应用程序的一个大型无脊椎动物在Afrotropical地区农药污染指标

文摘

许多生物完整性指数不能孤立社区的影响由于农药接触社区还应对其他人为和自然因素。大型无脊椎动物特征的生物学指标系统农药具体因此发达来克服这些挑战。这个系统,称为矛(物种的风险),应用在南非作为连接已知农药指标集水使用大型无脊椎动物群落的变化,尤其是在不确定分析方法。此外,指数在枪套工具在南非也是评估其有效性。结果表明,所有的网站都被暴露在压力或未暴露于农药杀虫剂一样矛结果相似的农药相比强度。与其他营养或盐度等因素的交互可能混淆的因素指标。

1。介绍

水生生态系统的化学监测通常是不足以确定质量,因为它没有考虑更高层次对生物的影响,队列物种形成的化学物质,与其他物理交互影响,和由于经度和时间变化1]。要克服这一点,队列生物群使用尽可能环境指标整合所有这些更高层次的影响(2]。在南非,SASS5大型无脊椎动物指数(3)已被广泛用于内水质的监测流(4,5]。这个索引利用家庭水平的大型无脊椎动物数据和敏感的分数为每个分类单元计算了基于派生对水质变化的敏感性(3]。然而,该指数是无法区分大型无脊椎动物社区由于特定的压力影响社区通常应对一系列人为和自然因素(6]。

因此,大型无脊椎动物的使用特点,提出了指标的社区影响由于特定的压力而不是应用一个纯粹的分类方法7]。研究有机污染物(8,9)、农药(10],盐度[11),以及最近金属(12,13)显示使用生物特征的生态系统评估的价值。这些方法之一是物种风险(枪)系统作为一种生物学指标系统开发利用的大型无脊椎动物特征的特定链接农药杀虫剂接触大型无脊椎动物社区反应(10,14]。

初步的农药风险评估在南非进行了两个密集型灌溉系统使用预测软件模型PRIMET和补15,16]。这些研究发现许多杀虫剂(15至20活性成分)(例如,拟除虫菊酯如溴氰菊酯和氨基甲酸盐,以及各种杀虫剂和农药),提出了一个风险中度到高水栖大型无脊椎动物在这些系统基于农药浓度的预测效应特性,应用方案和水生生态系统规范。补溴氰菊酯的结果表明,高概率的影响预计在昆虫和微和macrocrustacean社区(16]。暴露的验证是通过有针对性的进行农药残留分析Vaalharts的灌溉系统16)和鳄鱼河(西)15]。然而,在两种情况下,农药含量检测限制(0.02以下μg / g),因此无法直接联系到生物农药接触反应。因此,本研究的目的是确定是否矛指标体系可以应用在一个Afrotropical地区。适用性是由测试以下假设:欧亚大陆和澳大利亚矛数据库将提供类似的结果;将显示一个正相关的研究区域农药强度增加;和不会与EC和本地生物指数相关。

2。材料和方法

大型无脊椎动物取样进行网站与两大农业灌溉计划在南非。Vaalharts灌溉方案地处半干旱地区,而鳄鱼河(西方)灌溉计划是位于亚热带地区。抽样进行了预选的地点上面(上游),毗邻,下面(下游)2005年和2009年之间的灌溉系统。季节性变化和影响农药流失研究了抽样在雨中(夏天)和干燥的季节(冬季)。抽样方法的制定SASS5生物指数(3使用0.5毫米)是应用网扫净边际植被和取样,下层,石头的电流。大型无脊椎动物和10%的缓冲福尔马林固定包含重要的污点,玫瑰红。样本清洗,发现家庭的水平,和枚举。

