Assessing pesticide effects on macroinvertebrates under field relevant conditions

Shahid, Naeem; Ließ, Matthias Erwin Fritz (Thesis advisor); Schäffer, Andreas (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2020, 2021)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Die Verunreinigung von Gewässern mit Pestiziden kann aquatische Makroinvertebraten unterhalb der gesetzlich zulässigen Konzentrationen beeinträchtigen. Zugleich können niedrige Pestizidkonzentrationen die Anpassung von Organismen forcieren. Aquatische Organismen sind oft mehreren Stressoren ausgesetzt, die gleichzeitig oder nacheinander wirken, darunter Agrochemikalien und suboptimale Umweltbedingungen. Über die Auswirkungen von Pestiziden auf aquatische Makroinvertebraten unter feldrelevanten Bedingungen ist bisher nur wenig bekannt. Um die bestehende Risikobewertung zu verbessern, sollen in dieser Dissertation bedeutsame Faktoren für Pestizidwirkungen im Feld bewertet werden, die noch nicht hinreichend verstanden wurden. Die Dissertation trägt außerdem zum Verständnis der Anpassung an Pestizide sowie der Bewertung des toxischen Drucks auf Markoinvertebratengemeinschaften bei. Sie erweitert die Erkenntnisse in Bezug auf Interaktionen in Mixturen und die Rolle von Umweltstressoren für die ökotoxikologischen Wirkungen von Pestiziden. Um Umweltparameter zu identifizieren, die die Entwicklung der Pestizidtoleranz beeinflussen, wurde eine Felduntersuchung durchgeführt (Kapitel 2). Gammarus pulex wurden an 15 Standorten in Mitteldeutschland gesammelt, welche ein breites Spektrum von unkontaminierten bis hochkontaminierten Flüssen abdeckten. Populationen aus kontaminierten Bächen zeigten im Vergleich zu nicht exponierten Populationen eine dreimal höhere Toleranz gegenüber dem Insektizid Clothianidin. Diese Toleranz stieg mit zunehmender Entfernung zum nächstgelegenen nicht kontaminierten Schutzgebiet vom 2- auf das 4-fache. Demnach wurden der lokale toxische Druck und die Entfernung vom Schutzgebiet als wichtige Faktoren, die die Entwicklung von Pestizidresistenzen förderten, identifiziert. In der zweiten Untersuchung (Kapitel 3) wurde die Pestizid-Körperbelastung untersucht, um die Pestizid-Exposition und die möglichen Auswirkungen auf Süßwasserorganismen zu bewerten. Die Körperbelastungen des Krustentieres G. pulex wurden in äquivalente Pestizidkonzentrationen des Wassers umgerechnet und mit den beobachteten ökologischen Auswirkungen auf Süßwassermakroinvertebraten in Verbindung gebracht. Der von der Körperbelastung abgeleitete toxische Druck war erwies sich als zuverlässiges Instrument, um die Pestizidwirkung auf die Zusammensetzung der Makroinvertebratengemeinschaft und die Entwicklung der Insektizidtoleranz bei G. pulex zu erklären. Zum besseren Verständnis der Wirkung von multiplen Stressoren in der Umwelt (Kapitel 4) wurde die Wechselwirkung zwischen Nahrungsstress und einer Mischung aus einem Pyrethroid Esfenvalerat und Prochloraz untersucht. Zur Vorhersage der gemeinsamen Auswirkungen von multiplen Stressfaktoren wurden gängige Modelle, d.h. Effektaddition (EA), Konzentrationsaddition (CA) und Stressadditionsmodell (SAM), verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Stärke der Wechselwirkung zwischen Esfenvalerat und Prochloraz mit zunehmender Konzentration von Prochloraz zunahm. Die Kombination beider Pestizide mit zusätzlichem Nahrungsmittelstress verursachte selbst bei 1 µg/L Prochloraz stark synergistische Effekte. Darüber hinaus wurden die synergistischen Effekte von Pestiziden und Lebensmittelstress am besten mit dem SAMModell vorhergesagt. Die vierte Untersuchung trug zum Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen von verzögerten Wirkungen bei sehr geringer Pestizidbelastung im Feld bei (Kapitel 5). Die metabolische Reaktion von Daphnia magna, die bei suboptimaler Nahrungszufuhr einem Pyrethroid, Esfenvalerat, ausgesetzt war, wurde untersucht. Metabolischen Wirkungen wurden bereits bei extrem niedrigen Konzentrationen beobachtet und waren bei geringer Nahrungszufuhr noch stärker ausgeprägt. Hauptursächlich für extreme Stressbedingungen war die Wechselwirkung zwischen Nahrungsmangel und toxischem Druck, wodurch eine starke Reduktion verschiedener Metabolite verursacht wurde.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehr- und Forschungsgebiet System-Ökotoxikologie (UFZ Leipzig) [164120]