan kosong makmal dan instrumen biasanya bersih Terdapat sangat sedikit pengecualian selain daripada generalisasi ini dibincangkan dalam bahan tambahan..
Disebabkan oleh reka bentuk sistem, kepekatan fipronil yang diukur biasanya lebih rendah daripada nilai sasaran (Rajah S2) (kerana ia mengambil masa 4 hingga 10 hari untuk mencapai keadaan mantap dalam keadaan ideal) (30).Berbanding dengan sebatian fipronil lain, kepekatan desulfinil dan amida sedikit berubah dari semasa ke semasa, dan kebolehubahan kepekatan dalam rawatan adalah lebih kecil daripada perbezaan antara rawatan kecuali untuk rawatan kepekatan rendah sulfon dan sulfida.Julat kepekatan terukur purata wajaran masa bagi setiap kumpulan rawatan adalah seperti berikut: Fipronil, IDL hingga 9.07μg/L;Desulfinyl, IDL kepada 2.15μg/L;Amida, IDL kepada 4.17μg/L;Sulfida, IDL Kepada 0.57μg/liter;dan sulfon, IDL ialah 1.13μg/liter (35).Dalam beberapa aliran, sebatian fipronil bukan sasaran telah dikesan, iaitu, sebatian yang tidak dicucuk ke dalam rawatan tertentu, tetapi diketahui sebagai produk degradasi sebatian rawatan.Membran mesoskopik yang dirawat dengan fipronil kompaun induk mempunyai bilangan produk degradasi bukan sasaran tertinggi yang dikesan (apabila tidak digunakan sebagai sebatian pemprosesan, ia adalah sulfinil, amida, sulfida dan sulfon);ini mungkin disebabkan oleh proses pengeluaran Kekotoran kompaun dan/atau proses degradasi yang berlaku semasa penyimpanan larutan stok dan (atau) dalam eksperimen mesoskopik dan bukannya hasil daripada pencemaran silang.Tiada trend kepekatan degradasi diperhatikan dalam rawatan fipronil.Sebatian degradasi bukan sasaran paling kerap dikesan dalam badan dengan kepekatan rawatan tertinggi, tetapi kepekatannya kurang daripada kepekatan sebatian bukan sasaran ini (lihat bahagian seterusnya untuk kepekatan).Oleh itu, oleh kerana sebatian degradasi bukan sasaran biasanya tidak dikesan dalam rawatan fipronil yang paling rendah, dan kerana kepekatan yang dikesan adalah lebih rendah daripada kepekatan kesan dalam rawatan tertinggi, maka disimpulkan bahawa sebatian bukan sasaran ini mempunyai kesan minimum ke atas analisis.
Dalam eksperimen media, makroinvertebrata bentik adalah sensitif kepada fipronil, desulfinyl, sulfone, dan sulfida [Jadual S1;data kelimpahan asal disediakan dalam versi data yang disertakan (35)].Fipronil amide hanya untuk lalat Rhithrogena sp.Toksik (maut), EC50nya ialah 2.05μg/L [±10.8(SE)].Keluk tindak balas dos 15 taksa unik telah dihasilkan.Taksa ini menunjukkan kematian dalam julat kepekatan yang diuji (Jadual S1), dan taksa berkelompok yang disasarkan (seperti lalat) (Rajah S3) dan taksa kaya (Rajah 1) Keluk tindak balas dos telah dihasilkan.Kepekatan (EC50) fipronil, desulfinyl, sulfone dan sulfida pada taksa unik julat taksa paling sensitif dari 0.005-0.364, 0.002-0.252, 0.002-0.061 dan 0.005-0.043μg/L, masing-masingRhithrogena sp.Dan Sweltsa sp.;Rajah S4) adalah lebih rendah daripada taksa yang lebih diterima (seperti Micropsectra / Tanytarsus dan Lepidostoma sp.) (Jadual S1).Menurut purata EC50 setiap sebatian dalam Jadual S1, sulfon dan sulfida adalah sebatian yang paling berkesan, manakala invertebrata secara amnya paling kurang sensitif kepada desulfinil (tidak termasuk amida).Metrik status ekologi keseluruhan, seperti kekayaan taksa, jumlah kelimpahan, jumlah pentaploid dan jumlah lalat batu, termasuk taksa dan kelimpahan beberapa taksa, ini sangat jarang berlaku dalam meso dan tidak boleh dikira Lukiskan keluk tindak balas dos yang berasingan.Oleh itu, penunjuk ekologi ini termasuk tindak balas takson yang tidak termasuk dalam SSD.
