Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/91061
Title: Novel Approaches and Future Directions for Pesticide Ecological Risk Assessment to In-Soil Fauna
Other Titles: Novas abordagens e futuras direcções para a avaliação dos riscos ecológicos dos pesticidas na fauna do solo
Authors: CARNIEL, LETICIA SCOPEL CAMARGO
Orientador: Filho, Osmar Klauberg
Sousa, Jose Paulo Filipe Afonso de
Keywords: Soil ecotoxicology; Pesticides; PPPs; Ecological risk assessment; Collembolans; Enchytraeids; Earthworms
Issue Date: 9-Jul-2019
Abstract: The aim of the present work was to improve the ecological risk assessment (ERA) of plant protection products (PPPs) to in-soil fauna in European Union based on the new Scientific Opinion of European Food Safety Authority (EFSA) (2017) and to execute the same approach in Brazilian scenarios. The tiered approach, which modes from more protective to higher complexity tests was used. Bravonil 500® (500 g.L-1 chlorothalonil) and Lorsban 480® (480 g.L-1 chlorpyrifos) were used as model PPPs. In the lower tier, reproduction laboratory tests with eleven in-soil organisms (five collembolans and six oligochaete species) were performed using ISO and OECD standard protocols with adaptations when necessary. Effect concentrations to 10% (EC10) and 50% (EC50) of the tested species were estimated and has been used on the first intermediate tier to elaborate the species sensitivity distribution (SSD) curves. These allowed to estimate the hazard concentrations (HC) assumed to protect 95% (HC5) or 50% (HC50) of the Collembola and Oligochaeta species. In a second intermediate tier, microarthropod community tests in Mediterranean soil using native organisms under laboratory conditions were performed. Besides of toxicity data, exposure was also estimated though PPPs predicted environmental concentrations (PECs) in soils considering European and Brazilian scenarios. Toxicity-exposure ratios (TER) were determined and compared with the trigger values to estimate the potential risk for these organisms. Finally, mesocosms tests in terrestrial model ecosystem (TME) using subtropical soil from Brazil were executed as a surrogate higher tier. For these experiments two different application scenarios were considered: 1) continued application (2x) based on the general agricultural procedures for soybean crop application; 2) single application, estimated based on Europe’s ERA instructions for higher tier testing. Lower tier chlorothalonil results to collembolans indicates the higher EC10 to the standard Folsomia candida (2.44 mg a.i. kg-1). However, there were overlaps on confidence interval to all tested species, indicating similar sensitivity to this fungicide. Among oligochaetes EC10 data, Eisenia andrei did not present a protective value for all tested species (22.69 mg a.i. kg-1). Chlorpyrifos was highly toxic to all collembolans tested (EC10 < 0.004 mg a.i. kg-1). Among oligochaetes, E. andrei was the least sensitive species in EC10 data (5.2 mg a.i. kg-1). The non-protectiveness of E. andrei when estimating risk to all oligochaetes species is clear in the SSDs approach (chlorothalonil: HC5: 2.98 and chlorpyrifos: HC5: 0.084 mg a.i.kg-1). The lower tier must be the most protective step in ERA, which was not observed to oligochaetes in the present work. Microarthropod community tests pointed to similar results to those found in the SSDs approach for collembolans (chlorothalonil: EC20: 1.90 – 9.36 and chlorpyrifos: EC20: 0.0020 - 0.024 mg a.i. kg-1), corroborating risk prediction in laboratory tests to Collembola species. Results indicates that the used approach to test for microarthropod communities could be useful as an intermediate tier. However, standardization is still necessary, due the high variability in dataset, mainly due to mites. Higher tier though TMEs tests showed a population reduction of microarthropods due to both products, even at the lowest concentrations tested, regardless the exposure scenario. Results also indicated an absence of recovery eight weeks after application (Bray-Curtis dissimilarity > 35%). Effects on earthworms in TMEs were not observed due the low number of organisms. No effects has been observed in enchytraeids either. The previous tiers were capable of predicting risks, which were still detected at higher tier, mostly for collembolans. EFSA (2017) suggestions to estimate PPPs risks to in-soil fauna are suitable on ERA and the proposed approaches for intermediate tiers could help risk assessors and management. At Brazil, it is suggested to change the current regulation shifting from acute testing towards the adoption of chronic reproduction tests and the addition of more species than just E. andrei. Not only the acute test have been highlighted as inefficient in predicting risks, this earthworm species was not the most sensitive species to both products in lower and intermediate tiers with SSDs. Furthermore, research in dissipation time (DT) of PPPs in Brazilian soils are immediately necessary to estimate accurate PEC values under different scenarios to better predict PPPs risks.
