Combined effects of chemical and natural stressors to soil organisms and plants

Abstract

Nas últimas décadas, a Terra tem experimentado um aquecimento global e mudanças nos padrões de precipitação. Muitos estudos sobre a avaliação de risco de agrotóxicos em organismos não-alvo foram realizados com base em protocolos padronizados, com condições abióticas controladas. Mas, em campo, os organismos são expostos a flutuações de vários fatores ambientais, bem como a poluentes, que podem alterar os limites de tolerância dos organismos aos stressores naturais, bem como alterar a toxicidade ou biodisponibilidade do químico em causa. Considerando isso, o principal objetivo deste trabalho foi o de avaliar de que modo e em que medida os fatores ambientais (temperatura, humidade do solo e radiação UV) podem interagir uns com os outros ou afetar a toxicidade do carbaril para invertebrados do solo e plantas. Para isso, foram utilizadas quatro espécies padrão: Folsomia candida, Eisenia andrei, Triticum aestivum e Brassica rapa, e simulados diferentes cenários climáticos, com vários parâmetros letais e subletais analisados. A exposição combinada foi analisada utilizando, quando possível, a ferramenta MIXTOX, com base no modelo de referência de acção independente (IA) e possíveis desvios, assim como rácios sinergísticos/antagonísticos (a partir de valores de EC50/LC50), quando a dose-resposta de um dos stressores não foi obtida. Todos os fatores de stress aplicados isoladamente causaram efeitos significativos sobre as espécies testadas e sua exposição combinada com carbaril, apresentaram respostas diferenciadas: para as minhocas, a seca e temperaturas elevadas aumentaram os efeitos deletérios do carbaril (sinergismo), enquanto o alagamento e temperaturas baixas diminuíram sua toxicidade (antagonismo). Para os colêmbolos, o modelo IA mostrou ser uma boa ferramenta para prever a toxicidade do carbaril tanto para temperaturas altas como para as baixas. Para as duas espécies de plantas foram encontradas diferenças significativas entre elas: em termos gerais, as interações entre carbaril e os stressores naturais foram observadas, com sinergismo aparecendo como o padrão principal relacionado com a radiação UV, solos secos e temperaturas elevadas, enquanto o padrão principal relacionado com temperaturas baixas e stress de alagamento foi o antagonismo. Quando os efeitos de dois stressores naturais (radiação UV e humidade do solo) em plantas foram avaliados, uma interação significativa foi encontrada: a seca aliviou o efeito deletério da radiação UV em T. aestivum e o alagamento aumentou os seus efeitos, mas para B. rapa a adição de ambos os stresses de água causou um aumento (sinergismo) dos efeitos deletérios da radiação UV para todos os parâmetros avaliados. Portanto é necessário que as diferenças sazonais e latitudinais, bem como as mudanças climáticas globais, sejam integradas na avaliação de risco de contaminantes do solo.

In the last decades the Earth has been experiencing a global warming and changes in rainfall patterns. Many studies on risk assessment of pesticides on non target organisms have been performed based on standardized protocols, with controlled abiotic conditions, but, in field organisms are exposed to several environmental factors as well as pollutants, that may change the tolerance limits of organisms to natural stressors, as well as alter their toxicity or its bioavailability to organisms. Considering this, the main objective of this work, focused on how and to what extent environmental factors (temperature, soil moisture and UV radiation) may interact with one another or affect the toxicity of carbaryl to soil organisms and plants. For that, four standard species were used: Folsomia candida, Eisenia andrei, Triticum aestivum and Brassica rapa, different climatic scenarios were simulated and several endpoints were analyzed. The combined exposure was analyzed using, when possible, the MIXTOX tool, based on the reference model of independent action (IA) and possible deviations, but when the dose-response was not achieved; synergistic/antagonistic ratios were calculated from EC/LC50 values. All stressors applied alone caused significant effects on species tested and its combined exposure with carbaryl showed different responses: for earthworms, the drought and high temperature increased the deleterious effects of carbaryl (synergism), while flood and low temperature decreased its toxicity (antagonism). For collembola the IA model showed to be a good tool for predicting the toxicity of carbaryl both for low and high temperatures. For the two plant species significant differences between their responses were found. In general terms, the interactions between carbaryl and natural stressors in plants occurred with synergism showing up as the main pattern related to UV irradiation, dry soils and high temperature, while antagonism, the main pattern related with low temperature and flood stress. When the effect of two natural stressors was evaluated (UV radiation and soil moisture), a significant interaction was found: the drought alleviated the deleterious effect of UV radiation on T. aestivum and the flood increased its effects, but for B. rapa the addition of both water stresses caused an increase (synergism) of deleterious effects of UV radiation for all endpoints evaluated. Therefore it is necessary that the seasonal and latitudinal differences, as well as global climate change, are integrated into risk assessment of soil contaminants.