Ang mga pestisidyo sa mga sapa ay lalong nagiging isang pandaigdigang alalahanin, ngunit may kaunting impormasyon sa ligtas na konsentrasyon ng mga aquatic ecosystem.Sa isang 30-araw na mesocosmic na eksperimento, ang mga katutubong benthic aquatic invertebrates ay nalantad sa karaniwang insecticide fipronil at apat na uri ng mga degradation na produkto.Ang fipronil compound ay nagdulot ng mga pagbabago sa paglitaw at trophic cascade.Ang epektibong konsentrasyon (EC50) kung saan ang fipronil at ang sulfide, sulfone at desulfinyl degradation na mga produkto nito ay nagdudulot ng 50% na tugon ay nabuo.Ang taxane ay hindi sensitibo sa fipronil.Ang hazard concentration ng 5% ng mga apektadong species mula sa 15 mesocosmic EC50 values ​​​​ay ginagamit upang i-convert ang compound concentration ng fipronil sa field sample sa kabuuan ng mga nakakalason na unit (∑TUFipronils).Sa 16% ng mga stream na nakuha mula sa limang pag-aaral sa rehiyon, ang average na ∑TUFipronil ay lumampas sa 1 (nagpapahiwatig ng toxicity).Ang mga invertebrate indicator ng mga species na nasa panganib ay negatibong nauugnay sa TUTUipronil sa apat sa limang lugar ng sampling.Ang pagtatasa ng panganib sa ekolohiya na ito ay nagpapakita na ang mababang konsentrasyon ng mga fipronil compound ay magbabawas sa mga komunidad ng stream sa maraming bahagi ng United States.
Bagama't ang produksyon ng mga sintetikong kemikal ay tumaas nang husto sa nakalipas na mga dekada, ang epekto ng mga kemikal na ito sa hindi target na ecosystem ay hindi pa lubos na nauunawaan (1).Sa ibabaw ng tubig kung saan nawala ang 90% ng pandaigdigang lupang sakahan, walang data sa mga pestisidyong pang-agrikultura, ngunit kung mayroong data, ang oras para sa mga pestisidyo na lumampas sa mga limitasyon ng regulasyon ay kalahati (2).Nalaman ng isang meta-analysis ng mga pang-agrikulturang pestisidyo sa ibabaw ng tubig sa United States na sa 70% ng mga lokasyon ng sampling, hindi bababa sa isang pestisidyo ang lumampas sa limitasyon ng regulasyon (3).Gayunpaman, ang mga meta-analysis na ito (2, 3) ay nakatuon lamang sa tubig sa ibabaw na apektado ng paggamit ng lupang pang-agrikultura, at isang buod ng mga discrete na pag-aaral.Ang mga pestisidyo, lalo na ang mga pamatay-insekto, ay umiiral din sa mataas na konsentrasyon sa drainage ng urban landscape (4).Ito ay bihirang magsagawa ng komprehensibong pagtatasa ng mga pestisidyo sa ibabaw ng tubig na ibinubuhos mula sa agrikultura at urban landscape;samakatuwid, hindi alam kung ang mga pestisidyo ay nagdudulot ng malaking banta sa mga mapagkukunan ng tubig sa ibabaw at sa kanilang ekolohikal na integridad.
Ang Benzopyrazoles at neonicotinoids ay umabot sa isang-katlo ng pandaigdigang merkado ng pestisidyo noong 2010 (5).Sa ibabaw ng tubig sa Estados Unidos, ang fipronil at ang mga produktong degradasyon nito (phenylpyrazoles) ay ang pinakakaraniwang mga compound ng pestisidyo, at ang mga konsentrasyon ng mga ito ay karaniwang lumalampas sa mga pamantayan sa tubig (6-8).Bagama't ang mga neonicotinoid ay nakakaakit ng pansin dahil sa mga epekto nito sa mga bubuyog at mga ibon at ang kanilang pagkalat (9), ang fipronil ay mas nakakalason sa mga isda at mga ibon (10), habang ang ibang mga compound ng phenylpyrazoles Class ay may mga epektong herbicidal (5).Ang Fipronil ay isang sistematikong pamatay-insekto na ginagamit upang makontrol ang mga peste sa mga kapaligiran sa lunsod at agrikultura.Mula nang pumasok ang fipronil sa pandaigdigang merkado noong 1993, ang paggamit ng fipronil sa United States, Japan at United Kingdom ay tumaas nang malaki (5).Sa Estados Unidos, ang fipronil ay ginagamit upang kontrolin ang mga langgam at anay, at ginagamit sa mga pananim kabilang ang mais (kabilang ang paggamot ng binhi), patatas at mga taniman (11, 12).Ang pang-agrikultura na paggamit ng fipronil sa Estados Unidos ay sumikat noong 2002 (13).Bagama't walang magagamit na data ng pambansang paggamit sa lunsod, ang paggamit sa lungsod sa California ay sumikat noong 2006 at 2015 (https://calpip.cdpr.ca) .gov/main .cfm, na-access noong Disyembre 2, 2019).Bagama't ang matataas na konsentrasyon ng fipronil (6.41μg/L) ay matatagpuan sa mga batis sa ilang mga lugar na pang-agrikultura na may mataas na rate ng aplikasyon (14), kumpara sa mga batis ng agrikultura, ang mga batis sa lunsod sa Estados Unidos sa pangkalahatan ay may mas maraming detection at mas mataas na Mataas na konsentrasyon, positibo para sa Ang paglitaw ng mga bagyo ay nauugnay sa pagsubok (6, 7, 14-17).
Ang Fipronil ay pumapasok sa aquatic ecosystem ng runoff o mga leaches mula sa lupa patungo sa stream (7, 14, 18).Ang Fipronil ay may mababang pagkasumpungin (ang pare-pareho ng batas ni Henry na 2.31×10-4 Pa m3 mol-1), mababa hanggang katamtaman ang solubility ng tubig (3.78 mg/l sa 20°C), at katamtamang hydrophobicity (ang log Kow ay 3.9 hanggang 4.1)), ang ang kadaliang kumilos sa lupa ay napakaliit (ang log Koc ay 2.6 hanggang 3.1) (12, 19), at nagpapakita ito ng mababang-hanggang katamtamang pagtitiyaga sa kapaligiran (20).Ang Finazepril ay pinababa sa pamamagitan ng photolysis, oxidation, pH-dependent hydrolysis at reduction, na bumubuo ng apat na pangunahing produkto ng degradation: dessulfoxyphenapril (ni sulfoxide), phenaprenip sulfone (sulfone), Filofenamide (amide) at filofenib sulfide (sulfide).Ang mga produktong degradasyon ng fipronil ay may posibilidad na maging mas matatag at matibay kaysa sa parent compound (21, 22).
Ang toxicity ng fipronil at ang pagkasira nito sa hindi target na species (tulad ng aquatic invertebrates) ay mahusay na naidokumento (14, 15).Ang fipronil ay isang neurotoxic compound na nakakasagabal sa chloride ion passage sa pamamagitan ng chloride channel na kinokontrol ng gamma-aminobutyric acid sa mga insekto, na nagreresulta sa sapat na konsentrasyon upang magdulot ng labis na kaguluhan at kamatayan (20).Ang Fipronil ay piling nakakalason, kaya ito ay may mas malaking receptor binding affinity para sa mga insekto kaysa sa mga mammal (23).Iba ang aktibidad ng insecticidal ng mga produktong nakakasira ng fipronil.Ang toxicity ng sulfone at sulfide sa freshwater invertebrates ay katulad o mas mataas kaysa sa parent compound.Ang desulfinyl ay may katamtamang toxicity ngunit hindi gaanong nakakalason kaysa sa parent compound.Medyo hindi nakakalason (23, 24).Ang pagkamaramdamin ng aquatic invertebrates sa fipronil at fipronil degradation ay lubhang nag-iiba sa loob at sa pagitan ng taxa (15), at sa ilang mga kaso ay lumampas pa sa isang order ng magnitude (25).Sa wakas, may katibayan na ang phenylpyrazoles ay mas nakakalason sa ecosystem kaysa sa naunang naisip (3).