Os agrotóxicos são moléculas utilizadas para proteger os cultivos agrícolas de pragas e doenças. Contudo, esses produtos podem apresentar efeitos adversos indesejados em organismos não-alvo. O objetivo deste trabalho foi contribuir para aprimorar a análise de risco ecológica (ARE) de agrotóxicos para a fauna do solo na União Europeia (EU) com base na nova Opinião Científica da European Food Safety Authority (EFSA) (2017) e executar a mesma abordagem de ARE para cenários brasileiros, verificando a possibilidade de utilização do modelo Europeu para o Brasil. Foi utilizada a abordagem de tiers, etapas que avançam de testes mais protetivos para ensaios de maior complexidade, com dois produtos comerciais: o fungicida Bravonil 500 (500 g.L-1 clorotalonil) e o inseticida Lorsban 450 (450 g.L-1 clorpirifós). No lower tier foram elaborados ensaios laboratoriais de reprodução com onze espécies de invertebrados de solo (cinco colêmbolos e seis oligoquetas) utilizando protocolos ISO e OECD com adaptações quando necessário. Os ensaios resultaram em concentrações de efeito (CE) para 10% e 50% das populações que foram utilizadas em um primeiro tier intermediário, na elaboração de species sensitivity distribution (SSD) curves. Em seguida, também foram calculados valores de hazard concentration (HC) para proteção de 95% (HC5) ou de 50% (HC50) das espécies de colêmbolos e oligoquetas. Para um segundo tier intermediário foram conduzidos ensaios de comunidade de microartrópodes com solo natural de clima temperado (Portugal) e fauna nativa em condições de laboratório. Além dos dados de toxicidade, a exposição dos organismos também foi estimada por meio das PECs (predicted environmental concentrations) dos agrotóxicos em solos para cenários Europeus e Brasileiros. Os dados de toxicidade e de exposição permitiram estimar as TERs (toxicity-exposure ratio). Quando esses valores são comparados a um nível de proteção (trigger value) o risco pode ser, enfim, estimado. Finalmente, foram executados ensaios em mesocosmos, utilizando terrestrial model ecosystem (TMEs) com solo subtropical (Brasil) como proposta de higher tier. Para esses experimentos, concentrações de contaminação foram estimadas por meio de diferentes cenários: 1) aplicação continuada (2x) estimado conforme aplicação dos produtos em campo na cultura da soja; 2) aplicação única, estimada por modelagem matemática conforme o executado na análise de risco da União Europeia para o higher tier. Resultados do clorotalonil em lower tier com colêmbolos indicaram que a espécie padrão mais utilizada, Folsomia candida, apresentou o maior CE10 (2.44 mg i.a. kg-1), no entanto, os intervalos de confiança de todas as espécies se sobrepuseram, indicando uma sensibilidade similar. Quanto aos oligochaetas, Eisenia andrei, não apresentou valores de CE que fossem suficientemente protetivos aos outros organismos testados (CE10: 22.69 mg i.a. kg-1). O clorpirifós apresentou uma alta toxicidade a todos os colêmbolos (CE10 < 0.004 mg i.a. kg-1) e entre as oligoquetas, E. andrei foi o organismo com menor sensibilidade quanto aos dados de CE10 (5.2 mg i.a. kg-1). A falha da espécie de oligoqueta utilizada atualmente na ARE em proteger o grupo taxonômico ao qual pertence é evidenciada pelas SSDs (clorotalonil: HC5: 2.98 e clorpirifós: HC5: 0.084 mg i.a. kg-1), levando em consideração que uma etapa intermediária não deveria ser mais sensível que a etapa preliminar (lower tier). Os ensaios de comunidades tiveram resultados semelhantes aos das SSDs para os colêmbolos (clorotalonil: CE20: 1.90 – 9.36 e clorpirifós: CE20: 0.0020 - 0.024 mg i.a.kg-1) confirmando a previsão de risco dos ensaios laboratoriais para esse grupo. Os resultados indicam que essa metodologia pode ser utilizada como um tier intermediário, mas uma padronização ainda é necessária devido à alta variabilidade verificada, especialmente para os ácaros. Os resultados de higher tier apontam reduções das populações nativas na presença dos dois agrotóxicos, mesmo na concentração mais baixa testada em diferentes cenários de exposição, indicando riscos e ausência de recuperação, especialmente para os colêmbolos, mesmo oito semanas após a contaminação (dissimilaridade de Bray-Curtis > 35%). Possíveis riscos para as minhocas em TMEs não puderam ser verificados devido ao baixo número de indivíduos presentes. Não houve efeitos dos produtos para os enquitreideos de acordo com a metodologia utilizada. Verificou-se ainda que os tiers anteriores foram capazes de prever o risco, que não foi reduzido avançando nas etapas da ARE. As sugestões da opinião científica da EFSA (2017) para mensurar o risco dos pesticidas à fauna do solo são pertinentes, e a adoção de etapas intermediárias pode auxiliar legisladores e reguladores de risco na Europa. Para o Brasil, sugere-se a adoção legislativa de ensaios crônicos de reprodução ao invés de ensaios agudos de letalidade com outras espécies além de E. andrei. Além dessa estimativa ser apontada como ineficiente, a espécie não foi o melhor indicador de toxicidade dos dois produtos aos oligoquetas em lower tier e no tier intermediário com SSDs. Também se sugere o estudo de tempo de dissipação (DT) de agrotóxicos em solos brasileiros para melhores estimativas do risco dos produtos. Sem esses dados torna-se inviável a análise de risco por meio da abordagem em tiers utilizada na Europa, uma vez que as estimativas de exposição para os cenários brasileiros com os dados oficiais existentes são irreais.
URI: http://hdl.handle.net/10316/91061
Rights: openAccess
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