Kekayaan taksa (larva) dengan fungsi logistik tiga peringkat iaitu (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfon, dan (D) kepekatan sulfida.Setiap titik data mewakili larva daripada satu aliran pada penghujung percubaan meso selama 30 hari.Kekayaan takson ialah kiraan taksa unik dalam setiap aliran.Nilai kepekatan ialah purata wajaran masa bagi kepekatan yang diperhatikan bagi setiap aliran yang diukur pada penghujung percubaan 30 hari.Fipronil amida (tidak ditunjukkan) tidak mempunyai hubungan dengan taksa yang kaya.Sila ambil perhatian bahawa paksi-x berada pada skala logaritma.EC20 dan EC50 dengan SE dilaporkan dalam Jadual S1.
Pada kepekatan tertinggi kesemua lima sebatian fipronil, kadar kemunculan Uetridae menurun.Peratusan percambahan (EC50) sulfida, sulfon, fipronil, amida dan desulfinil diperhatikan menurun sebanyak 50% pada kepekatan 0.03, 0.06, 0.11, 0.78 dan 0.97μg/L masing-masing (Rajah 2 dan Rajah S5).Dalam kebanyakan eksperimen selama 30 hari, semua rawatan fipronil, desulfinil, sulfon dan sulfida telah ditangguhkan, kecuali untuk beberapa rawatan kepekatan rendah (Rajah 2), dan penampilannya telah dihalang.Dalam rawatan amida, efluen terkumpul semasa keseluruhan eksperimen adalah lebih tinggi daripada kawalan, dengan kepekatan 0.286μg/liter.Kepekatan tertinggi (4.164μg/liter) semasa keseluruhan eksperimen menghalang efluen, dan kadar efluen rawatan perantaraan adalah serupa dengan kumpulan kawalan.(rajah 2).
Kemunculan kumulatif ialah purata kemunculan purata harian setiap rawatan tolak (A) fipronil, (B) desulfinil, (C) sulfon, (D) sulfida dan (E) amida dalam aliran kawalan Purata kemunculan harian purata membran.Kecuali untuk kawalan (n = 6), n = 1. Nilai kepekatan ialah purata berwajaran masa bagi kepekatan yang diperhatikan dalam setiap aliran.
Keluk tindak balas dos menunjukkan bahawa, sebagai tambahan kepada kerugian taksonomi, perubahan struktur di peringkat komuniti.Khususnya, dalam julat kepekatan ujian, kelimpahan mei (Rajah S3) dan kelimpahan taksa (Rajah 1) menunjukkan hubungan tindak balas dos yang ketara dengan fipronil, desulfinil, sulfon, dan sulfida.Oleh itu, kami meneroka bagaimana perubahan struktur ini membawa kepada perubahan dalam fungsi komuniti dengan menguji lata pemakanan.Pendedahan invertebrata akuatik kepada fipronil, desulfinyl, sulfida dan sulfon mempunyai kesan negatif langsung ke atas biojisim pengikis (Rajah 3).Untuk mengawal kesan negatif fipronil pada biojisim pengikis, pengikis juga memberi kesan negatif kepada klorofil a biojisim (Rajah 3).Hasil daripada pekali laluan negatif ini ialah peningkatan bersih dalam klorofil a apabila kepekatan fipronil dan degradasi meningkat.Model laluan pengantara sepenuhnya ini menunjukkan bahawa peningkatan degradasi fipronil atau fipronil membawa kepada peningkatan dalam bahagian klorofil a (Rajah 3).Diandaikan terlebih dahulu bahawa kesan langsung antara fipronil atau kepekatan degradasi dan klorofil biojisim adalah sifar, kerana sebatian fipronil adalah racun perosak dan mempunyai ketoksikan langsung yang rendah kepada alga (contohnya, kepekatan garis dasar tumbuhan bukan vaskular akut EPA ialah 100μg / L fipronil, kumpulan disulfoksida, sulfon dan sulfida, https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-p hipotesis.