Maaaring maliitin ng mga aquatic biological benchmarks batay sa laboratory toxicity testing ang panganib ng mga populasyon sa field (26-28).Ang mga pamantayan sa tubig ay karaniwang itinatag sa pamamagitan ng pagsubok sa toxicity ng laboratoryo ng mga single-species gamit ang isa o ilang aquatic invertebrate species (halimbawa, Diptera: Chironomidae: Chironomus at Crustacea: Daphnia magna at Hyalella azteca).Ang mga pansubok na organismo na ito ay karaniwang mas madaling linangin kaysa sa iba pang benthic macroinvertebrates (halimbawa, phe genus::), at sa ilang mga kaso ay hindi gaanong sensitibo sa mga pollutant.Halimbawa, ang D. Magna ay hindi gaanong sensitibo sa maraming mga metal kaysa sa ilang mga insekto, habang ang A. zteca ay hindi gaanong sensitibo sa pyrethroid insecticide bifenthrin kaysa sa pagiging sensitibo nito sa mga bulate (29, 30).Ang isa pang limitasyon ng mga kasalukuyang benchmark ay ang mga endpoint na ginamit sa mga kalkulasyon.Ang mga talamak na benchmark ay batay sa dami ng namamatay (o naayos para sa mga crustacean), habang ang mga talamak na benchmark ay karaniwang batay sa mga sublethal na endpoint (gaya ng paglaki at pagpaparami) (kung mayroon man).Gayunpaman, mayroong malawakang sublethal effect, tulad ng paglago, paglitaw, pagkalumpo, at pagkaantala sa pag-unlad, na maaaring makaapekto sa tagumpay ng taxa at dinamika ng komunidad.Bilang resulta, kahit na ang benchmark ay nagbibigay ng background para sa biological na kahalagahan ng epekto, ang ekolohikal na kaugnayan bilang isang threshold para sa toxicity ay hindi sigurado.
Upang mas maunawaan ang mga epekto ng fipronil compound sa benthic aquatic ecosystem (invertebrates at algae), ang mga natural na benthic na komunidad ay dinala sa laboratoryo at nalantad sa mga gradient ng konsentrasyon sa panahon ng 30-araw na daloy ng Fipronil o isa sa apat na eksperimento sa pagkasira ng fipronil.Ang layunin ng pananaliksik ay upang makabuo ng 50% na konsentrasyon ng epekto na partikular sa species (halaga ng EC50) para sa bawat tambalang fipronil na kumakatawan sa isang malawak na taxa ng isang komunidad ng ilog, at upang matukoy ang epekto ng mga pollutant sa istruktura at paggana ng komunidad [ibig sabihin, konsentrasyon ng panganib] 5 % Ng mga apektadong species (HC5) at hindi direktang epekto gaya ng binagong paglitaw at trophic dynamics].Pagkatapos, ang threshold (compound-specific HC5 value) na nakuha mula sa mesoscopic experiment ay inilapat sa field na kinolekta ng United States Geological Survey (USGS) mula sa limang rehiyon ng United States (Northeast, Southeast, Midwest, Northwest Pacific, at Central California Coastal Zone) Data) bilang bahagi ng pagtatasa ng kalidad ng stream ng rehiyon ng USGS (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/).Sa pagkakaalam natin, ito ang unang pagtatasa ng panganib sa ekolohiya.Komprehensibong sinisiyasat nito ang mga epekto ng fipronil compound sa mga benthic na organismo sa isang kontroladong meso-environment, at pagkatapos ay inilalapat ang mga resultang ito sa continental-scale field assessments.
Ang 30-araw na mesocosmic na eksperimento ay isinagawa sa USGS Aquatic Laboratory (AXL) sa Fort Collins, Colorado, USA mula Oktubre 18 hanggang Nobyembre 17, 2017, para sa 1 araw ng domestication at 30 araw ng eksperimento.Ang pamamaraan ay naunang inilarawan (29, 31) at detalyado sa pandagdag na materyal.Ang setting ng meso space ay naglalaman ng 36 circulating flow sa apat na aktibong daloy (circulating water tank).Ang bawat buhay na stream ay nilagyan ng isang cooler upang panatilihin ang temperatura ng tubig at iluminado sa isang 16:8 light-dark cycle.Ang daloy ng meso-level ay hindi kinakalawang na asero, na angkop para sa hydrophobicity ng fipronil (log Kow = 4.0) at angkop para sa mga organikong panlinis na solvent (Figure S1).Ang tubig na ginamit para sa meso-scale na eksperimento ay nakolekta mula sa Cache La Poudre River (upstream na pinagmumulan kabilang ang Rocky Mountain National Park, National Forest at Continental Divide) at inimbak sa apat na polyethylene storage tank ng AXL.Ang mga nakaraang pagtatasa ng sediment at mga sample ng tubig na nakolekta mula sa site ay walang nakitang anumang pestisidyo (29).
Ang meso-scale na disenyo ng eksperimento ay binubuo ng 30 processing stream at 6 control stream.Ang stream ng paggamot ay tumatanggap ng ginagamot na tubig, na ang bawat isa ay naglalaman ng hindi na-replicated na mga pare-parehong konsentrasyon ng fipronil compound: fipronil (fipronil (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-3), amide (Sigma-Aldrich, CAS 205650-69-7), desulfurization group [US Environmental Protection Agency (EPA) Pesticide Library, CAS 205650-65-3], sulfone (Sigma-Aldrich, CAS 120068-37-2) at sulfide (Sigma-Aldrich, CAS 120067-83-6 lahat ng kadalisayan ≥ 97.8% Ayon sa nai-publish na mga halaga ng tugon (7, 15, 16, 18, 21, 23, 25, 32, 33 sa pamamagitan ng pagtunaw ng fipronil compound sa methanol ( Thermo Fisher Scientific, American Chemical Society na antas ng sertipikasyon), at dilute). na may deionized na tubig sa kinakailangang dami upang maghanda ng concentrated stock solution Dahil iba ang dami ng methanol sa isang dosis, kinakailangang magdagdag ng methanol sa lahat ng mga stream ng paggamot kung kinakailangan, upang matiyak ang parehong konsentrasyon ng methanol (. 0.05 ml/L) sa mga sapa.
Sa ika-8 araw, ika-16 na araw at ika-26 na araw, ang temperatura, pH value, electrical conductivity at ang pagkasira ng fipronil at fipronil ay sinusukat sa flow membrane.Upang masubaybayan ang pagkasira ng parent compound fipronil sa panahon ng media test, ginamit ang fipronil (mga magulang) upang gamutin ang fluid intestinal mucosa para sa isa pang tatlong araw [mga araw 5, 12 at 21 (n = 6)] para sa temperatura, pH, Conductivity, fipronil at fipronil degradation sampling.Ang mga sample ng pagsusuri ng pestisidyo ay nakolekta sa pamamagitan ng pagsala ng 10 ml ng dumadaloy na tubig sa isang 20 ml na amber glass vial sa pamamagitan ng Whatman 0.7-μm GF/F syringe filter na nilagyan ng malaking diameter na karayom.Ang mga sample ay agad na nagyelo at ipinadala sa USGS National Water Quality Laboratory (NWQL) sa Lakewood, Colorado, USA para sa pagsusuri.Gamit ang isang pinahusay na paraan ng naunang nai-publish na pamamaraan, ang Fipronil at 4 na degradation na mga produkto sa mga sample ng tubig ay natukoy sa pamamagitan ng direct aqueous injection (DAI) liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS / MS; Agilent 6495).Ang antas ng pagtuklas ng instrumento (IDL) ay tinatantya na pinakamababang pamantayan sa pagkakalibrate na nakakatugon sa pamantayan ng pagkakakilanlan ng husay;ang IDL ng fipronil ay 0.005 μg/L, at ang IDL ng iba pang apat na fipronil ay 0.001 μg/L.Ang pandagdag na materyal ay nagbibigay ng kumpletong paglalarawan ng mga paraan na ginamit upang sukatin ang mga compound ng fipronil, kabilang ang kontrol sa kalidad at mga pamamaraan ng pagtiyak (halimbawa, pagbawi ng sample, mga spike, inspeksyon ng ikatlong partido, at mga blangko).
Sa pagtatapos ng 30-araw na eksperimento sa Mesocosmic, ang enumeration at pagkakakilanlan ng mga adult at larval invertebrates ay nakumpleto (ang pangunahing endpoint ng koleksyon ng data).Ang mga umuusbong na matatanda ay kinokolekta mula sa net araw-araw at nagyelo sa isang malinis na 15 ml Falcon centrifuge tube.Sa pagtatapos ng eksperimento (ika-30 araw), ang mga nilalaman ng lamad sa bawat stream ay kinuskos upang alisin ang anumang mga invertebrate, at sinala (250 μm) at inimbak sa 80% na ethanol.Nakumpleto na ng Timberline Aquatics (Fort Collins, CO) ang taxonomic identification ng larvae at adult invertebrates hanggang sa pinakamababang antas ng taxonomic na posible, kadalasang species.Sa mga araw na 9, 19 at 29, ang chlorophyll a ay sinusukat sa triplicate sa mesoscopic membrane ng bawat stream.Ang lahat ng kemikal at biyolohikal na data bilang bahagi ng mesoscopic na eksperimento ay ibinibigay sa kasamang paglabas ng data (35).
