Effects of two new generation pesticides on two soil invertebrate species

Dissertação de Mestrado em Biologia apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaAs a result of the great population growth, search for food is continuously increasing. Plagues and pests are one of the biggest threats to agriculture productivity and so use of pesticides to combat them have become frequent and is increasing its scale. Amongst the latest pesticides on the market, Chlorantraniliprole is the first commercialized insecticide of a new chemical class, anthranilic diamides, and Spirotetramat is a systemic foliar insecticide belonging to the tetronic acid family.In virtue of the few data available in literature about adverse effects from the usage of such pesticides, this work was developed with the main objective of evaluating their toxicity in reproduction of three soil invertebrates (E. crypticus, H.aculeifer and O. nitens). It was also intended to adapt a standard test for the predatory mite species H. aculeifer, considering more realistic exposure pathways to the contaminant and to contribute cultivation methodologies and assays with the species O. nitens, recently used in ecotoxicological tests.A natural soil collected at Herdade Freixo do Meio (Alentejo, Southern Portugal) was used in all assays (except in one of the O. nitens assays where a Canadian soil was used), and for each insecticide the same range of 5 increasing concentrations was defined: 4, 13, 45, 150 and 500 mg i.a. / kg for O. nitens and E. crypticus species; and 13, 45,150, 300 and 500 mg i.a / kg for H. aculeifer.The assays were conducted according to ISO and OECD standards or based on other published work as in the case of O. nitens that do not currently have a defined protocol.In one of the H. aculeifer assays, an adaptation was made from the standard test using an extra contamination pathway (other than soil), named supplied food contamination during the assay (Tyrophagus putrescentiae mites).The results showed that none of the tested species was negatively affected by Clorantriniliprole contamination. Regarding Spirotetramat, it showed toxicity only for the H. aculeifer mite, although in very high doses when compared to recommended doses. The following ecotoxicological parameters were calculated: EC50 of 313 mg / kg for standard assay and EC50 of 280 mg / kg for soil and food contamination assay.In this last assay, a slightly higher toxicity was observed when compared to the standard assay, suggesting that toxicity could be underestimated when considering only soil contamination pathway. The generated data contribute to a possible future adaptation on the current protocol thought the inclusion of this more realistic exposure pathway (food contamination).The O. nitens species presented low reproduction in all assays, indicating a possible optimization requirement for laboratorial maintenance of the culture and also the current protocol validation criteria, which is under validation phase (“ring-test”). Apparently, this results show no negative effects of these insecticides to soil. However, previous studies have already shown their high toxicity in aquatic environment, therefore, more data are needed to establish its imminent danger to the environment, specially the aquatic life, and subsequently define safe use dosages.Devido ao grande crescimento populacional, a procura de alimentos tem vindo a aumentar continuamente. As pragas e pestes são das maiores ameaças à produtividade agrícola pelo que a utilização de pesticidas para as combater tornou-se frequente e cada vez em maior escala.De entre os pesticidas mais recentes no mercado encontra-se o Clorantraniliprol, o primeiro inseticida comercializado de uma nova classe química, as diamidas antranílicas, e o Espirotetramato, um inseticida foliar sistémico pertencente à família dos ácidos tetrónicos. Devido à pouca quantidade de dados na literatura sobre os efeitos adversos decorrentes da utilização destes pesticidas, este trabalho foi desenvolvido com o objetivo principal de avaliar a toxicidade dos mesmos na reprodução de três invertebrados do solo (E. crypticus, H.aculeifer e O. nitens). Pretendeu-se também adaptar um teste-padrão para a espécie de ácaro predador H. aculeifer, considerando vias de exposição ao contaminante mais realistas e contribuir com metodologias de cultivo e de ensaios com a espécie O. nitens, recentemente utilizada em testes ecotoxicológicos.Um solo natural, recolhido na Herdade Freixo do Meio (Alentejo, Sul de Portugal) foi utilizado em todos os ensaios (Exceto em um dos testes com O. nitens onde foi utilizado um solo Canadiano), e para cada inseticida foi definida uma mesma gama de 5 concentrações crescentes: 4, 13, 45, 150 e 500 mg i.a/kg para as espécies O. nitens e E. crypticus; e 13, 45,150, 300 e 500 mg i.a/kg para os H. aculeifer.Os ensaios foram realizados de acordo com normas ISO e OCDE ou baseadas em outros trabalhos publicados como no caso dos O. nitens que ainda não possuem um protocolo definido.No caso de um dos ensaios com H. aculeifer, foi realizada uma adaptação do teste-padrão, utilizando uma via de contaminação extra (além do solo), nomeadamente contaminação da comida fornecida durante o teste (ácaros da espécie Tyrophagus putrescentiae). Os resultados demonstraram que nenhuma das espécies testadas foi negativamente afetada pela contaminação por Clorantriniliprol. Quanto ao Espirotetramato, este apresentou toxicidade apenas para o ácaro H. aculeifer mas em doses bastante altas quando comparadas as doses recomendadas. Foram calculados os seguintes parâmetros ecotoxicológicos: valor de EC50 de 313 mg/kg, para o teste-padrão e EC50 de 280 mg/kg, para o ensaio com solo e comida contaminada.Neste último teste, foi observada uma toxicidade ligeiramente maior que a do teste-padrão, sugerindo que a toxicidade pode ser sub-estimada quando se considera apenas a via de contaminação do solo. Os dados obtidos constituem uma contribuição para uma possível futura adaptação do protocolo em vigor, através da inclusão desta via de exposição mais realista (através da comida).A espécie O. nitens apresentou baixa reprodução em todos os testes indicando uma possível necessidade de otimização quer da manutenção laboratorial da cultura quer dos próprios critérios de validade protocolo atual, que se encontra em fase de validação (“ring-test”).Aparentemente esses resultados mostram não haver efeitos nefastos desses dois inseticidas para o solo. Contudo, estudos já mostram sua alta toxicidade no ambiente aquático, assim, são necessários mais dados para definir seus perigos iminentes para o meio ambiente, principalmente para a vida aquática e, posteriormente, definir doses seguras de uso