Fipronil boleh mengurangkan dengan ketara biojisim (kesan langsung) ragut (kumpulan pengikis adalah larva), tetapi tidak mempunyai kesan langsung ke atas biojisim klorofil a.Walau bagaimanapun, kesan tidak langsung yang kuat fipronil adalah untuk meningkatkan biojisim klorofil a sebagai tindak balas kepada kurang ragut.Anak panah menunjukkan pekali laluan piawai, dan tanda tolak (-) menunjukkan arah perkaitan.* Menunjukkan tahap kepentingan.
Tiga SSD (lapisan tengah sahaja, lapisan tengah ditambah data ECOTOX dan lapisan tengah ditambah data ECOTOX yang diperbetulkan untuk perbezaan dalam tempoh pendedahan) menghasilkan nilai HC5 yang berbeza secara nominal (Jadual S3), tetapi hasilnya berada dalam julat SE.Dalam kajian ini yang lain, kami akan menumpukan pada SSD data dengan hanya alam semesta meso dan nilai HC5 yang berkaitan.Untuk penerangan yang lebih lengkap tentang ketiga-tiga penilaian SSD ini, sila rujuk bahan tambahan (Jadual S2 hingga S5 dan Rajah S6 dan S7).Taburan data yang paling sesuai (skor piawai maklumat Akaike terendah) daripada empat sebatian fipronil (Rajah 4) yang digunakan hanya dalam peta SSD pepejal meso ialah log-gumbel fipronil dan sulfon, dan weibull sulfida Dan desulfurized γ ( Jadual S3).Nilai HC5 yang diperoleh untuk setiap sebatian dilaporkan dalam Rajah 4 untuk alam semesta meso sahaja, dan dalam Jadual S3 nilai HC5 daripada ketiga-tiga set data SSD dilaporkan.Nilai HC50 kumpulan fipronil, sulfida, sulfon dan desulfinyl [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)] Sebatian ini jauh lebih rendah daripada kekayaan taksa EC50 (jumlah bilangan taksa unik) (Jadual S1 ; nota dalam jadual bahan tambahan ialah mikrogram seliter).
Dalam eksperimen skala meso, apabila terdedah kepada (A) fipronil, (B) dessulfinyl fipronil, (C) fipronil sulfone, (D) fipronil sulfide selama 30 hari, sensitiviti spesies diterangkan Ia adalah nilai EC50 takson.Garis putus-putus biru mewakili 95% CI.Garis putus-putus mendatar mewakili HC5.Nilai HC5 (ng/L) setiap sebatian adalah seperti berikut: Fipronil, 4.56 ng/L (95% CI, 2.59 hingga 10.2);Sulfida, 3.52 ng/L (1.36 hingga 9.20);Sulfone, 2.86 ng/ Liter (1.93 hingga 5.29);dan sulfinyl, 3.55 ng/liter (0.35 hingga 28.4).Sila ambil perhatian bahawa paksi-x berada pada skala logaritma.
