Effects of pollutants on population

Effects of pollutants on populations and communities

Hinh

Figure 12 .18 Changes in the status of hawks in relation to agricultural land use and organochlorine use . The agricultural map (left) indicates the proportion of tilled land , where almost all pesticide is used . The hawk map (right) shows the status of the species in different regions and time periods . Zone 1 , hawks survived in greatest numbers through the height of the ‘organochlorine era’ around 1960; population decline judged at less than 50% and recovery effectively complete before 1970. Zone 2, population decline more marked than in zone 1 , but recovered to more than 50% by 1970 . Zone 3 , population decline more marked than in zone 2 , but recovered to more than 50% by 1980 . zone 4 , population almost extinct around 1960, and little or no recovery evident by 1980. In general , population decline was most marked , and recovery latest , in areas with the greatest proportion of tilled land (based on agricultural statistics for 1966), Reproduced from Newton and Haas (1984), reproduced in Newton (1986), with permission from Academic Press.

and kestrels showed that there was a wide range of tissue dieldrin levels in individuals whose liver samples showed concentrations of 1 p.p.m or more. Death could be attributed to dorect dieldrin poisoning (on the grounds of high tissue residues = 10 p.p.m and symptoms of toxicity) in only a small proportion of the kestrels or hawks found dead during the period 1976-82. On the other hand , a substantial proportion had residues in the range 3-9 p.p.m , increasing the suspicion that sublethal effects were mor important than lethal ones (sibly et al.,2000;walker and Newton,1999) population modeling for the hawk strengthened the case for suggesting that sublethal effects of dieldrin were important in causing population decline of the hawk in Britain over this period. There is , consequently, a strong suspicion that sublethal effects of dieldrin upon adults were widespread and may have been

Hinh


Figure 12.19 Dieldrin (HEOD) levels in the livers of hawks found dead in the four zones shown in figure 12.18 HEOD is the active principle of the commercial insecticide dieldrin and accounts for some 80% of the technical product. Broken lines show periods when populations were depleted or decreasing, solid lines show periods when populations were normal or increasing. Population increae occurred when liver levels were less than about 1.0 p.p.m wet weight . Reproduced from Newton (1988) with permission from Elsevier science Ltd.

important in causing population decline, it is also possible that embryotoxicity was contributing factor
The recovery of the hawk shown in figure 12.20 was rapid between 1980 and 1990 , but leveled off in 1993 --- a sigmoidal population increase of a type frequently encountered as populations approach carrying capacity (compare figure 12.7). Peregriens also have now recovered (figure 12.17)
it should be added that the situation was different in north america Peregrines were less exposed to cyclodienes but more exposed p,p’DDE (thus reflecting patterns of use of these insecticides; see also chapter 15 ) . Eggshell thinning was greater in North American peregrine populations than in british ones. In this case,there is strong evidence to suggest that p,p’-DDE was the principal cause of population decline, although the field data on populations is not so complete as that obtained in the UK/
the use of eggshell thinning as a biomarker is considered in Chapter 15.

Hinh

Figure 12.20 Numbers of hawk carcasses (___) received in a region of eastern Britain,together with concentrations of DDE (---) and dieldrin (-.-.-) found in their livers. Reproduced from Newton and Wullie(1992) with permission from Blackwell Science Ltd.
Effects of pollutants on populations and communities
12.6.3 The Boxworth project (an experimental analysis of the effects of pesticides on farmland)

The Boxworth projects was designed to assess experimentally the effects of three contrasting regimes of pesticide usage on the animals and plants , including crops, on a 300-hectare arable farm on eastern england. The aim was to investigate large-scale, long term effects of pesticides under conditions as close as possible to farm conditions. It was a major project, lasting 7 years in its main phase, involving many scientific man-years. The account here is based on greig-smith et al.(1992b). Three regimes of pesticide usage were investigated. These were:

1. full insurance, in which relatively large amounts of pesticides were applied in advance of possible pest outbreaks, as ‘insurance’;
2. suoervised, in which pesticides were applied only when needed, as assessed by monitoring pest, weed and disease levels
3. integrated, which was similar to supervised, but incorporated some additional features of ‘integrated pest management’

