Assessing the ecology in ecotoxicology: a review and synthesis in freshwater systems

Abstract

The field of ecotoxicology is experiencing a surge in attention among ecologists as we gain a deeper appreciation for how contaminants can impact natural ecosystems. This interest is particularly strong in aquatic systems where many non-target organisms experience pesticides. In this article, we assess how pesticides affect freshwater systems by applying the conceptual framework of density-and trait-mediated indirect effects from the field of basic ecology. We demonstrate the utility of this framework for understanding the conditions under which pesticides affect species interactions, communities and ecosystems. Through the integration of laboratory toxicity tests and this ecological framework, ecotoxicologists should be better able to identify the mechanisms through which pesticides affect communities and ecosystems. We also identify several areas of research that are in critical need of empirical attention including synergistic effects between pesticides and natural stressors, the importance of pesticides on community assembly via habitat preferences and oviposition effects, the timing and frequency of pesticide applications, pesticide effects on population dynamics, the evolution of pesticide resistance in non-target organisms and ecosystem recovery. With this knowledge, one can improve upon management decisions and help protect nontarget species that are of conservation concern. Keywords Biodiversity, density-mediated indirect effects, ecosystem function, fungicide, herbicide, insecticide, trait-mediated indirect effects.Ecology Letters (2006) 9: 1157-1171 I N T R O D U C T I O NThe fields of ecology and toxicology have largely evolved as separate disciplines over the past century with unique journals, unique tools and a distinct jargon that has reinforced an allopatric evolution of ideas. While ecologists have focused on how biotic and abiotic factors affect species distribution and species interactions, toxicologists have traditionally focused on single-species toxicity tests. There is, however, the growing field of ecotoxicology, a name that naturally implies a hybrid of ideas and approaches from ecology and toxicology. Given that the number of ecotoxicological studies has experienced tremendous growth in the past decade, it is an excellent time to evaluate what we have learned. In this essay, we evaluate the study of ecotoxicology in freshwater systems, an arena that has received a great deal of research focus. In doing so, we examine how one can use general ecological theory to integrate ecology and ecotoxicology to better understand and conserve the ecology of aquatic systems.

Mitigating with macrophytes: Submersed plants reduce the toxicity of pesticide‐contaminated water to zooplankton

“…To compare the relative toxicity of a large number of insecticides directly, agencies responsible for registering and regulating pesticides worldwide (e.g., the U.S. Environmental Protection Agency [U.S. EPA], the Organisation for Economic Co-operation and Development [OECD], the American Society for Testing and Materials International [ASTM]) have established standardized testing guidelines designed to provide unambiguous cause and effect relationships by examining species in isolation of most biotic and abiotic environmental variation. However, there is a growing recognition not only that the environmental conditions are important in determining the outcome of toxicity tests, but also that they incorporate the reality of what organisms experience in nature [7][8][9].…”

Ecotoxicidade comparativa dos herbicidas da cana-de-acúcar para larvas de anfíbios

“…Após a aplicação, os pesticidas podem permanecer no substrato e em tecidos de organismos vivos ou ainda se volatilizar ou serem transportados pela água quando dissolvidos nesta e aderidos a partículas do solo em suspensão, com potencial de atingir lençóis freáticos e assim contaminar fontes de água potável (NIMMO & MCEWEN, 1994). A característica de alguns pesticidas serem voláteis ou solúveis em água confere a eles também uma ação a longas distâncias de onde foram aplicados, podendo causar danos a uma área intacta e remota (MACDONALD et al, 2000;FAO, 1996;SCHIESARI et al, 2007), sendo um dos meios pelos quais estes compostos alcançam os sistemas aquáticos (RELYEA & HOVERMAN, 2006;SCHWARZENBACH et al, 2006;MARTINELLI & FILOSO, 2008), ameaçando a saúde humana e diversos organismos dependentes deste sistema (SCHWARZENBACH et al, 2006;ANVISA, 2010).…”

“…Dependendo da sensibilidade das espécies à exposição e/ou ao contato com os pesticidas, estes podem ocasionar uma alta mortalidade, resultando em uma redução na densidade das espécies. Além disso, quando não ocorre um efeito letal, as espécies ainda podem estar sujeitas a efeitos subletais, tais como alterações no crescimento dos indivíduos, insucesso na reprodução, supressão da resposta imunológica, alterações fisiológicas, morfológicas e comportamentais, resultando assim em mudanças nas características das espécies (FAO, 1996;RELYEA & HOVERMAN, 2006). Por sua vez, ambos os efeitos sobre as espécies expostas aos pesticidas irão refletir diretamente ou indiretamente na estrutura das comunidades e consequentemente no funcionamento de todo um ecossistema (RELYEA & HOVERMAN, 2006).…”

“…Além disso, quando não ocorre um efeito letal, as espécies ainda podem estar sujeitas a efeitos subletais, tais como alterações no crescimento dos indivíduos, insucesso na reprodução, supressão da resposta imunológica, alterações fisiológicas, morfológicas e comportamentais, resultando assim em mudanças nas características das espécies (FAO, 1996;RELYEA & HOVERMAN, 2006). Por sua vez, ambos os efeitos sobre as espécies expostas aos pesticidas irão refletir diretamente ou indiretamente na estrutura das comunidades e consequentemente no funcionamento de todo um ecossistema (RELYEA & HOVERMAN, 2006). Para uma avaliação mais precisa dos efeitos diretos e indiretos dos pesticidas sobre as espécies, se faz necessário a realização de testes ecotoxicológicos, tanto em laboratório como em campo.…”

“…Dentre os tipos de teste mais realizados, há o teste de exposição aguda que tem como função avaliar os efeitos mais severos e rápidos dos compostos sobre os indivíduos expostos. As variáveis de resposta mais utilizadas são a mortalidade para peixes e anfíbios e a imobilidade para invertebrados, prevendo assim como os pesticidas podem interferir na densidade das espécies (RELYEA & HOVERMAN, 2006;ZAGATTO & BERTOLETTI, 2008). Usualmente os testes de exposição aguda realizados em laboratório apresentam duração de 48 ou 96h, seguindo protocolos padronizados e as características do ambiente e da solução em teste são estritamente controladas.…”