Dalam lima kajian serantau, Fipronil (ibu bapa) dikesan dalam 22% daripada 444 titik pensampelan medan (Jadual 1).Kekerapan pengesanan florfenib, sulfon dan amida adalah serupa (18% hingga 22% daripada sampel), kekerapan pengesanan sulfida dan desulfinyl adalah lebih rendah (11% hingga 13%), manakala produk degradasi selebihnya adalah sangat tinggi.Sedikit (1% atau kurang) atau tidak pernah dikesan (Jadual 1)..Fipronil paling kerap dikesan di tenggara (52% daripada tapak) dan paling kerap di barat laut (9% daripada tapak), yang menyerlahkan kebolehubahan penggunaan benzopyrazole dan potensi kerentanan aliran di seluruh negara.Degradasi biasanya menunjukkan corak serantau yang serupa, dengan kekerapan pengesanan tertinggi di tenggara dan paling rendah di barat laut atau pantai California.Kepekatan fipronil yang diukur adalah yang tertinggi, diikuti oleh fipronil kompaun induk (90% peratusan 10.8 dan 6.3 ng/L, masing-masing) (Jadual 1) (35).Kepekatan tertinggi fipronil (61.4 ng/L), disulfinyl (10.6 ng/L) dan sulfida (8.0 ng/L) ditentukan di tenggara (dalam empat minggu terakhir sampel).Kepekatan sulfon tertinggi ditentukan di barat.(15.7 ng/L), amida (42.7 ng/L), dessulfinyl flupirnamide (14 ng/L) dan fipronil sulfonate (8.1 ng/L) (35).Florfenide sulfone adalah satu-satunya sebatian yang diperhatikan melebihi HC5 (Jadual 1).Purata ΣTUFipronils antara pelbagai kawasan sangat berbeza (Jadual 1).Purata ΣTUFipronils kebangsaan ialah 0.62 (semua lokasi, semua wilayah), dan 71 tapak (16%) mempunyai ΣTUFipronils> 1, menunjukkan bahawa ia mungkin toksik kepada makroinvertebrata bentik.Dalam empat daripada lima wilayah yang dikaji (kecuali Midwest), terdapat hubungan yang signifikan antara SPEARpesticides dan ΣTUFipronil, dengan R2 terlaras antara 0.07 di sepanjang pantai California hingga 0.34 di tenggara (Rajah 5).
*Sebatian yang digunakan dalam eksperimen mesoskopik.†ΣTUFipronils, median jumlah unit toksin [kepekatan medan yang diperhatikan bagi empat sebatian fipronil/kepekatan bahaya setiap sebatian daripada persentil kelima spesies yang dijangkiti SSD (Rajah 4)] Untuk sampel mingguan fipronil, 4 terakhir minggu sampel racun perosak yang dikumpul di setiap tapak dikira.‡Bilangan lokasi di mana racun perosak diukur.§Persentil ke-90 adalah berdasarkan kepekatan maksimum yang diperhatikan di tapak selama 4 minggu terakhir pensampelan racun perosak.dengan peratusan sampel yang diuji.¶ Gunakan 95% CI bagi nilai HC5 (Rajah 4 dan Jadual S3, hanya meso) untuk mengira CI.Dechloroflupinib telah dianalisis di semua wilayah dan tidak pernah ditemui.ND, tidak dikesan.
Unit toksik Fipronil ialah kepekatan fipronil yang diukur dibahagikan dengan nilai HC5 khusus kompaun, yang ditentukan oleh SSD yang diperoleh daripada eksperimen media (lihat Rajah 4).Garis hitam, model tambahan am (GAM).Garis putus-putus merah mempunyai CI sebanyak 95% untuk GAM.ΣTUFipronils ditukar kepada log10 (ΣTUFipronils+1).
Kesan buruk fipronil pada spesies akuatik bukan sasaran telah didokumenkan dengan baik (15, 21, 24, 25, 32, 33), tetapi ini adalah kajian pertama di mana ia sensitif dalam persekitaran makmal terkawal.Komuniti taksa telah terdedah kepada sebatian fipronil, dan hasilnya diekstrapolasi pada skala kontinental.Keputusan eksperimen mesokosmik 30 hari boleh menghasilkan 15 kumpulan serangga akuatik diskret (Jadual S1) dengan kepekatan yang tidak dilaporkan dalam kesusasteraan, antaranya serangga akuatik dalam pangkalan data ketoksikan kurang diwakili (53, 54).Keluk tindak balas dos khusus cukai (seperti EC50) dicerminkan dalam perubahan peringkat komuniti (seperti kekayaan taksa dan mungkin kehilangan kelimpahan terbang) dan perubahan fungsi (seperti lata pemakanan dan perubahan dalam penampilan).Kesan alam semesta mesoskopik telah diekstrapolasi ke lapangan.Dalam empat daripada lima kawasan penyelidikan di Amerika Syarikat, kepekatan fipronil yang diukur di lapangan dikaitkan dengan kemerosotan ekosistem akuatik dalam air boleh alir.