A map of the farm is shown in figure 12.21 because large-scale effects were to be investigated, the farm was divided into three large areas, applying one treatment to each area. Because long-term effects were of interest , there was no swapping of treatments between areas
These features of the experimental design mean that the experiment is unreplicated. For this reason, little assessment can be made of whether the variation between areas is such as might have occurred by chance in the absence of pesticide application of the statistical tests normally used in agricultural trials. This could have been remedied by allocating pesticide regimes to fields on , for example, a random basis. Other designs are possible that allow for factors known to case variation between fields such as soil type, or the amount of non-crop habitat.
The lack of replication dissipates much of the power of the experimental approach to attribute


Hinh


Figure 12.21 Map of the farm at which the Boxwortg project was conducted showing the location of the fields treated with each pesticide regime. Reproduced from Greig-Smith and Hardly (1992) with permission from HMSO


Hinh


Figure 12.22 Efficacy of the boxworth pesticide regimes on the densities per m2 of (A) the weed grass couch (Elymus repens) in july and (B) the broad-leaved weeds in spring 1982 and 1983 were ‘baseline’ years before the pesticide regimes were applied. The dotted lines show ‘spray decision thresholds’ used in deciding whether to apply pesticides. Reproduced from Marshall (1992) with permission from HMSO.

pesticide cause to ecological effect. However, some idea of natural and baseline variation was obtained by monitoring the areas for 2 years before starting the trials. The pesticide regimes were applied for 5 years (1984-8), and some residual monitoring has continued since.
In the event, there was little difference between the supervised and integrated regimes (S+I henceforth). The analyses therefore generally consist in comparing the effects of full insurance with those of S+I.
Botanical monitoring showed that patterns of grass weed densities reflected the efficiency of the weed control regomes. An example is shown in figure 12.22A. Full insurance was most effective, and held all grass weeds at low densities. By contrast, the densities of the broadleaved weeds varied little between regimes (figure12.22B). further botanical comparisons were hampered by high variation between years, including the two baseline years.
Turning to the invertebrates, is appears that, overall, the density of herbivorous invertebrates was about 50% less under full insurance than.
Effects of pollutants on populations and communities
Under S+I. Worst affected were certain non-dispersing species. Carnivorous invertebrates(predator and parasites) showed a similar partern, but detritivores were unaffected.
It prover particularly difficult to ascribe cause and effect in small mammals and birds, partly because of their mobility. The diet of common shrews (Sorex araneus) reflected the distribution of the invertebrates, described above, that form their diet. Inparticular, leather jackets (crane-flay Tipulidae larvae) were less frequent in the stomachs of shrews caught in the full insurance ara than in the supervised area. However, there was no evidence of long-term effects of the differenct pesticide regimes on any of t he small mammal populations studied. Autumn application of slug pellets containing methiocarb had an immediate local impact on adult woodmice (Apodemus sylvaticus), but the population recovered quickly by immigration of juveniles from nearby woods, fields and hedges.
The only bird species affected by the full insurance regime was the starling (Sturnus vulgaris). Part of the observed reduction in numbers of starlings nesting in the full insurancearea relative to the S+I area may have been due to the effects of the pesticides on leather jackets.
The economics of the pesticide regimes were also evaluated. Yields of wheat in the full insurance fields were 0.92 ton ha-1 higher than in the integrated area, although there was considerable variation from year to year. Grain qualtity also appeared better under full insurance. However, the extra costs inherent in full insurance meant that the supervised approach was as profitiable as full insurance. The integrated regime used in the study was less profitable. However, truly integrated low-input sustems might do better.
The Boxworth project shows clearly that the experimental study of pesticide effects in the field is a very expensive business. A replicated experimental design would have allowed stronger conclusions to be drawn, but as the farm would have been divided into smaller experimental plots mobility was already a significant factor affecting the distributions of small mammals and birds. The lack of replication means that the Boxworth project was essentially a pilot study. It does nevertheless suggest which forms of wildlife were, and which were not, affected by high rates of application of pesticides.