家庭多样性是用来计算SASS5索引值,基于敏感性等级分数(3)和枪指数得分。这两个指数,用于农药在水中发生短期脉冲(谎言et al . 2005年),和指数,表明连续暴露于盐度(11),计算。矛计算器(www.systemecology.eu /枪/)被用来确定索引。本研究的目的,决定使用欧洲和澳大利亚数据库,以确定是否有任何结果之间的区别。这将反过来有助于确定哪些数据库更适合应用在南非。Beketov et al。17)提供欧洲大型无脊椎动物的生态地位类别根据矛指数。类别的范围从高(矛> 44)好(矛= 33 - 44),中等(矛= 22 - 33),可怜的(矛11 -22),和坏(矛= < 11)。此外,原位物理化学参数(电导率(EC)、pH值、温度、氧气浓度、和总溶解固体(TDS))使用WTW水质测量仪测量。

EC和矛系统指数之间的相关性进行了测试使用线性回归和相关分析(使用SPSS皮尔逊相关分析)类似于谢弗等应用的方法。11]。此外,矛索引值之间的关系和SASS5生物指数得分以及一个序数农药强度测量(站点位置增加农药的关系强度)进行了测试。这些关系测试的意义p < 0.05。

3所示。结果与讨论

矛系统已经成功应用在欧洲和亚洲的各个部分以及在澳大利亚。数据库的可用性特征是丰富在北美和欧洲,但南半球的数据是有限的(11]。这些作者适应欧洲数据库信息来自澳大利亚。由于南非也有类似的气候范围到澳大利亚,本研究收集到的数据在受到欧洲和澳大利亚的特征数据库。尽管澳大利亚特征数据库是基于温和的地中海气候,欧亚大陆的数据库也在欧洲,根据不同的气候条件和一些气候类似被发现在这一研究领域。理想情况下,一个南非特定数据库需要占整个研究区域特定的气候条件和南非。最近,该指数也应用于阿根廷的潘帕斯草原的温和气候条件,表现良好在确定农药影响流大型无脊椎动物(18]。的结果显示显著差异(p < 0.001)当使用欧洲和澳大利亚的大型无脊椎动物数据库(图1),大多数的网站发生中度到好的类别当使用欧亚数据库。相反,当使用相同的规模分类为澳大利亚的结果,大部分的网站在穷人类别。

的线性回归和皮尔逊相关分析SASS5生物指数的指标(数据2(一个)和2 (b))表示,澳大利亚和欧亚数据库的显著相关。国家河流监测使用SASS5生物指数表明,在这条河从中度到大型无脊椎动物社区主要修改(16]。因此,这些结果表明,有不同的数据库,因此这个假设被拒绝。此外,顺序量表是用来表示预测农药与1是最强烈的杀虫剂的使用强度,5是最强烈的农药的使用。它认为农药强度会增加下游灌溉系统的已知使用杀虫剂的重要卷(19]。一个线性回归表明这个强度测量和负相关指示器(R = 0.264),但这种关系并不显著。因此,没有明确的证据表明被发现差异是由于农药污染和不一般的河下降。

盐度,特别是盐度增加,已被确定为一个环境问题在南非;它有可能影响农药影响虽然也以增加下游农业返回流(20.,21]。原位水质测量表明,EC、TDS和pH值一般增加下游灌溉计划,而氧气和温度参数类似的网站。因此,指标也与欧共体在各种网站,以确定是否有任何与盐度的交互。的EC的回归分析指标(数据2 (c)和2 (d)结果显示无显著关系使用欧亚数据库使用澳大利亚数据库结果却显示与EC显著相关。以前,当使用澳大利亚数据库之间没有交互效应EC和枪在澳大利亚被发现在温带环境(22]。回归分析的指标(数据2 (e)和2 (f)基于澳大利亚数据库提出了确定指标是可行的检测由于盐度大型无脊椎动物群落结构的变化。没有出现在比较关系EC(图2 (e)(图)以及SASS5结果2 (f))。