Nilai HC5 bagi 95% spesies dalam eksperimen membran sederhana mempunyai kesan perlindungan, menunjukkan bahawa keseluruhan komuniti invertebrata akuatik lebih sensitif kepada sebatian fipronil daripada yang difahami sebelum ini.Nilai HC5 yang diperolehi (florfenib, 4.56 ng/liter; desulfoxirane, 3.55 ng/liter; sulfon, 2.86 ng/liter; sulfida, 3.52 ng/liter) adalah beberapa kali (florfenib) hingga tiga kali Lebih daripada susunan magnitud (desulfinyl ) di bawah penanda aras invertebrata kronik EPA semasa [fipronil, 11 ng/liter;desulfinyl, 10,310 ng/liter;sulfon, 37 ng/liter;dan sulfida, untuk 110 ng/liter (8)].Eksperimen mesoskopik mengenal pasti banyak kumpulan yang sensitif kepada fipronil dan bukannya yang ditunjukkan oleh penanda aras invertebrata kronik EPA (4 kumpulan yang lebih sensitif kepada fipronil, 13 pasang desulfinyl, 11 pasang sulfon dan 13 pasang) Kepekaan sulfida) (Rajah 4 dan jadual) S1).Ini menunjukkan bahawa penanda aras tidak dapat melindungi beberapa spesies yang juga diperhatikan di dunia pertengahan, yang juga meluas dalam ekosistem akuatik.Perbezaan antara keputusan kami dan penanda aras semasa adalah terutamanya disebabkan oleh kekurangan data ujian ketoksikan fipronil yang digunakan untuk pelbagai takson serangga akuatik, terutamanya apabila masa pendedahan melebihi 4 hari dan fipronil merosot.Semasa percubaan mesokosmik selama 30 hari, kebanyakan serangga dalam komuniti invertebrata lebih sensitif kepada fipronil berbanding organisma ujian biasa Aztec (krustasea), walaupun selepas membetulkan Aztec. EC50 of Teike menjadikannya sama selepas transformasi akut.(Biasanya 96 jam) kepada masa pendedahan kronik (Rajah S7).Konsensus yang lebih baik dicapai antara eksperimen membran sederhana dan kajian yang dilaporkan dalam ECOTOX menggunakan organisma ujian standard Chironomus dilutus (serangga).Tidak menghairankan bahawa serangga akuatik sangat sensitif terhadap racun perosak.Tanpa melaraskan masa pendedahan, eksperimen skala meso dan data komprehensif pangkalan data ECOTOX menunjukkan bahawa banyak taksa diperhatikan lebih sensitif kepada sebatian fipronil daripada Clostridium yang dicairkan (Rajah S6).Walau bagaimanapun, dengan melaraskan masa pendedahan, Clostridium Pencairan adalah organisma yang paling sensitif kepada fipronil (induk) dan sulfida, walaupun ia tidak sensitif kepada sulfon (Rajah S7).Keputusan ini menggambarkan kepentingan memasukkan pelbagai jenis organisma akuatik (termasuk berbilang serangga) untuk menghasilkan kepekatan racun perosak sebenar yang boleh melindungi organisma akuatik.