12

Kết quả (Việt) 1:

Ảnh hưởng của chất gây ô nhiễm vào dân số và cộng đồng

Hinh

hình 12.18 thay đổi trong tình trạng của Hawk liên quan đến sử dụng đất nông nghiệp và organochlorine sử dụng. Bản đồ nông nghiệp (bên trái) cho thấy tỷ lệ cày đất, nơi hầu hết các thuốc trừ sâu được sử dụng. Bản đồ hawk (bên phải) cho thấy tình trạng của các loài trong khu vực khác nhau và khoảng thời gian. Zone 1, Hawks sống sót lớn nhất số lượng thông qua chiều cao của 'thời đại organochlorine' xung quanh thành phố 1960; suy giảm dân số đánh giá ít hơn 50% và phục hồi có hiệu quả hoàn thành trước khi năm 1970. Khu vực 2, suy giảm dân số hơn đánh dấu hơn ở vùng 1, nhưng đã hổi phục tới hơn 50% vào năm 1970. Khu 3, suy giảm dân số hơn đánh dấu hơn ở vùng 2, nhưng đã hổi phục tới hơn 50% của năm 1980. khu 4, dân số gần như tuyệt chủng xung quanh thành phố 1960, và ít hoặc không có thu hồi điều hiển nhiên bằng năm 1980. Nói chung, suy giảm dân số đặt được đánh dấu, và phục hồi mới nhất, trong khu vực với tỷ lệ lớn nhất cày đất (dựa trên số liệu thống kê nông nghiệp cho 1966), sao chép từ Newton và Haas (1984), sao chép ở Newton (1986), với sự cho phép từ học báo chí.

và kestrels cho thấy rằng đã có một loạt các mô dieldrin cấp trong cá nhân mà mẫu gan cho thấy nồng độ của 1 p.p.m hoặc nhiều hơn. Cái chết có thể được quy cho dorect dieldrin ngộ độc (trên các căn cứ dư lượng cao mô = 10 p.p.m và các triệu chứng của ngộ độc) chỉ là một tỷ lệ nhỏ của kestrels hoặc hawks tìm thấy chết trong giai đoạn 1976-82. Mặt khác một tỷ lệ đáng kể có dư lượng trong khoảng 3-9 p.p.m, tăng nghi ngờ rằng sublethal hiệu ứng đã là nhiều quan trọng hơn những người gây chết người (sibly et al., 2000; walker và Newton, 1999) dân số mô hình cho hawk củng cố trường hợp cho thấy rằng các hiệu ứng sublethal của dieldrin đã được quan trọng trong việc gây ra suy giảm dân số của hawk ở Anh trong giai đoạn này. Đó là, do đó, một nghi ngờ mạnh mẽ sublethal tác động của dieldrin khi người lớn đã được phổ biến rộng rãi và có thể

Hinh


hình 12.19 Dieldrin (HEOD) cấp độ trong gan hawks tìm thấy chết trong bốn khu vực Hiển thị trong hình 12.18 HEOD là nguyên tắc hoạt động thương mại thuốc trừ sâu dieldrin và chiếm khoảng 80% của các sản phẩm kỹ thuật. Đường bị hỏng Hiển thị thời gian khi dân số đã hết hoặc giảm, rắn dòng Hiển thị thời gian khi quần thể đã được bình thường hoặc ngày càng tăng. Dân increae xảy ra khi gan cấp đã là ít hơn khoảng 1.0 p.p.m trọng lượng ẩm ướt. Sao chép từ Newton (1988) với sự cho phép từ Elsevier khoa học TNHH

quan trọng trong việc gây ra suy giảm dân số, nó cũng có thể embryotoxicity đó góp phần yếu tố
phục hồi của hawk Hiển thị trong hình 12,20 là nhanh chóng từ năm 1980 đến 1990, nhưng San lấp năm 1993---một sự gia tăng sigmoidal dân của một loại thường xuyên gặp phải khi quần thể tiếp cận khả năng thực hiện (so sánh hình 12.7). Peregriens cũng bây giờ đã phục hồi (hình 12,17)
nó nên được thêm rằng tình hình là khác nhau ở Bắc Mỹ Peregrines là ít tiếp xúc để cyclodienes nhưng nhiều tiếp xúc với p, p'DDE (do đó phản ánh các mô hình sử dụng của các loại thuốc trừ sâu; xem thêm chương 15). Eggshell mỏng là lớn trong quần thể peregrine Bắc Mỹ hơn trong người Anh. Trong trường hợp này, đó là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy rằng p,p'-DDE là nguyên nhân chính của suy giảm dân số, mặc dù dữ liệu trường trên dân số không phải là hoàn toàn như được ở Anh /
sử dụng eggshell mỏng như một biomarker xem xét trong chương 15.