Ang mga ekolohikal na survey ay isinagawa sa maliliit (wading) na batis sa limang pangunahing lugar ng Estados Unidos, at ang mga pestisidyo ay sinusubaybayan noong nakaraang panahon ng index.Sa madaling salita, batay sa paggamit ng lupang pang-agrikultura at lunsod (36-40), 77 hanggang 100 lokasyon ang napili sa bawat rehiyon (444 na lokasyon sa kabuuan).Sa panahon ng tagsibol at tag-araw ng isang taon (2013-2017), ang mga sample ng tubig ay kinokolekta isang beses sa isang linggo sa bawat rehiyon sa loob ng 4 hanggang 12 na linggo.Ang tiyak na oras ay depende sa rehiyon at intensity ng pag-unlad.Gayunpaman, ang 11 istasyon sa hilagang-silangan na rehiyon ay halos nasa watershed.Walang pag-unlad, maliban sa isang sample lamang ang nakolekta.Dahil ang mga panahon ng pagsubaybay para sa mga pestisidyo sa mga rehiyonal na pag-aaral ay iba, para sa paghahambing, tanging ang huling apat na sample na nakolekta sa bawat site ang isinasaalang-alang dito.Ipinapalagay na ang isang sample na nakolekta sa hindi pa nabuong Northeast site (n = 11) ay maaaring kumatawan sa 4 na linggong sampling period.Ang pamamaraang ito ay humahantong sa parehong bilang ng mga obserbasyon sa mga pestisidyo (maliban sa 11 mga lokasyon sa Northeast) at sa parehong tagal ng pagmamasid;pinaniniwalaan na sapat na ang 4 na linggo para sa pangmatagalang pagkakalantad sa biota, ngunit sapat na maikli para hindi gumaling ang ekolohikal na komunidad mula sa mga kontak na ito.
Sa kaso ng sapat na daloy, ang sample ng tubig ay kinokolekta sa pamamagitan ng pare-pareho ang bilis at pare-pareho ang mga pagtaas ng lapad (41).Kapag ang daloy ay hindi sapat upang gamitin ang pamamaraang ito, maaari kang mangolekta ng mga sample sa pamamagitan ng malalim na pagsasama ng mga sample o pagkuha mula sa sentro ng grabidad ng daloy.Gumamit ng large-bore syringe at disc filter (0.7μm) para mangolekta ng 10 ml ng na-filter na sample (42).Sa pamamagitan ng DAI LC-MS/MS/MS/MS, sinuri ang mga sample ng tubig sa NWQL para sa 225 pestisidyo at produktong nakakasira ng pestisidyo, kabilang ang fipronil at 7 degradation na produkto (dessulfinyl fipronil, fipronil) Sulfides, fipronil sulfone, deschlorofipronil, desthiol fipronil, amide fipronil at fipronil).).Ang karaniwang pinakamababang antas ng pag-uulat para sa mga field study ay: fipronil, desmethylthio fluorobenzonitrile, fipronil sulfide, fipronil sulfone, at deschlorofipronil 0.004 μg/L;dessulfinyl fluorfenamide at Ang konsentrasyon ng fipronil amide ay 0.009 μg/liter;ang konsentrasyon ng fipronil sulfonate ay 0.096 μg/liter.
Ang mga invertebrate na komunidad ay sinasampol sa dulo ng bawat pag-aaral sa lugar (tagsibol/tag-araw), kadalasang kasabay ng huling kaganapan sa pag-sample ng pestisidyo.Pagkatapos ng panahon ng paglaki at ang mabigat na paggamit ng mga pestisidyo, ang oras ng sampling ay dapat na pare-pareho sa mababang kondisyon ng daloy, at dapat na tumutugma sa oras kung kailan ang komunidad ng invertebrate na ilog ay tumatanda at higit sa lahat ay nasa yugto ng buhay ng larva.Gamit ang Surber sampler na may 500μm mesh o D-frame net, ang invertebrate community sampling ay nakumpleto sa 437 sa 444 na site.Ang paraan ng sampling ay inilarawan nang detalyado sa pandagdag na materyal.Sa NWQL, ang lahat ng invertebrates ay karaniwang nakikilala at nakalista sa antas ng genus o species.Ang lahat ng kemikal at biyolohikal na data na nakolekta sa larangang ito at ginamit sa manuskrito na ito ay matatagpuan sa kasamang paglabas ng data (35).
Para sa limang fipronil compound na ginamit sa mesoscopic experiment, ang konsentrasyon ng larval invertebrates na nabawasan ng 20% ​​o 50% ay kinakalkula kaugnay ng control (ie EC20 at EC50).Ang data [x = time-weighted fipronil concentration (tingnan ang karagdagang materyal para sa mga detalye), y = larval abundance o iba pang sukatan] ay inilagay sa R(43) extended package gamit ang three-parameter logarithmic regression method” drc”.Ang curve ay umaangkop sa lahat ng species (larvae) na may sapat na kasaganaan at nakakatugon sa iba pang sukatan ng interes (halimbawa, taxa richness, kabuuang mayfly abundance, at kabuuang abundance) upang higit na maunawaan ang epekto ng komunidad.Ang Nash-Sutcliff coefficient (45) ay ginagamit upang suriin ang modelong akma, kung saan ang isang mahinang modelo ay maaaring makatanggap ng walang katapusang negatibong mga halaga, at ang halaga ng isang perpektong akma ay 1.
Upang galugarin ang mga epekto ng fipronil compound sa paglitaw ng mga insekto sa eksperimento, ang data ay nasuri sa dalawang paraan.Una, sa pamamagitan ng pagbabawas ng average na hitsura ng control flow meso mula sa hitsura ng bawat treatment flow meso, ang pinagsama-samang pang-araw-araw na paglitaw ng mga insekto mula sa bawat flow meso (ang kabuuang bilang ng lahat ng indibidwal) ay na-normalize sa control.I-plot ang mga value na ito laban sa oras upang maunawaan ang paglihis ng treatment fluid mediator mula sa control fluid mediator sa 30-araw na eksperimento.Pangalawa, kalkulahin ang kabuuang porsyento ng paglitaw ng bawat daloy ng mesophyll, na tinukoy bilang ratio ng kabuuang bilang ng mga mesophyll sa isang naibigay na daloy sa average na bilang ng mga larvae at matatanda sa control group, at angkop para sa tatlong-parameter na logarithmic regression .Ang lahat ng mga germination insect na nakolekta ay mula sa dalawang subfamilies ng Chironomidae family, kaya isang pinagsamang pagsusuri ang isinagawa.
Ang mga pagbabago sa istruktura ng komunidad, tulad ng pagkawala ng taxa, ay maaaring sa huli ay depende sa direkta at hindi direktang epekto ng mga nakakalason na sangkap, at maaaring humantong sa mga pagbabago sa function ng komunidad (halimbawa, trophic cascade).Upang subukan ang trophic cascade, ang isang simpleng causal network ay nasuri gamit ang path analysis method (R package "piecewiseSEM") (46).Para sa mesoscopic na mga eksperimento, ipinapalagay na ang fipronil, desulfinyl, sulfide at sulfone (hindi nasubok na amide) sa tubig upang mabawasan ang biomass ng scraper, ay hindi direktang humantong sa pagtaas ng biomass ng chlorophyll a (47).Ang compound concentration ay ang predictor variable, at ang scraper at chlorophyll a biomass ay ang response variables.Ginagamit ang istatistika ng Fisher's C upang suriin ang pagkakaakma ng modelo, upang ang halaga ng P <0.05 ay nagpapahiwatig ng magandang pagkakaakma ng modelo (46).
Upang makabuo ng isang eco-community threshold protection agent na nakabatay sa panganib, ang bawat compound ay nakakuha ng 95% ng mga apektadong species (HC5) chronic species sensitivity distribution (SSD) at proteksyon sa konsentrasyon ng panganib.Tatlong SSD data set ang nabuo: (i) meso data set lang, (ii) data set na naglalaman ng lahat ng meso data at data na nakolekta mula sa EPA ECOTOX database query (https://cfpub.epa.gov/ecotox) /, na-access sa Marso 14, 2019), ang tagal ng pag-aaral ay 4 na araw o mas matagal pa, at (iii) isang set ng data na naglalaman ng lahat ng mesoscopic data at ECOTOX data, kung saan ang ECOTOX data (acute exposure) ay hinati sa acute sa Ang ratio ng talamak na D. magna ( 19.39) upang ipaliwanag ang pagkakaiba sa tagal ng pagkakalantad at tantiyahin ang talamak na halaga ng EC50 (12).Ang aming layunin ng pagbuo ng maraming modelo ng SSD ay (i) bumuo ng mga halaga ng HC5 para sa paghahambing sa data ng field (para lamang sa mga SSD para sa media), at (ii) masuri na ang data ng media ay mas malawak na tinatanggap kaysa sa mga ahensya ng regulasyon para sa pagsasama sa aquaculture. katatagan ng mga benchmark ng buhay at karaniwang setting ng mga mapagkukunan ng data, at samakatuwid ang pagiging praktikal ng paggamit ng mesoscopic na pag-aaral para sa proseso ng pagsasaayos.