Kaedah SSD boleh melindungi taksa yang jarang atau tidak sensitif yang EC50nya tidak dapat ditentukan, seperti Cinygmula sp., Isoperla fulva dan Brachycentrus americanus.Nilai EC50 kelimpahan taksa dan kelimpahan mungkin terbang yang mencerminkan perubahan dalam komposisi komuniti adalah konsisten dengan nilai HC50 SSD fipronil, sulfon dan sulfida.Protokol menyokong idea berikut: Kaedah SSD yang digunakan untuk memperoleh ambang boleh melindungi seluruh komuniti, termasuk taksa yang jarang berlaku atau tidak sensitif dalam komuniti.Ambang organisma akuatik yang ditentukan daripada SSD berdasarkan hanya beberapa taksa atau taksa sensitif mungkin sangat tidak mencukupi dalam melindungi ekosistem akuatik.Ini adalah kes untuk desulfinyl (Rajah S6B).Disebabkan kekurangan data dalam pangkalan data ECOTOX, kepekatan garis dasar invertebrata kronik EPA ialah 10,310 ng/L, iaitu empat susunan magnitud lebih tinggi daripada 3.55 ng/L HC5.Keputusan set tindak balas takson berbeza yang dihasilkan dalam eksperimen mesoskopik.Kekurangan data ketoksikan amat bermasalah untuk sebatian terurai (Rajah S6), yang mungkin menjelaskan mengapa penanda aras biologi akuatik sedia ada untuk sulfon dan sulfida adalah kira-kira 15 hingga 30 kali kurang sensitif daripada nilai SSD HC5 berdasarkan China Universe.Kelebihan kaedah membran sederhana ialah berbilang nilai EC50 boleh ditentukan dalam satu eksperimen, yang mencukupi untuk membentuk SSD lengkap (contohnya, desulfinyl; Rajah 4B dan Rajah S6B dan S7B), dan mempunyai kesan yang ketara. pada taksa semula jadi ekosistem yang dilindungi Banyak tindak balas.
Eksperimen mesoskopik menunjukkan bahawa fipronil dan produk degradasinya mungkin mempunyai kesan buruk sublethal dan tidak langsung yang jelas terhadap fungsi komuniti.Dalam eksperimen mesoskopik, kesemua lima sebatian fipronil kelihatan menjejaskan kemunculan serangga.Keputusan perbandingan antara kepekatan tertinggi dan terendah (perencatan dan rangsangan kemunculan individu atau perubahan dalam masa kemunculan) adalah konsisten dengan keputusan eksperimen meso yang dilaporkan sebelum ini menggunakan bifenthrin insektisida (29).Kemunculan orang dewasa menyediakan fungsi ekologi yang penting dan boleh diubah oleh bahan pencemar seperti fipronil (55, 56).Kemunculan serentak bukan sahaja kritikal untuk pembiakan serangga dan kegigihan populasi, tetapi juga untuk bekalan serangga matang, yang boleh digunakan sebagai makanan untuk haiwan akuatik dan darat (56).Menghalang kemunculan anak benih boleh menjejaskan pertukaran makanan antara ekosistem akuatik dan ekosistem riparian, dan menyebarkan kesan pencemar akuatik ke dalam ekosistem daratan (55, 56).Pengurangan dalam banyak pengikis (serangga pemakan alga) yang diperhatikan dalam eksperimen skala meso mengakibatkan pengurangan penggunaan alga, yang mengakibatkan peningkatan klorofil a (Rajah 3).Lata trofik ini mengubah fluks karbon dan nitrogen dalam siratan makanan cecair, serupa dengan kajian yang menilai kesan bifentrin piretroid pada komuniti bentik (29).Oleh itu, phenylpyrazoles, seperti fipronil dan produk degradasinya, piretroid, dan mungkin jenis racun serangga lain, secara tidak langsung boleh menggalakkan peningkatan biojisim alga dan gangguan karbon dan nitrogen dalam aliran kecil.Kesan lain mungkin berlanjutan kepada kemusnahan kitaran karbon dan nitrogen antara ekosistem akuatik dan daratan.
Maklumat yang diperoleh daripada ujian membran sederhana membolehkan kami menilai perkaitan ekologi kepekatan kompaun fipronil yang diukur dalam kajian lapangan berskala besar yang dijalankan di lima wilayah di Amerika Syarikat.Dalam 444 aliran kecil, 17% daripada kepekatan purata satu atau lebih sebatian fipronil (purata lebih 4 minggu) melebihi nilai HC5 yang diperoleh daripada ujian media.Gunakan SSD daripada eksperimen skala meso untuk menukar kepekatan kompaun fipronil yang diukur kepada indeks berkaitan ketoksikan, iaitu jumlah unit ketoksikan (ΣTUFipronils).Nilai 1 menunjukkan ketoksikan atau pendedahan kumulatif sebatian fipronil melebihi perlindungan yang diketahui Spesies bernilai 95%.Hubungan ketara antara ΣTUFipronil di empat daripada lima wilayah dan penunjuk SPEARpesticides kesihatan komuniti invertebrata menunjukkan bahawa fipronil boleh memberi kesan buruk kepada komuniti invertebrata bentik di sungai di beberapa kawasan di Amerika Syarikat.Keputusan ini menyokong hipotesis Wolfram et al.(3) Risiko racun serangga phenpyrazole ke permukaan air di Amerika Syarikat tidak difahami sepenuhnya kerana kesan ke atas serangga akuatik berlaku di bawah ambang kawal selia semasa.