Hinh

hình 12,20 số của hawk khung (_) nhận được một vùng Đông Anh, cùng với nồng độ của DDE (-) và dieldrin (-.-.-) tìm thấy trong gan của họ. Sao chép từ Newton và Wullie(1992) với sự cho phép từ Blackwell khoa học TNHH
tác động của chất gây ô nhiễm vào dân số và cộng đồng
12.6.3 The Boxworth dự án (thử nghiệm phân tích của những ảnh hưởng của thuốc trừ sâu vào đất nông nghiệp)

The Boxworth dự án được thiết kế để đánh giá thử nghiệm ảnh hưởng của ba chế độ tương phản của việc sử dụng thuốc trừ sâu trên các động vật và thực vật, bao gồm cả cây trồng, một nông trang canh tác 300-ha ngày Đông Anh. Mục đích là để điều tra quy mô lớn, dài hạn ảnh hưởng của thuốc trừ sâu trong điều kiện càng gần càng tốt để điều kiện trang trại. Nó là một dự án lớn, kéo dài 7 năm trong giai đoạn chính, liên quan đến nhiều khoa học man-years. Tài khoản ở đây dựa trên greig-smith et al.(1992b). Ba chế độ của việc sử dụng thuốc trừ sâu được điều tra. Đây là:

1. bảo hiểm đầy đủ, trong đó số lượng tương đối lớn của thuốc trừ sâu đã được áp dụng trước có thể sâu bệnh dịch, như 'bảo hiểm';
2. suoervised, trong đó thuốc trừ sâu được áp dụng chỉ khi cần thiết, như đánh giá bằng cách giám sát côn trùng, cỏ dại và bệnh cấp
3. tích hợp, mà là tương tự như giám sát, nhưng kết hợp một số tính năng bổ sung của 'loài vật gây hại tích hợp quản lý'

Bản đồ của trang trại được hiển thị trong hình 12.21 do tác dụng quy mô lớn cũng được điều tra, các trang trại được chia thành ba khu vực rộng lớn, áp dụng một điều trị cho từng khu vực. Bởi vì ảnh hưởng lâu dài đã quan tâm, có là không có trao đổi của phương pháp điều trị giữa khu vực
các tính năng của thiết kế thử nghiệm là thử nghiệm unreplicated. Vì lý do này, ít đánh giá có thể được làm bằng vật liệu sự biến đổi giữa các khu vực là như có thể đã xảy ra bởi cơ hội trong khi không có thuốc trừ sâu ứng dụng của các bài kiểm tra thống kê thường được sử dụng trong các thử nghiệm nông nghiệp. Điều này có thể đã được khắc phục bằng cách dùng chế độ thuốc trừ sâu cho lĩnh vực trên, ví dụ, là một cơ sở ngẫu nhiên. Thiết kế khác là có thể cho phép cho các yếu tố được biết đến các biến thể trường hợp giữa các lĩnh vực chẳng hạn như đất loại, hoặc số lượng-crop môi trường sống.
thiếu nhân rộng tiêu hao hầu hết sức mạnh của các phương pháp thử nghiệm để tính


Hinh


bản đồ 12.21 con số của các trang trại mà tại đó dự án Boxwortg được tiến hành với vị trí của các lĩnh vực đối xử với mỗi chế độ thuốc trừ sâu. Sao chép từ Greig-Smith và khó (1992) với sự cho phép từ HMSO


Hinh


hình 12.22 hiệu quả của các chế độ thuốc trừ sâu, boxworth, mật độ mỗi m2 (A) các chiếc ghế cỏ cỏ dại (Elymus repens) vào tháng bảy và (B) các cỏ dại lá rộng vào mùa xuân năm 1982 và 1983 có độ tuổi 'đường cơ sở' trước khi chế độ thuốc trừ sâu được áp dụng. Hiển thị đường rải rác 'phun quyết định ngưỡng' được sử dụng trong việc quyết định xem có nên áp dụng thuốc trừ sâu. Sao chép từ Marshall (1992) với sự cho phép từ HMSO.