本研究在南非的空间尺度上是相对较小的欧洲研究相比,即使网站位于不同气候和生态区。系统中使用的生物性状特征将对农药的效果。无数验证研究(在欧洲各地区)矛系统表明,敏感的农药污染,相对独立的非生物因素,适用不同生物地理学在欧洲地区(8- - - - - -10,23,24)以及在澳大利亚(11)和阿根廷(18]。在大多数这些研究可以区分农药和其他压力的影响以及自然变化在大空间尺度上(11]。然而,在我们的研究中(尽管这是一个小样本大小)很难区分杀虫剂和其他混杂因素的影响和其他栖息地的修改和水质变化,即。、富营养化和盐渍化(SASS5生物指数衡量)。

枪系统的标准之一是基于生物杀虫剂的敏感性得分,尤其是杀虫剂。然而,许多杀虫剂(和其他杀虫剂)有不同的行动模式,影响生物杀虫剂的敏感性。这就提出了问题的有效性的矛25]。首先,敏感性得分并不足以反映分类单元中发现Afrotropical或半干旱亚热带系统。澳大利亚和欧亚数据库之间的差异在这个研究可能归因于两大洲之间的不同的敏感性。然而,最近的研究表明,敏感性的差异可能是有限根据类群和使用的化学物质(26,27]。其次,是系统足够灵敏检测农药特定的信号而不是一般的大型无脊椎动物社区生态系统内的压力?潜在的压力源主要选择的地点在本研究包括盐度,营养,和栖息地的改变(28]。SASS5结果和农药的相关强度测量表明,指标可能有助于说明农药对水生群落的影响虽然在这项研究中并没有显著的关系。EC的负相关表明,盐度与杀虫剂的交互影响。一些研究把盐度之间的相互作用与农药使用矛系统(22]。在澳大利亚的研究并没有发现任何证据表明盐度之间的交互和杀虫剂,但它确实表明,盐度和杀虫剂是影响大型无脊椎动物群落结构的主要因素。

第三,矛系统通常只看的急性影响杀虫剂和一定不是慢性影响。最近,Rico和van den边缘(25)开发了一个方法来评估相对灵敏度的大型无脊椎动物五种不同的杀虫剂类(有机磷、拟除虫菊酯、氨基甲酸盐、有机氯和烟碱类)(Rubach et al . 2010年)有四个不同的行动模式。方法还包括相对灵敏度的关系选择生物性状是重要的短期对杀虫剂的敏感性。此外,生物特征的研究,负责大型无脊椎动物种群的恢复。这些指标被用来设计一个排名系统标识脆弱的类群,应该被包括在更高层次的风险评估(25),

评估盐度影响大型无脊椎动物群落结构相似的农药,谢弗et al。11)还编译一个导致盐度特征数据库系统。的系统显示与对数关系相当高的电导率(EC)作为现场监控数据的盐度测量从维多利亚和南澳大利亚11]。其他生物指数与对数EC没有任何明显的关系。此外,指数没有任何明显的响应其他水质参数指示对盐度的选择性(11]。Van den边缘等。7)还表示,指标是一种很有前途的工具作为社区或特征的指标反应的大型无脊椎动物河社区盐度变化的驱动程序。在未来,方法应该更广泛地测试其有效性在南非作为许多系统已经经历盐渍化或未来的盐渍化的风险。然而,与系统,为盐度特征数据库应用系统时将一个重要的考虑因素。

杀虫剂对大型无脊椎动物的影响在南非过去一直缺乏研究[29日),因此数据库用于推导出矛指数得分应该改进。在许多情况下杀虫剂的分析是不确定的,由于高水平的检测,混杂因素,成本,和人力资源。枪系统表示承诺识别农药接触使用的大型无脊椎动物社区克服前面提到的许多因素。然而,更多的研究和微调的具体特征数据库需要使用成功。目前,农药无脊椎动物特征相关的信息是极其有限;虽然更多的信息是可用的无脊椎动物特征和盐度(30.),因此研究的适用性还应该增加在未来。改进特征数据库中应该关注出版数据库可用,包括不同的特征,增加分类单元,和生活阶段以及压力应对的各种特征。除了改善特征数据库,van den边缘等。31日)表示,改善这些特征应该叫实验方法的有效性分析,以确定他们对各种物理和化学的反应压力(自己)相结合。之间的比较也应该让现有的风险评估,利用生态毒理学和bioassessment方法(15,16)这叫实验的局限性和优势评估可以进一步细化。