Ang SSD ay binuo para sa bawat set ng data gamit ang R package na "ssdtools" (48).Gamitin ang bootstrap (n = 10,000) para tantyahin ang average ng HC5 at confidence interval (CI) mula sa SSD.Apatnapu't siyam na mga tugon sa taxa (lahat ng taxa na natukoy bilang genus o species) na binuo sa pamamagitan ng pananaliksik na ito ay pinagsama sa 32 mga tugon ng taxa na pinagsama-sama mula sa anim na nai-publish na pag-aaral sa database ng ECOTOX, para sa kabuuang 81 na tugon ng Taxon ay maaaring gamitin para sa pagbuo ng SSD. .Dahil walang data na natagpuan sa ECOTOX database ng amides, walang SSD na binuo para sa amides at isang tugon lamang ng EC50 ang nakuha mula sa kasalukuyang pag-aaral.Bagama't ang halaga ng EC50 ng isang pangkat ng sulfide lamang ay natagpuan sa database ng ECOTOX, ang kasalukuyang nagtapos na estudyante ay mayroong 12 mga halaga ng EC50.Samakatuwid, ang mga SSD para sa mga pangkat ng sulfinyl ay binuo.
Ang mga partikular na halaga ng HC5 ng fipronil compound na nakuha mula sa SSD data set ng Mesocosmos ay pinagsama lamang sa field data upang masuri ang exposure at potensyal na toxicity ng fipronil compound sa 444 stream mula sa limang rehiyon sa United States.Sa huling 4 na linggong sampling window, ang bawat konsentrasyon ng fipronil compound na nakita (ang hindi natukoy na mga konsentrasyon ay zero) ay hinati sa kani-kanilang HC5, at ang compound ratio ng bawat sample ay summed para makuha Ang kabuuang toxicity unit ng fipronil (ΣTUFipronils), kung saan ΣTUFipronils> 1 ay nangangahulugang toxicity.
Sa pamamagitan ng paghahambing ng panganib na konsentrasyon ng 50% ng mga apektadong species (HC50) sa EC50 na halaga ng taxa richness na nagmula sa medium membrane experiment, ang SSD na nakuha mula sa medium membrane data ay nasuri upang ipakita ang sensitivity ng mas malawak na ekolohikal na komunidad sa fipronil degree..Sa pamamagitan ng paghahambing na ito, ang pagkakapare-pareho sa pagitan ng pamamaraan ng SSD (kabilang lamang ang mga taxa na may kaugnayan sa pagtugon sa dosis) at ang pamamaraan ng EC50 (kabilang ang lahat ng natatanging taxa na naobserbahan sa gitnang espasyo) gamit ang paraan ng EC50 ng pagsukat ng kayamanan ng taxa ay maaaring masuri Sex.Relasyon ng pagtugon sa dosis.
Ang isang tagapagpahiwatig ng peligro ng pestisidyo (SPEARpesticides) ay kinakalkula upang siyasatin ang kaugnayan sa pagitan ng katayuan sa kalusugan ng mga invertebrate na komunidad at ΣTUFipronil sa 437 na mga invertebrate-collecting stream.Ang sukatan ng SPEARpesticides ay nagko-convert ng komposisyon ng mga invertebrate sa isang sukatan ng kasaganaan para sa biological taxonomy na may mga katangiang pisyolohikal at ekolohikal, sa gayon ay nagbibigay ng pagiging sensitibo sa mga pestisidyo.Ang tagapagpahiwatig ng SPEARpesticides ay hindi sensitibo sa mga natural na covariate (49, 50), kahit na ang pagganap nito ay maaapektuhan ng matinding pagkasira ng tirahan (51).Ang abundance data na nakolekta on-site para sa bawat taxon ay pinag-ugnay sa pangunahing halaga ng taxon na nauugnay sa ASTERICS software upang masuri ang ekolohikal na kalidad ng ilog (https://gewaesser-bewertung-berechnung.de/index.php/home .html).Pagkatapos ay i-import ang data sa Indicate (http://systemecology.eu/indicate/) software (bersyon 18.05).Sa software na ito, ang European trait database at ang database na may physiological sensitivity sa pesticides ay ginagamit upang i-convert ang data ng bawat site sa SPEARpesticides indicator.Ang bawat isa sa limang rehiyonal na pag-aaral ay gumamit ng General Additive Model (GAM) ["mgcv" package sa R(52)) upang tuklasin ang kaugnayan sa pagitan ng SPEARpesticides metric at ΣTUFipronils [log10(X + 1) conversion] Na Kaugnay.Para sa mas detalyadong impormasyon sa mga sukatan ng SPEARpesticides at para sa pagsusuri ng data, pakitingnan ang Mga Pandagdag na Materyal.
Ang index ng kalidad ng tubig ay pare-pareho sa bawat daloy ng mesoscopic at sa buong mesoscopic na panahon ng eksperimento.Ang average na temperatura, pH at conductivity ay 13.1°C (±0.27°C), 7.8 (±0.12) at 54.1 (±2.1) μS/cm (35), ayon sa pagkakabanggit.Ang sinusukat na dissolved organic carbon sa malinis na tubig ng ilog ay 3.1 mg/L.Sa meso-view ng ilog kung saan naka-deploy ang MiniDOT recorder, ang dissolved oxygen ay malapit sa saturation (average> 8.0 mg/L), na nagpapahiwatig na ang stream ay ganap na na-circulate.
Ang data ng kontrol sa kalidad at pagtiyak ng kalidad sa fipronil ay ibinibigay sa kasamang paglabas ng data (35).Sa madaling sabi, ang mga rate ng pagbawi ng mga spike ng laboratory matrix at mga sample ng mesoscopic ay karaniwang nasa loob ng mga katanggap-tanggap na saklaw (mga pag-recover na 70% hanggang 130%), kinukumpirma ng mga pamantayan ng IDL ang quantitative na paraan, at ang mga blangko sa laboratoryo at instrumento ay karaniwang malinis Mayroong napakakaunting mga pagbubukod maliban sa ang mga paglalahat na ito na tinalakay sa pandagdag na materyal..
Dahil sa disenyo ng system, ang sinusukat na konsentrasyon ng fipronil ay karaniwang mas mababa kaysa sa target na halaga (Figure S2) (dahil ito ay tumatagal ng 4 hanggang 10 araw upang maabot ang isang matatag na estado sa ilalim ng perpektong mga kondisyon) (30).Kung ikukumpara sa iba pang mga compound ng fipronil, ang konsentrasyon ng desulfinyl at amide ay bahagyang nagbabago sa paglipas ng panahon, at ang pagkakaiba-iba ng konsentrasyon sa loob ng paggamot ay mas maliit kaysa sa pagkakaiba sa pagitan ng mga paggamot maliban sa mababang konsentrasyon ng paggamot ng sulfone at sulfide.Ang time-weighted average na sinusukat na hanay ng konsentrasyon para sa bawat pangkat ng paggamot ay ang mga sumusunod: Fipronil, IDL hanggang 9.07μg/L;Desulfinyl, IDL hanggang 2.15μg/L;Amide, IDL hanggang 4.17μg/L;Sulfide, IDL Hanggang 0.57μg/litro;at sulfone, ang IDL ay 1.13μg/litro (35).Sa ilang mga stream, natukoy ang mga non-target na fipronil compound, iyon ay, mga compound na hindi na-spike sa isang partikular na paggamot, ngunit kilala bilang mga degradation product ng treatment compound.Ang mga mesoscopic membrane na ginagamot sa parent compound na fipronil ay may pinakamataas na bilang ng hindi target na degradation na mga produkto na nakita (kapag hindi ginamit bilang isang processing compound, ang mga ito ay sulfinyl, amide, sulfide at sulfone);ang mga ito ay maaaring dahil sa proseso ng produksyon Mga compound na impurities at/o mga proseso ng pagkasira na nangyayari sa panahon ng pag-iimbak ng stock solution at (o) sa mesoscopic na eksperimento sa halip na resulta ng cross-contamination.Walang trend ng degradation na konsentrasyon ang naobserbahan sa paggamot ng fipronil.Ang mga non-target na degradation compound ay kadalasang nakikita sa katawan na may pinakamataas na konsentrasyon sa paggamot, ngunit ang konsentrasyon ay mas mababa kaysa sa konsentrasyon ng mga non-target na compound na ito (tingnan ang susunod na seksyon para sa konsentrasyon).Samakatuwid, dahil ang mga non-target na degradation compound ay karaniwang hindi nakikita sa pinakamababang fipronil na paggamot, at dahil ang nakitang konsentrasyon ay mas mababa kaysa sa epekto na konsentrasyon sa pinakamataas na paggamot, napagpasyahan na ang mga non-target na compound na ito ay may kaunting epekto sa pagsusuri.