Kebanyakan aliran dengan kandungan fipronil melebihi paras toksik terletak di wilayah tenggara yang agak bandar (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Penilaian kawasan sebelum ini bukan sahaja menyimpulkan bahawa fipronil adalah tekanan utama yang mempengaruhi struktur komuniti invertebrata di anak sungai, tetapi juga oksigen terlarut yang rendah, peningkatan nutrien, perubahan aliran, degradasi habitat, dan racun perosak lain dan Kategori pencemar adalah penting. punca tekanan (57).Campuran tekanan ini konsisten dengan "sindrom sungai bandar", yang merupakan kemerosotan ekosistem sungai yang biasa diperhatikan berhubung dengan penggunaan tanah bandar (58, 59).Tanda-tanda guna tanah bandar di wilayah Tenggara semakin berkembang dan dijangka meningkat apabila populasi wilayah itu semakin bertambah.Kesan pembangunan bandar dan racun perosak pada masa hadapan terhadap air larian bandar dijangka meningkat (4).Sekiranya pembandaran dan penggunaan fipronil terus berkembang, penggunaan racun perosak ini di bandar mungkin akan semakin menjejaskan komuniti sungai.Walaupun meta-analisis menyimpulkan bahawa penggunaan racun perosak pertanian mengancam ekosistem aliran global (2, 60), kami menganggap bahawa penilaian ini memandang rendah kesan global keseluruhan racun perosak dengan mengecualikan penggunaan bandar.
Pelbagai tekanan, termasuk racun perosak, boleh menjejaskan komuniti makroinvertebrata di kawasan tadahan air maju (bandar, pertanian dan penggunaan tanah bercampur) dan mungkin berkaitan dengan penggunaan tanah (58, 59, 61).Walaupun kajian ini menggunakan penunjuk SPEARpesticides dan ciri ketoksikan fipronil khusus organisma akuatik untuk meminimumkan kesan faktor yang mengelirukan, prestasi penunjuk SPEARpesticides mungkin terjejas oleh kemerosotan habitat, dan fipronil boleh dibandingkan dengan Racun Perosak lain yang berkaitan (4, 17, 51, 57).Walau bagaimanapun, model pelbagai tekanan yang dibangunkan menggunakan pengukuran lapangan daripada dua kajian serantau pertama (Barat Tengah dan Tenggara) menunjukkan bahawa racun perosak adalah penekan huluan yang penting untuk keadaan komuniti makroinvertebrata di sungai yang mengharungi.Dalam model ini, pembolehubah penjelasan penting termasuk racun perosak (terutamanya bifenthrin), nutrien dan ciri habitat dalam kebanyakan aliran pertanian di Midwest, dan racun perosak (terutamanya fipronil) di kebanyakan bandar di tenggara.Perubahan dalam oksigen, nutrien dan aliran (61, 62).Oleh itu, walaupun kajian serantau cuba menangani kesan tekanan bukan racun perosak ke atas penunjuk tindak balas dan melaraskan penunjuk ramalan untuk menerangkan kesan fipronil, hasil lapangan tinjauan ini menyokong pandangan fipronil.) Harus dianggap sebagai salah satu sumber tekanan yang paling berpengaruh di sungai-sungai Amerika, terutamanya di tenggara Amerika Syarikat.
