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 Study of pesticide effects on non-target organisms
Please use this identifier to cite or link to this item http://hdl.handle.net/10773/959

title: Study of pesticide effects on non-target organisms
authors: Marques, Catarina Pires Ribeiro Ramos
advisors: Gonçalves, Fernando José Mendes
Pereira, Ruth Maria de Oliveira
keywords: Biologia
Ecotoxicologia
Pesticidas
issue date: 2009
publisher: Universidade de Aveiro
abstract: A utilização insustentável de pesticidas, especialmente em zonas com elevado valor ecológico constitui uma ameaça à integridade dos ecossistemas. Sendo um problema à escala mundial, e também no contexto nacional, o presente trabalho pretende ser um contributo para a avaliação dos efeitos de pesticidas em organismos não alvo terrestres e, principalmente, aquáticos, em contextos de progressiva relevância ecológica. Neste sentido, o estudo foi direccionado para áreas (A1 e A2) integradas numa zona agrícola extensa em Portugal, utilizada para a produção de milho e, principalmente, de arroz (Baixo Mondego), a qual sustenta uma elevada biodiversidade. O estudo teve início na área A1, onde a monitorização físico-química e os ensaios com amostras naturais (ensaios WET - whole effluent tests) provenientes desta área evidenciaram que, apesar da ausência de pesticidas, as amostras de água colhidas no canal que atravessava os arrozais foram as mais nocivas para o crescimento de Pseudokirchneriella subcapitata e Chlorella vulgaris. Uma vez que outras fontes de contaminação (produção de gado) actuavam em A1, o estudo prosseguiu apenas na área A2. Assim, em A2, começou-se por determinar a toxicidade individual e da mistura de dois herbicidas formulados aplicados nos campos de arroz (Viper®) e milho (Mikado®) em condições laboratoriais. Viper® foi o herbicida mais tóxico, tanto para o crescimento de P. subcapitata e C. vulgaris, como para a sobrevivência, reprodução e crescimento de Daphnia longispina e Daphnia magna. Adicionalmente, estimou-se que a mistura Viper®/Mikado® induz efeitos antagonistas no crescimento de P. subcapitata e efeitos sinérgicos no crescimento de C. vulgaris e na sobrevivência dos dafnídeos. A avaliação da toxicidade destes herbicidas formulados e seus ingredientes activos no comportamento de minhocas terrestres (Eisenia andrei), usando solos naturais, demonstrou que Viper® e penoxsulam causaram uma % de evitamento superior nos organismos expostos. Contudo, o risco para E. andrei será à partida reduzido se as taxas de aplicação dos herbicidas forem respeitadas. Ensaios WET foram novamente usados para testar amostras naturais da área A2. Verificou-se que a qualidade do sistema aquático e do arrozal diminuiu durante a estação agrícola, em paralelo com a presença de nutrientes e pesticidas. O crescimento algal foi inibido, apesar dos parâmetros de história de vida dos dafnídeos terem sido estimulados. O resultado desta avaliação subestimou, em certos casos, os impactos reais causados pela aplicação de pesticidas. A avaliação in situ simultânea à aplicação de herbicidas nos arrozais demonstrou que os efeitos registados foram de facto restritos aos pulsos de herbicidas. A inibição das taxas de alimentação de D. longispina e D. magna forneceram um sinal precoce de alterações no sistema, seguido pela diminuição da sua sobrevivência e do crescimento de P. subcapitata. Em suma, as diferentes fases da avaliação efectuada confirmaram a existência de condições desfavoráveis devido às práticas agrícolas, reforçando a necessidade de se conjugar ensaios laboratoriais com avaliações in situ de maior relevância ecológica, para reduzir o grau de incerteza aliado à determinação dos riscos.

The unsustainable use of pesticides, especially in areas with strong ecological value, still threatens the integrity of ecosystems. Being a worldwide problem, also with impact at the national level, the present work pretends to be a contribution for the evaluation of pesticide effects on terrestrial and, particularly, freshwater non-target organisms, following a stepwise approach with increasing ecological relevance. As a way to increase the environmental relevance of the work, some tasks targeted sub-areas (A1 and A2) of an extensive Portuguese agricultural area used for corn and, especially, rice production (Lower Mondego river Valley), which sustain a high biodiversity. The study begun in A1 sub-area. The physico-chemical scrutiny and whole effluent toxicity (WET) assays with the algae Pseudokirchneriella subcapitata and Chlorella vulgaris showed that, in spite of the absence of pesticides in natural samples, water samples from the canal crossing the rice fields in A1 were the most harmful for the growth of both algae species. Once A1 was constrained by other contamination sources (upstream husbandry areas), it was dismissed from the subsequent work, which was directed to A2. The study in A2 started with the evaluation of the single and mixture toxicity of two formulated herbicides applied in rice (Viper®) and corn (Mikado®) fields, under standard conditions. Viper® was the most toxic herbicide, both for P. subcapitata and C. vulgaris growth and for the immobilisation, reproduction and growth of Daphnia longispina and Daphnia magna. The mixture Viper®/Mikado®, under realistic environmental levels, is expected to cause antagonistic effects on P. subcapitata growth and synergistic effects on C. vulgaris growth, as well as on the immobilisation of daphnids. Furthermore, the toxicity screening of these formulated herbicides and their active ingredients on the behaviour of a terrestrial earthworm (Eisenia andrei) using natural soils showed that Viper® and penoxsulam induced higher % of avoidance in exposed organisms. However, the risk for E. andrei will be apparently low, if the application rates of herbicides are respected. The toxicity screening of natural samples from A2 (WET assays with water and sediment and soil elutriates) indicated that the aquatic/paddy system quality declined during the cropping season, due to the enhanced input of nutrients and pesticides. This led to inhibitory effects on microalgae growth, while the lifehistory traits of daphnids were stimulated. This semi-field evaluation was somehow overprotective relatively to the real impacts triggered by intermittent pesticide pulses. Indeed, the in situ assessment performed simultaneously to the application of herbicides in rice fields proved that the strongest effects were fairly restricted to the pulses of herbicides. Consistently, the in situ decline of D. longispina and D. magna feeding rates gave an early sign of stress, followed by the decrease on their survival and on P. subcapitata growth. Overall, through the evaluating tiers it was possible to confirm the existence of hazardous conditions associated with the farming practices, hence reinforcing the need for conjugate laboratory with in situ evaluations, presenting higher ecological relevance, in order to reduce the uncertainty level of risk determination linked to pesticide use.
description: Doutoramento em Biologia
URI: http://hdl.handle.net/10773/959
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