Sa mga eksperimento sa media, ang mga benthic macroinvertebrates ay sensitibo sa fipronil, desulfinyl, sulfone, at sulfide [Table S1;orihinal na data ng kasaganaan ay ibinibigay sa kasamang bersyon ng data (35)].Ang Fipronil amide ay para lamang sa langaw na Rhithrogena sp.Nakakalason (nakamamatay), ang EC50 nito ay 2.05μg/L [±10.8(SE)].Ang mga curve ng pagtugon sa dosis ng 15 natatanging taxa ay nabuo.Ang mga taxa na ito ay nagpakita ng dami ng namamatay sa loob ng nasubok na hanay ng konsentrasyon (Talahanayan S1), at naka-target na clustered taxa (tulad ng mga langaw) (Larawan S3) at rich taxa (Larawan 1) Isang curve ng pagtugon sa dosis ang nabuo.Ang konsentrasyon (EC50) ng fipronil, desulfinyl, sulfone at sulfide sa natatanging taxa ng pinakasensitibong saklaw ng taxa mula 0.005-0.364, 0.002-0.252, 0.002-0.061 at 0.005-0.043μg/L, ayon sa pagkakabanggitRhithrogena sp.At Sweltsa sp.;Ang Figure S4) ay mas mababa kaysa sa mas pinahihintulutang taxa (tulad ng Micropsectra / Tanytarsus at Lepidostoma sp.) (Talahanayan S1).Ayon sa average na EC50 ng bawat tambalan sa Talahanayan S1, ang mga sulfone at sulfide ay ang pinakamabisang mga compound, habang ang mga invertebrate ay karaniwang hindi gaanong sensitibo sa desulfinyl (hindi kasama ang amides).Mga sukatan ng pangkalahatang katayuan sa ekolohiya, tulad ng kayamanan ng taxa, kabuuang kasaganaan, kabuuang pentaploid at kabuuang stone fly, kabilang ang taxa at ang kasaganaan ng ilang taxa, ang mga ito ay napakabihirang sa meso at hindi maaaring kalkulahin Gumuhit ng hiwalay na curve ng pagtugon sa dosis.Samakatuwid, kasama sa mga ecological indicator na ito ang mga taxon response na hindi kasama sa SSD.
Taxa richness (larva) na may tatlong antas na logistic function na (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfone, at (D) sulfide concentration.Ang bawat punto ng data ay kumakatawan sa larvae mula sa isang stream sa pagtatapos ng 30-araw na eksperimento sa meso.Ang kayamanan ng taxon ay ang bilang ng natatanging taxa sa bawat stream.Ang halaga ng konsentrasyon ay ang average na timbang sa oras ng naobserbahang konsentrasyon ng bawat stream na sinusukat sa pagtatapos ng 30 araw na eksperimento.Ang Fipronil amide (hindi ipinakita) ay walang kaugnayan sa rich taxa.Pakitandaan na ang x-axis ay nasa logarithmic scale.Ang EC20 at EC50 na may SE ay iniulat sa Talahanayan S1.
Sa pinakamataas na konsentrasyon ng lahat ng limang fipronil compound, bumaba ang rate ng paglitaw ng Uetridae.Ang porsyento ng pagtubo (EC50) ng sulfide, sulfone, fipronil, amide at desulfinyl ay naobserbahang bumaba ng 50% sa mga konsentrasyon na 0.03, 0.06, 0.11, 0.78 at 0.97μg/L ayon sa pagkakabanggit (Figure 2 at Figure S5).Sa karamihan ng 30-araw na mga eksperimento, ang lahat ng paggamot ng fipronil, desulfinyl, sulfone at sulfide ay naantala, maliban sa ilang mga paggamot na mababa ang konsentrasyon (Larawan 2), at ang kanilang hitsura ay napigilan.Sa paggamot sa amide, ang naipon na effluent sa buong eksperimento ay mas mataas kaysa sa control, na may konsentrasyon na 0.286μg/liter.Ang pinakamataas na konsentrasyon (4.164μg/litro) sa buong eksperimento ay humadlang sa effluent, at ang effluent rate ng intermediate treatment ay katulad ng sa control group.(Figure 2).
Ang pinagsama-samang paglitaw ay ang average na pang-araw-araw na average na paglitaw ng bawat paggamot na minus (A) fipronil, (B) desulfinyl, (C) sulfone, (D) sulfide at (E) amide sa control stream Ang average na pang-araw-araw na average na paglitaw ng lamad.Maliban sa kontrol (n = 6), n = 1. Ang halaga ng konsentrasyon ay ang average na timbang sa oras ng naobserbahang konsentrasyon sa bawat daloy.
Ipinapakita ng curve ng pagtugon sa dosis na, bilang karagdagan sa mga pagkalugi ng taxonomic, mga pagbabago sa istruktura sa antas ng komunidad.Sa partikular, sa loob ng hanay ng konsentrasyon ng pagsubok, ang kasaganaan ng may (Larawan S3) at kasaganaan ng taxa (Larawan 1) ay nagpakita ng makabuluhang mga relasyon sa pagtugon sa dosis sa fipronil, desulfinyl, sulfone, at sulfide.Samakatuwid, ginalugad namin kung paano humantong ang mga pagbabagong ito sa istruktura sa mga pagbabago sa paggana ng komunidad sa pamamagitan ng pagsubok sa nutritional cascade.Ang pagkakalantad ng aquatic invertebrates sa fipronil, desulfinyl, sulfide at sulfone ay may direktang negatibong epekto sa biomass ng scraper (Larawan 3).Upang makontrol ang negatibong epekto ng fipronil sa biomass ng scraper, negatibong naapektuhan din ng scraper ang chlorophyll a biomass (Larawan 3).Ang resulta ng mga negatibong path coefficient na ito ay isang netong pagtaas sa chlorophyll a habang tumataas ang konsentrasyon ng fipronil at mga degradant.Ang mga ganap na mediated na mga modelo ng pathway ay nagpapahiwatig na ang pagtaas ng pagkasira ng fipronil o fipronil ay humahantong sa pagtaas ng proporsyon ng chlorophyll a (Larawan 3).Ipinapalagay nang maaga na ang direktang epekto sa pagitan ng fipronil o degradation concentration at chlorophyll a biomass ay zero, dahil ang fipronil compound ay mga pestisidyo at may mababang direktang toxicity sa algae (halimbawa, ang EPA acute non-vascular plant baseline concentration ay 100μg / L fipronil, disulfoxide group, sulfone at sulfide, https://epa.gov/pesticide-science-and-assessing-pesticide-risks/aquatic-life-benchmarks-and-ecological-risk), Sinusuportahan ito ng lahat ng resulta (mga wastong modelo); hypothesis.
Ang Fipronil ay maaaring makabuluhang bawasan ang biomass (direktang epekto) ng grazing (scraper group ay larvae), ngunit walang direktang epekto sa biomass ng chlorophyll a.Gayunpaman, ang malakas na hindi direktang epekto ng fipronil ay ang pagtaas ng biomass ng chlorophyll a bilang tugon sa mas kaunting grazing.Ang arrow ay nagpapahiwatig ng standardized path coefficient, at ang minus sign (-) ay nagpapahiwatig ng direksyon ng pagkakaugnay.* Nagsasaad ng antas ng kahalagahan.
Ang tatlong SSD (gitnang layer lang, gitnang layer kasama ang ECOTOX data, at gitnang layer kasama ang ECOTOX data na itinama para sa mga pagkakaiba sa tagal ng pagkakalantad) ay gumawa ng magkakaibang mga halaga ng HC5 (Talahanayan S3), ngunit ang mga resulta ay nasa saklaw ng SE.Sa natitirang bahagi ng pag-aaral na ito, tututukan natin ang data SSD na may lamang meso universe at ang nauugnay na halaga ng HC5.Para sa mas kumpletong paglalarawan ng tatlong pagsusuri sa SSD na ito, mangyaring sumangguni sa mga karagdagang materyales (Tables S2 hanggang S5 at Mga Figure S6 at S7).Ang pinakaangkop na pamamahagi ng data (pinakamababang Akaike information standard score) ng apat na fipronil compound (Figure 4) na ginagamit lamang sa meso-solid SSD map ay ang log-gumbel ng fipronil at sulfone, at ang weibull ng sulfide At desulfurized γ ( Talahanayan S3).Ang mga halaga ng HC5 na nakuha para sa bawat tambalan ay iniulat sa Figure 4 para sa meso universe lamang, at sa Talahanayan S3 ang mga halaga ng HC5 mula sa lahat ng tatlong SSD data set ay iniulat.Ang mga halaga ng HC50 ng fipronil, sulfide, sulfone at desulfinyl na mga grupo [22.1±8.78 ng/L (95% CI, 11.4 hanggang 46.2), 16.9±3.38 ng/L (95% CI, 11.2 hanggang 24.0), 8 80± 2.66 ng/L (95% CI, 5.44 hanggang 15.8) at 83.4±32.9 ng/L (95% CI, 36.4 hanggang 163)] Ang mga compound na ito ay makabuluhang mas mababa kaysa sa EC50 taxa richness (kabuuang bilang ng natatanging taxa) (Talahanayan S1 ; ang mga tala sa talahanayan ng karagdagang materyal ay micrograms bawat litro).