Kejadian degradasi racun perosak dalam alam sekitar jarang didokumenkan, tetapi ancaman kepada organisma akuatik mungkin lebih berbahaya daripada badan induk.Dalam kes fipronil, kajian lapangan dan eksperimen skala meso telah menunjukkan bahawa produk degradasi adalah sama seperti badan induk dalam aliran sampel dan mempunyai ketoksikan yang sama atau lebih tinggi (Jadual 1).Dalam eksperimen membran sederhana, fluorobenzonitril sulfon adalah yang paling toksik bagi produk degradasi racun perosak yang dikaji, dan ia lebih toksik daripada sebatian induk, dan juga dikesan pada frekuensi yang serupa dengan sebatian induk.Jika hanya racun perosak induk yang diukur, kejadian ketoksikan yang berpotensi mungkin tidak dapat disedari, dan kekurangan relatif maklumat ketoksikan semasa degradasi racun perosak bermakna kejadian dan akibatnya mungkin diabaikan.Sebagai contoh, disebabkan kekurangan maklumat tentang ketoksikan produk degradasi, penilaian komprehensif racun perosak dalam aliran Switzerland telah dijalankan, termasuk 134 produk degradasi racun perosak, dan hanya kompaun induk dianggap sebagai kompaun induk dalam penilaian risiko ekotoksikologinya.
Keputusan penilaian risiko ekologi ini menunjukkan bahawa sebatian fipronil mempunyai kesan buruk ke atas kesihatan sungai, jadi boleh disimpulkan secara munasabah bahawa kesan buruk boleh diperhatikan di mana-mana tempat di mana sebatian fipronil melebihi paras HC5.Keputusan eksperimen mesoskopik adalah bebas daripada lokasi, menunjukkan bahawa kepekatan fipronil dan produk degradasinya dalam banyak taksa aliran adalah jauh lebih rendah daripada yang direkodkan sebelum ini.Kami percaya bahawa penemuan ini mungkin akan diperluaskan kepada protobiota dalam aliran murni di mana-mana sahaja.Keputusan eksperimen skala meso telah digunakan untuk kajian lapangan berskala besar (444 aliran kecil yang terdiri daripada kegunaan bercampur bandar, pertanian dan tanah merentasi lima wilayah utama di Amerika Syarikat), dan didapati bahawa kepekatan banyak aliran di mana fipronil dikesan dijangka Ketoksikan yang terhasil menunjukkan bahawa keputusan ini mungkin meluas ke negara lain di mana fipronil digunakan.Menurut laporan, bilangan orang yang menggunakan Fipronil semakin meningkat di Jepun, UK dan AS (7).Fipronil terdapat di hampir setiap benua, termasuk Australia, Amerika Selatan dan Afrika (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Keputusan kajian meso-to-field yang dibentangkan di sini menunjukkan bahawa penggunaan fipronil mungkin mempunyai kepentingan ekologi pada skala global.
Untuk bahan tambahan untuk artikel ini, sila lihat http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Ini ialah artikel akses terbuka yang diedarkan di bawah syarat Lesen Atribusi-Bukan Komersial Creative Commons, yang membenarkan penggunaan, pengedaran dan pembiakan dalam mana-mana medium, selagi penggunaan akhir bukan untuk keuntungan komersial dan premisnya adalah bahawa kerja asal betul.Rujukan.
Nota: Kami hanya meminta anda memberikan alamat e-mel anda supaya orang yang anda cadangkan ke halaman itu tahu bahawa anda mahu mereka melihat e-mel itu dan ia bukan spam.Kami tidak akan menangkap sebarang alamat e-mel.
Soalan ini digunakan untuk menguji sama ada anda seorang pelawat dan menghalang penyerahan spam automatik.
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
Kajian telah menunjukkan bahawa racun perosak biasa yang kerap dikesan dalam aliran Amerika adalah lebih toksik daripada yang difikirkan sebelum ini.
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
Kajian telah menunjukkan bahawa racun perosak biasa yang kerap dikesan dalam aliran Amerika adalah lebih toksik daripada yang difikirkan sebelum ini.
©2021 American Association for the Advancement of Science.hak cipta terpelihara.AAAS ialah rakan kongsi HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef dan COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.