数据可用性

使用的所有数据在这个手稿生成在这个研究。欧洲和亚洲的矛数据库访问在线www.systemecology.eu /枪/。

信息披露

表达的观点和结论抵达作者的,不一定是归因于国家研究基金会(NRF)。这是贡献260号西北大学的研究小组(NWU)水。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢国家研究基金会(NRF),约翰内斯堡大学和西北大学的资助。作者感谢M费雷拉博士,费雷拉,Z维瑟博士R嘉宝,N度,博士和K Malherbe取样和分析的项目。这是贡献260号西北大学的研究小组(WRG) (NWU)水。

引用

1. j·r·卡尔和e·w·楚恢复生活在运行水域:更好的生物监测岛出版社,华盛顿特区,1999年。
2. n Bonada:傻瓜,v . h .水泥柱和b . Statzner”发展水生昆虫生物监测:最近的比较分析方法,”年度回顾的昆虫学,51卷,第523 - 495页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. c·w·s·狄更斯和p . m . Graham,”南非评分系统(SASS)版本5快速bioassessment河流的方法,”非洲的水生科学》杂志上,27卷,不。1、1 - 10,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. f . Kilonzo f . o . Masese a . Van Griensven w . Bauwens j . Obando和p . n . l .镜头,“时空变异性的水质和macro-invertebrate组合上马拉河盆地,肯尼亚,“地球的物理和化学卷,67 - 69,93 - 104年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. l . t . Kaaya j . a .天,h·f·达拉斯,“坦桑尼亚河评分系统(TARISS):一个macroinvertebrate-based生物指数快速bioassessment的河流,”非洲的水生科学》杂志上,40卷,不。2、109 - 117年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. w·Malherbe诉Wepener, j . h . j . van Vuren“人为空间和时间变化的水栖大型无脊椎动物组合低Mvoti河,夸祖鲁-纳塔尔南非,”非洲的水生科学》杂志上,35卷,不。1,13-20,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. p . j . Van den边缘,d·j·贝尔德h·j·m·Baveco和a·福克”traits-based的使用方法和生态(toxico)逻辑模型推进化学品的生态风险评估框架,“综合环境评估和管理,9卷,不。3,pp. e47-57, 2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. m .谎言和p . c . Von Der咸宁”分析农药对无脊椎动物社区流的影响,“环境毒理学和化学,24卷,不。4、954 - 965年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. m·a . Beketov和m .谎言”,一个指标的影响有机毒物在激流的无脊椎动物社区:独立混杂环境因素在一个广泛的河流连续体,“环境污染,卷156,不。3、980 - 987年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. r·b·谢弗t . Caquet k . Siimes r·穆勒l . Lagadic和m .谎言”杀虫剂对群落结构和生态系统功能的影响在农业的三个生物地理学区域在欧洲,“科学的环境,卷382,不。2 - 3、272 - 285年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. r·b·谢弗b . j . Kefford l .冰水et al .,“流无脊椎动物的特征数据库的生态风险评估单、盐度和杀虫剂的澳大利亚东南部,”科学的环境,卷409,不。11日,第2063 - 2055页,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. e . Malaj g . Guenard r·b·谢弗和p . c . Von Der咸宁”进化模式和物理化学性质解释大型无脊椎动物对重金属的敏感性,”生态应用程序,26卷,不。4、1249 - 1259年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. m .谎言:诉要,b . j . Kefford”金属毒性影响掠夺性流无脊椎动物小于其他功能性喂养组,“环境污染卷,227年,第512 - 505页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. m .谎言、r·b·谢弗和c·a·施里弗”农药的足迹压力communities-Species特征揭示社区毒物的影响,“科学的环境,卷406,不。3、484 - 490年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. t . m . Ansara-Ross诉Wepener, p . j . Van Den边缘,和m·j·罗斯,“概率风险评估农药的环境影响的鳄鱼(西方)Marico流域,西北省,“水山,34卷,不。5,637 - 644年,2008页。视图:谷歌学术搜索