Sa meso-scale na eksperimento, kapag nalantad sa (A) fipronil, (B) dessulfinyl fipronil, (C) fipronil sulfone, (D) fipronil sulfide sa loob ng 30 araw, inilalarawan ang sensitivity ng species Ito ang EC50 value ng taxon.Ang asul na dashed na linya ay kumakatawan sa 95% CI.Ang pahalang na dashed na linya ay kumakatawan sa HC5.Ang halaga ng HC5 (ng/L) ng bawat tambalan ay ang mga sumusunod: Fipronil, 4.56 ng/L (95% CI, 2.59 hanggang 10.2);Sulfide, 3.52 ng/L (1.36 hanggang 9.20);Sulfone, 2.86 ng/ Liter (1.93 hanggang 5.29);at sulfinyl, 3.55 ng/litro (0.35 hanggang 28.4).Pakitandaan na ang x-axis ay nasa logarithmic scale.
Sa limang pag-aaral sa rehiyon, ang Fipronil (mga magulang) ay nakita sa 22% ng 444 na field sampling point (Talahanayan 1).Ang dalas ng pagtuklas ng florfenib, sulfone at amide ay magkatulad (18% hanggang 22% ng sample), ang dalas ng pagtuklas ng sulfide at desulfinyl ay mas mababa (11% hanggang 13%), habang ang natitirang mga produktong degradasyon ay napakataas.Kaunti (1% o mas kaunti) o hindi kailanman natukoy (Talahanayan 1)..Ang Fipronil ay pinakamadalas na nakikita sa timog-silangan (52% ng mga site) at hindi gaanong madalas sa hilagang-kanluran (9% ng mga site), na nagha-highlight sa pagkakaiba-iba ng paggamit ng benzopyrazole at potensyal na kahinaan ng stream sa buong bansa.Karaniwang nagpapakita ang mga degradant ng magkatulad na pattern ng rehiyon, na may pinakamataas na dalas ng pagtuklas sa timog-silangan at pinakamababa sa hilagang-kanluran o baybayin ng California.Ang nasusukat na konsentrasyon ng fipronil ay ang pinakamataas, na sinusundan ng parent compound fipronil (90% na porsyento ng 10.8 at 6.3 ng/L, ayon sa pagkakabanggit) (Talahanayan 1) (35).Ang pinakamataas na konsentrasyon ng fipronil (61.4 ng/L), disulfinyl (10.6 ng/L) at sulfide (8.0 ng/L) ay natukoy sa timog-silangan (sa huling apat na linggo ng sample).Ang pinakamataas na konsentrasyon ng sulfone ay natukoy sa kanluran.(15.7 ng/L), amide (42.7 ng/L), dessulfinyl flupirnamide (14 ng/L) at fipronil sulfonate (8.1 ng/L) (35).Ang Florfenide sulfone ay ang tanging tambalan na naobserbahang lumampas sa HC5 (Talahanayan 1).Ang average na ΣTUFipronils sa pagitan ng iba't ibang mga rehiyon ay nag-iiba nang malaki (Talahanayan 1).Ang pambansang average na ΣTUFipronils ay 0.62 (lahat ng lokasyon, lahat ng rehiyon), at 71 na site (16%) ang may ΣTUFipronils> 1, na nagpapahiwatig na ito ay maaaring nakakalason sa benthic macroinvertebrates.Sa apat sa limang rehiyon na pinag-aralan (maliban sa Midwest), mayroong isang makabuluhang ugnayan sa pagitan ng SPEARpesticides at ΣTUFipronil, na may naayos na R2 mula 0.07 sa baybayin ng California hanggang 0.34 sa timog-silangan (Larawan 5).
*Mga compound na ginagamit sa mesoscopic na mga eksperimento.†ΣTUFipronils, ang median ng kabuuan ng mga toxin unit [naobserbahang field concentration ng apat na fipronil compound/hazard concentration ng bawat compound mula sa fifth percentile ng SSD-infected species (Figure 4)] Para sa lingguhang sample ng fipronil, ang huling 4 linggo ng mga sample ng pestisidyo na nakolekta sa bawat site ay kinakalkula.‡Ang bilang ng mga lokasyon kung saan sinusukat ang mga pestisidyo.§Ang 90th percentile ay nakabatay sa maximum na konsentrasyon na naobserbahan sa site sa loob ng huling 4 na linggo ng sampling ng pestisidyo.na may porsyento ng mga sample na nasubok.¶ Gamitin ang 95% CI ng HC5 value (Figure 4 at Table S3, meso lang) para kalkulahin ang CI.Ang Dechloroflupinib ay nasuri sa lahat ng rehiyon at hindi kailanman natagpuan.ND, hindi natukoy.
Ang Fipronil toxic unit ay ang sinusukat na konsentrasyon ng fipronil na hinati sa compound-specific na halaga ng HC5, na tinutukoy ng SSD na nakuha mula sa media experiment (tingnan ang Figure 4).Itim na linya, generalised additive model (GAM).Ang red dashed line ay may CI na 95% para sa GAM.Ang ΣTUFipronils ay na-convert sa log10 (ΣTUFipronils+1).
Ang masamang epekto ng fipronil sa hindi target na aquatic species ay mahusay na naidokumento (15, 21, 24, 25, 32, 33), ngunit ito ang unang pag-aaral kung saan ito ay sensitibo sa isang kontroladong kapaligiran sa laboratoryo.Ang mga komunidad ng taxa ay nalantad sa mga compound ng fipronil, at ang mga resulta ay na-extrapolated sa isang continental scale.Ang mga resulta ng 30-araw na mesocosmic na eksperimento ay maaaring makabuo ng 15 discrete aquatic insect groups (Talahanayan S1) na may hindi naiulat na konsentrasyon sa panitikan, kung saan ang mga aquatic insect sa toxicity database ay hindi kinakatawan (53, 54).Ang mga curve ng pagtugon sa dosis na tukoy sa buwis (gaya ng EC50) ay makikita sa mga pagbabago sa antas ng komunidad (tulad ng kayamanan ng taxa at maaaring lumipad sa pagkawala ng kasaganaan) at mga pagbabago sa pagganap (tulad ng mga nutritional cascades at mga pagbabago sa hitsura).Ang epekto ng mesoscopic universe ay extrapolated sa field.Sa apat sa limang lugar ng pagsasaliksik sa Estados Unidos, ang nasusukat sa field na konsentrasyon ng fipronil ay iniugnay sa pagbaba ng aquatic ecosystem sa daloy ng tubig.
Ang halaga ng HC5 ng 95% ng mga species sa eksperimento sa medium membrane ay may proteksiyon na epekto, na nagpapahiwatig na ang pangkalahatang aquatic invertebrate na komunidad ay mas sensitibo sa mga fipronil compound kaysa sa nauna nang nauunawaan.Ang nakuha na halaga ng HC5 (florfenib, 4.56 ng/liter; desulfoxirane, 3.55 ng/liter; sulfone, 2.86 ng/liter; sulfide, 3.52 ng/liter) ay ilang beses (florfenib) hanggang tatlong beses Higit sa isang order ng magnitude (desulfinyl ) sa ibaba ng kasalukuyang EPA na talamak na invertebrate na benchmark [fipronil, 11 ng/litro;desulfinyl, 10,310 ng/litro;sulfone, 37 ng/litro;at sulfide, para sa 110 ng/litro (8)].Tinukoy ng mga mesoscopic na eksperimento ang maraming grupo na sensitibo sa fipronil sa halip na mga ipinahiwatig ng EPA chronic invertebrate benchmark (4 na grupo na mas sensitibo sa fipronil, 13 pares ng desulfinyl, 11 pares ng sulfone at 13 pares) Sulfide sensitivity) (Figure 4 at talahanayan) S1).Ipinapakita nito na hindi mapoprotektahan ng mga benchmark ang ilang species na naobserbahan din sa gitnang mundo, na laganap din sa mga aquatic ecosystem.Ang pagkakaiba sa pagitan ng aming mga resulta at ang kasalukuyang benchmark ay higit sa lahat dahil sa kakulangan ng data ng fipronil toxicity test na naaangkop sa isang hanay ng aquatic insect taxa, lalo na kapag ang oras ng pagkakalantad ay lumampas sa 4 na araw at ang fipronil ay bumababa.Sa panahon ng 30-araw na mesocosmic na eksperimento, karamihan sa mga insekto sa invertebrate na komunidad ay mas sensitibo sa fipronil kaysa sa karaniwang pansubok na organismo na Aztec (crustacean), kahit na pagkatapos iwasto ang Aztec Ang EC50 ng Teike ay ginagawa itong pareho pagkatapos ng matinding pagbabago.(Karaniwan ay 96 na oras) hanggang sa talamak na oras ng pagkakalantad (Figure S7).Ang isang mas mahusay na pinagkasunduan ay naabot sa pagitan ng medium na eksperimento sa lamad at ang pag-aaral na iniulat sa ECOTOX gamit ang karaniwang pagsubok na organismo na Chironomus dilutus (isang insekto).Hindi nakakagulat na ang mga insekto sa tubig ay partikular na sensitibo sa mga pestisidyo.Nang walang pagsasaayos ng oras ng pagkakalantad, ang meso-scale na eksperimento at ang komprehensibong data ng database ng ECOTOX ay nagpakita na maraming taxa ang naobserbahan na mas sensitibo sa mga fipronil compound kaysa sa diluted Clostridium (Figure S6).Gayunpaman, sa pamamagitan ng pagsasaayos ng oras ng pagkakalantad, ang Dilution Clostridium ay ang pinakasensitibong organismo sa fipronil (magulang) at sulfide, bagama't hindi ito sensitibo sa sulfone (Figure S7).Ang mga resultang ito ay naglalarawan ng kahalagahan ng pagsasama ng maraming uri ng mga organismo sa tubig (kabilang ang maraming insekto) upang makabuo ng mga aktwal na konsentrasyon ng pestisidyo na maaaring maprotektahan ang mga organismo sa tubig.
Maaaring protektahan ng paraan ng SSD ang bihira o insensitive taxa na ang EC50 ay hindi matukoy, tulad ng Cinygmula sp., Isoperla fulva at Brachycentrus americanus.Ang mga halaga ng EC50 ng taxa abundance at maaaring lumipad na kasaganaan na sumasalamin sa mga pagbabago sa komposisyon ng komunidad ay pare-pareho sa mga halaga ng HC50 ng SSD ng fipronil, sulfone at sulfide.Sinusuportahan ng protocol ang sumusunod na ideya: Ang paraan ng SSD na ginamit upang makakuha ng mga threshold ay maaaring maprotektahan ang buong komunidad, kabilang ang bihira o insensitive na taxa sa komunidad.Ang threshold ng mga aquatic organism na tinutukoy mula sa mga SSD batay lamang sa ilang taxa o insensitive taxa ay maaaring lubhang hindi sapat sa pagprotekta sa aquatic ecosystem.Ito ang kaso para sa desulfinyl (Figure S6B).Dahil sa kakulangan ng data sa ECOTOX database, ang EPA chronic invertebrate baseline concentration ay 10,310 ng/L, na apat na order ng magnitude na mas mataas kaysa sa 3.55 ng/L ng HC5.Ang mga resulta ng iba't ibang set ng pagtugon sa taxon ay ginawa sa mga mesoscopic na eksperimento.Ang kakulangan ng data ng toxicity ay partikular na may problema para sa mga degradable na compound (Figure S6), na maaaring ipaliwanag kung bakit ang mga umiiral na aquatic biological benchmark para sa sulfone at sulfide ay humigit-kumulang 15 hanggang 30 beses na mas sensitibo kaysa sa halaga ng SSD HC5 batay sa China Universe.Ang bentahe ng paraan ng medium membrane ay ang maramihang mga halaga ng EC50 ay maaaring matukoy sa isang solong eksperimento, na sapat upang bumuo ng isang kumpletong SSD (halimbawa, desulfinyl; Figure 4B at Mga Figure S6B at S7B), at may malaking epekto. sa natural na taxa ng protektadong ecosystem Maraming mga tugon.
Ipinapakita ng mga mesoscopic na eksperimento na ang fipronil at ang mga degradation na produkto nito ay maaaring may halatang sublethal at hindi direktang masamang epekto sa paggana ng komunidad.Sa mesoscopic experiment, lahat ng limang fipronil compound ay lumitaw na nakakaapekto sa paglitaw ng mga insekto.Ang mga resulta ng paghahambing sa pagitan ng pinakamataas at pinakamababang konsentrasyon (pagpigil at pagpapasigla ng indibidwal na paglitaw o mga pagbabago sa oras ng paglitaw) ay naaayon sa naunang naiulat na mga resulta ng mga eksperimento sa meso gamit ang insecticide bifenthrin (29).Ang paglitaw ng mga nasa hustong gulang ay nagbibigay ng mahahalagang ekolohikal na tungkulin at maaaring mabago ng mga pollutant tulad ng fipronil (55, 56).Ang sabay-sabay na paglitaw ay hindi lamang kritikal para sa pagpaparami ng insekto at pagtitiyaga ng populasyon, kundi pati na rin para sa supply ng mga mature na insekto, na maaaring magamit bilang pagkain para sa mga hayop na nabubuhay sa tubig at terrestrial (56).Ang pagpigil sa paglitaw ng mga punla ay maaaring makaapekto sa pagpapalitan ng pagkain sa pagitan ng aquatic ecosystem at riparian ecosystem, at pagkalat ng mga epekto ng aquatic pollutants sa terrestrial ecosystem (55, 56).Ang pagbaba sa kasaganaan ng mga scraper (mga insektong kumakain ng algae) na naobserbahan sa meso-scale na eksperimento ay nagresulta sa pagbaba sa pagkonsumo ng algae, na nagresulta sa pagtaas ng chlorophyll a (Larawan 3).Binabago ng trophic cascade na ito ang carbon at nitrogen flux sa liquid food web, katulad ng isang pag-aaral na sinusuri ang mga epekto ng pyrethroid bifenthrin sa benthic na komunidad (29).Samakatuwid, ang phenylpyrazoles, tulad ng fipronil at ang mga degradation na produkto nito, pyrethroids, at marahil iba pang uri ng insecticides, ay maaaring hindi direktang magsulong ng pagtaas ng algal biomass at ang perturbation ng carbon at nitrogen sa maliliit na stream.Ang iba pang mga epekto ay maaaring umabot sa pagkasira ng carbon at nitrogen cycle sa pagitan ng aquatic at terrestrial ecosystem.
Ang impormasyong nakuha mula sa medium membrane test ay nagpapahintulot sa amin na suriin ang ekolohikal na kaugnayan ng mga konsentrasyon ng fipronil compound na sinusukat sa malakihang pag-aaral sa larangan na isinagawa sa limang rehiyon ng Estados Unidos.Sa 444 maliliit na stream, 17% ng average na konsentrasyon ng isa o higit pang fipronil compound (average sa loob ng 4 na linggo) ay lumampas sa HC5 value na nakuha mula sa media test.Gamitin ang SSD mula sa meso-scale na eksperimento upang i-convert ang sinusukat na konsentrasyon ng fipronil compound sa isang index na nauugnay sa toxicity, iyon ay, ang kabuuan ng mga toxicity unit (ΣTUFipronils).Ang halaga ng 1 ay nagpapahiwatig ng toxicity o ang pinagsama-samang pagkakalantad ng fipronil compound ay lumampas sa kilalang proteksyon Mga species na nagkakahalaga ng 95%.Ang makabuluhang ugnayan sa pagitan ng ΣTUFipronil sa apat sa limang rehiyon at ang SPEARpesticides indicator ng invertebrate na kalusugan ng komunidad ay nagpapahiwatig na ang fipronil ay maaaring makaapekto sa mga benthic invertebrate na komunidad sa mga ilog sa maraming rehiyon ng Estados Unidos.Sinusuportahan ng mga resultang ito ang hypothesis ng Wolfram et al.(3) Ang panganib ng phenpyrazole insecticides sa ibabaw ng tubig sa United States ay hindi lubos na nauunawaan dahil ang epekto sa aquatic insect ay nangyayari sa ibaba ng kasalukuyang limitasyon ng regulasyon.