16. w . Malherbe, j·h·j·范·Vuren诉Wepener”的初步风险评估常用农药使用PRIMET和补农药风险模型在半干旱的亚热带地区,”水山,39卷,不。5,599 - 610年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. m·a·Beketov k . Foit r·b·谢弗et al .,“矛表明农药影响流-比较使用的物种——和家庭层面上生物监测数据,”环境污染,卷157,不。6,1841 - 1848年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. l·亨特,c .博内托已经n Marrochi et al .,“物种(枪)风险指数表明杀虫剂对大豆生产的流无脊椎动物社区的影响区域的阿根廷潘帕斯草原,“科学的环境卷,580年,第709 - 699页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. a . m . Raschke和a·e·c·汉堡”,风险评估作为一个管理工具用于评估农药的使用在一个灌溉系统的影响,位于半沙漠地区,”环境污染和毒理学的档案,32卷,不。1,42-49,1997页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. g·沃尔什和诉Wepener”,土地利用对水质的影响和硅藻群落结构在城市和农业强调河流”水山,35卷,不。5,579 - 594年,2009页。视图:谷歌学术搜索
21. g . c . du Preez诉Wepener h . Fourie和m . s . Daneel”灌溉水质和作物生产的威胁:评估鳄鱼的状态(西方)和Marico集雨、南非,”环境建模与评估,卷190,不。3,2018。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. e . Szocs b . j . Kefford r·b·谢弗,”有一个交互的盐度和杀虫剂的影响大型无脊椎动物的群落结构?”科学的环境卷,437年,第126 - 121页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. j·j·拉斯穆森,p . Wiberg-Larsen a . Baattrup-Pedersen n .弗里和b . Kronvang”流影响大型无脊椎动物栖息地结构响应杀虫剂,”环境污染卷,164年,第149 - 142页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. p . Orlinskiy r . Munze m . Beketov et al .,“森林河流源头减轻农药对大型无脊椎动物群落的影响:机制和量化,”科学的环境卷,524 - 525,115 - 123年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. Rico和p . j . Van den边缘,”评估水生无脊椎动物基于内在脆弱性杀虫剂敏感性,生物特征,和有毒的行动模式,”环境毒理学和化学,34卷,不。8,1907 - 1917年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. e·t·c·刘,m . m . n .容n . e . Karraker和k . m . y Leung)”是一个评估因子10适当考虑化学毒性的变化在不同的热条件下淡水冷血动物吗?”环境科学与污染研究,21卷,不。1,第104 - 95页,2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. z . Wang k·w·h·郭g . c . s .他et al .,”之间的区别温带和热带海水物种的急性敏感化学品是相对较小的,”光化层卷。105年,31-43,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. w·Malherbe诉Wepener, j . h . j . Van Vuren”大规模的灌溉计划的影响鱼类群落结构和完整的亚热带水系在南非,”生态指标卷,69年,第539 - 533页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. t . m . Ansara-Ross诉Wepener, p . j . van den边缘,和m·j·罗斯,“杀虫剂在南非的新鲜水域。”非洲的水生科学》杂志上,37卷,不。1,硕士论文,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. b . j . Kefford c·g·帕尔默,d . Nugegoda”相对耐盐碱的淡水从东南东开普省大型无脊椎动物,南非与Barwon流域相比,维多利亚,澳大利亚,”海洋和淡水研究卷,56号2、163 - 171年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. p . j . Van den边缘,a·c·亚历山大·m·Desrosiers et al .,“Traits-based bioassessment和生态风险评估方法:优势,弱点,机会和威胁,”综合环境评估和管理,7卷,不。2、198 - 208年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2018年威纳德Malherbe等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。