Karamihan sa mga stream na may fipronil content sa itaas ng nakakalason na antas ay matatagpuan sa medyo urbanisadong timog-silangan na rehiyon (https://webapps.usgs.gov/rsqa/#!/region/SESQA).Ang nakaraang pagtatasa ng lugar ay hindi lamang naghinuha na ang fipronil ay ang pangunahing stressor na nakakaapekto sa invertebrate na istruktura ng komunidad sa sapa, kundi pati na rin ang mababang dissolved oxygen, tumaas na nutrients, pagbabago ng daloy, pagkasira ng tirahan, at iba pang mga pestisidyo at Ang kategorya ng pollutant ay isang mahalagang pinagmumulan ng stress (57).Ang pinaghalong stressors na ito ay pare-pareho sa "urban river syndrome", na kung saan ay ang pagkasira ng mga ecosystem ng ilog na karaniwang sinusunod na may kaugnayan sa paggamit ng lupa sa lunsod (58, 59).Ang mga palatandaan ng paggamit ng lupa sa lungsod sa Timog-silangang rehiyon ay lumalaki at inaasahang tataas habang lumalaki ang populasyon ng rehiyon.Ang epekto ng hinaharap na pag-unlad ng urban at mga pestisidyo sa urban runoff ay inaasahang tataas (4).Kung patuloy na lumalago ang urbanisasyon at paggamit ng fipronil, ang paggamit ng pestisidyong ito sa mga lungsod ay maaaring lalong makaapekto sa mga komunidad ng batis.Bagama't ang meta-analysis ay naghihinuha na ang paggamit ng mga pestisidyong pang-agrikultura ay nagbabanta sa mga global stream ecosystem (2, 60), ipinapalagay namin na ang mga pagtatasa na ito ay minamaliit ang pangkalahatang epekto ng mga pestisidyo sa pamamagitan ng pagbubukod ng mga gamit sa lunsod.
Ang iba't ibang stressors, kabilang ang mga pestisidyo, ay maaaring makaapekto sa mga macroinvertebrate na komunidad sa mga binuo na watershed (urban, agrikultura at pinaghalong paggamit ng lupa) at maaaring nauugnay sa paggamit ng lupa (58, 59, 61).Bagama't ang pag-aaral na ito ay gumamit ng SPEARpesticides indicator at aquatic organism-specific fipronil toxicity na mga katangian upang mabawasan ang epekto ng nakakalito na mga salik, ang pagganap ng SPEARpesticides indicator ay maaaring maapektuhan ng pagkasira ng tirahan, at ang fipronil ay maihahambing sa iba pang may kaugnayan sa Pestisidyo (4, 17, 51, 57).Gayunpaman, ang isang modelo ng maraming stressor na binuo gamit ang mga pagsukat sa larangan mula sa unang dalawang pag-aaral sa rehiyon (Midwestern at Southeastern) ay nagpakita na ang mga pestisidyo ay isang mahalagang upstream na stressor para sa mga kondisyon ng komunidad ng macroinvertebrate sa mga ilog na tumatawid.Sa mga modelong ito, ang mahahalagang variable na nagpapaliwanag ay kinabibilangan ng mga pestisidyo (lalo na ang bifenthrin), mga sustansya at katangian ng tirahan sa karamihan ng mga agricultural stream sa Midwest, at mga pestisidyo (lalo na ang fipronil) sa karamihan ng mga lungsod sa timog-silangan.Mga pagbabago sa oxygen, nutrients at daloy (61, 62).Samakatuwid, bagama't sinusubukan ng mga rehiyonal na pag-aaral na tugunan ang epekto ng mga non-pesticide na stressor sa mga indicator ng pagtugon at ayusin ang mga predictive indicator upang ilarawan ang epekto ng fipronil, ang mga resulta sa field ng survey na ito ay sumusuporta sa pananaw ng fipronil.) Dapat ituring na isa sa mga pinaka-maimpluwensyang pinagmumulan ng presyon sa mga ilog ng Amerika, lalo na sa timog-silangang Estados Unidos.
Ang paglitaw ng pagkasira ng pestisidyo sa kapaligiran ay bihirang naitala, ngunit ang banta sa mga organismo sa tubig ay maaaring mas nakakapinsala kaysa sa katawan ng magulang.Sa kaso ng fipronil, ipinakita ng mga pag-aaral sa larangan at meso-scale na mga eksperimento na ang mga produktong degradasyon ay karaniwan sa katawan ng magulang sa mga naka-sample na stream at may pareho o mas mataas na toxicity (Talahanayan 1).Sa eksperimento ng medium membrane, ang fluorobenzonitrile sulfone ay ang pinakanakakalason sa mga produktong degradasyon ng pestisidyo na pinag-aralan, at ito ay mas nakakalason kaysa sa parent compound, at natukoy din sa dalas na katulad ng sa parent compound.Kung ang mga magulang na pestisidyo lamang ang susukatin, maaaring hindi mapansin ang mga potensyal na kaganapan sa toxicity, at ang kamag-anak na kakulangan ng impormasyon sa toxicity sa panahon ng pagkasira ng pestisidyo ay nangangahulugan na ang kanilang paglitaw at mga kahihinatnan ay maaaring balewalain.Halimbawa, dahil sa kakulangan ng impormasyon sa toxicity ng mga produktong degradasyon, isinagawa ang isang komprehensibong pagtatasa ng mga pestisidyo sa mga stream ng Swiss, kabilang ang 134 na produkto ng pagkasira ng pestisidyo, at ang parent compound lamang ang itinuturing bilang parent compound sa ecotoxicological risk assessment nito.
Ang mga resulta ng pagtatasa ng panganib sa ekolohiya na ito ay nagpapahiwatig na ang mga compound ng fipronil ay may masamang epekto sa kalusugan ng ilog, kaya't makatuwirang mahihinuha na ang mga masamang epekto ay maaaring maobserbahan kahit saan kung saan ang mga compound ng fipronil ay lumampas sa antas ng HC5.Ang mga resulta ng mesoscopic na mga eksperimento ay independiyente sa lokasyon, na nagpapahiwatig na ang konsentrasyon ng fipronil at ang mga degradation na produkto nito sa maraming stream taxa ay mas mababa kaysa sa naunang naitala.Naniniwala kami na ang pagtuklas na ito ay malamang na mapalawak sa protobiota sa malinis na mga sapa kahit saan.Ang mga resulta ng meso-scale na eksperimento ay inilapat sa malakihang pag-aaral sa larangan (444 maliliit na batis na binubuo ng urban, agrikultura, at pinaghalong paggamit ng lupa sa limang pangunahing rehiyon sa Estados Unidos), at napag-alaman na ang konsentrasyon ng maraming batis kung saan natukoy ang fipronil ay inaasahan na Ang resultang toxicity ay nagmumungkahi na ang mga resultang ito ay maaaring umabot sa ibang mga bansa kung saan ginagamit ang fipronil.Ayon sa mga ulat, tumataas ang bilang ng mga taong gumagamit ng Fipronil sa Japan, UK at US (7).Ang Fipronil ay nasa halos lahat ng kontinente, kabilang ang Australia, South America at Africa (https://coherentmarketinsights.com/market-insight/fipronil-market-2208).Ang mga resulta ng meso-to-field na pag-aaral na ipinakita dito ay nagpapahiwatig na ang paggamit ng fipronil ay maaaring magkaroon ng ekolohikal na kahalagahan sa isang pandaigdigang saklaw.
Para sa mga karagdagang materyales para sa artikulong ito, pakitingnan ang http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/43/eabc1299/DC1
Ito ay isang open access na artikulo na ipinamahagi sa ilalim ng mga tuntunin ng Creative Commons Attribution-Non-Commercial License, na nagpapahintulot sa paggamit, pamamahagi at pagpaparami sa anumang medium, hangga't ang huling paggamit ay hindi para sa komersyal na pakinabang at ang saligan ay ang tama ang orihinal na gawa.Sanggunian.
Tandaan: Hinihiling lang namin sa iyo na ibigay ang iyong email address upang malaman ng taong inirerekomenda mo sa page na gusto mong makita niya ang email at hindi ito spam.Hindi kami kukuha ng anumang mga email address.
Ang tanong na ito ay ginagamit upang subukan kung ikaw ay isang bisita at maiwasan ang awtomatikong pagsusumite ng spam.
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
Ipinakita ng mga pag-aaral na ang mga karaniwang pestisidyo na madalas na nakikita sa mga batis ng Amerika ay mas nakakalason kaysa sa naisip.
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
Ipinakita ng mga pag-aaral na ang mga karaniwang pestisidyo na madalas na nakikita sa mga batis ng Amerika ay mas nakakalason kaysa sa naisip.
©2021 American Association for the Advancement of Science.lahat ng karapatan ay nakalaan.Ang AAAS ay partner ng HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef at COUNTER.ScienceAdvances ISSN 2375-2548.