thuốc trừ sâu nguyên nhân để sinh thái có hiệu lực. Tuy nhiên, một số ý tưởng của biến thể tự nhiên và đường cơ sở được thu được bằng cách giám sát các khu vực trong 2 năm trước khi bắt đầu các cuộc thử nghiệm. Chế độ thuốc trừ sâu được áp dụng trong 5 năm (1984-8), và một số dư giám sát đã tiếp tục từ.
trong sự kiện này, đã có các khác biệt nhỏ giữa các chế độ giám sát và tích hợp (S tôi từ đó). Những phân tích do đó nói chung bao gồm trong so sánh những ảnh hưởng của bảo hiểm đầy đủ với những người trong S I.
thực vật giám sát cho thấy rằng mô hình của cỏ cỏ dại mật độ phản ánh hiệu quả của regomes kiểm soát cỏ dại. Một ví dụ hiển thị trong hình 12.22A. Bảo hiểm đầy đủ là hiệu quả nhất, và tổ chức tất cả cỏ cỏ dại tại mật độ thấp. Ngược lại, mật độ của cỏ dại tán khác nhau ít giữa chế độ (figure12.22B). tiếp tục so sánh thực vật đã bị cản trở bởi các biến thể cao giữa năm, bao gồm cả hai cơ sở năm.
chuyển sang các xương sống, là xuất hiện, nói chung, mật độ xương sống động là khoảng 50% ít hơn dưới các bảo hiểm đầy đủ hơn.
tác động của chất gây ô nhiễm vào dân số và cộng đồng
dưới S I. tồi tệ nhất bị ảnh hưởng đã là một số loài không phân tán. Ăn thịt xương sống (động vật ăn thịt và ký sinh trùng) cho thấy một partern tương tự, nhưng detritivores đã không bị ảnh hưởng.
Nó prover đặc biệt khó khăn để ascribe nguyên nhân và có hiệu lực trong động vật có vú nhỏ và các loài chim, một phần vì tính di động của họ. Chế độ ăn uống phổ biến Shrewsbury (Sorex araneus) phản ánh sự phân bố của xương sống, mô tả ở trên, tạo thành chế độ ăn uống của họ. Inparticular, áo jacket da (cần cẩu-flay ấu trùng Tipulidae) đã ít thường xuyên trong dạ dày của Shrewsbury đánh bắt ở ara bảo hiểm đầy đủ hơn trong khu vực giám sát. Tuy nhiên, có là không có bằng chứng về tác động lâu dài của chế độ thuốc trừ sâu differenct trên bất kỳ t ông động vật có vú nhỏ dân số học. Các ứng dụng mùa thu sên bánh có methiocarb đã có một tác động địa phương ngay lập tức trên dành cho người lớn woodmice (Apodemus sylvaticus), nhưng dân số hồi phục nhanh chóng bằng cách nhập cư của người chưa thành niên từ rừng gần đó, lĩnh vực và hedges.
loài chim duy nhất bị ảnh hưởng bởi chế độ đầy đủ bảo hiểm là các starling (sáo sậu vulgaris). Một phần của việc giảm số lượng chim sáo nesting trong insurancearea đầy đủ tương đối với S tôi khu vực quan sát có thể là do tác động của thuốc trừ sâu vào da áo khoác.
kinh tế của các chế độ thuốc trừ sâu cũng đã được đánh giá. Sản lượng lúa mì trong các lĩnh vực bảo hiểm đầy đủ là 0,92 tấn Hà-1 cao hơn trong lĩnh vực tích hợp, mặc dù có là đáng kể sự thay đổi từ năm này qua năm. Hạt qualtity cũng xuất hiện tốt hơn dưới bảo hiểm đầy đủ. Tuy nhiên, các chi phí phụ cố hữu trong đầy đủ bảo hiểm có nghĩa rằng phương pháp giám sát là như profitiable như bảo hiểm đầy đủ. Chế độ tích hợp được sử dụng trong nghiên cứu ít lợi nhuận. Tuy nhiên, thực sự tích hợp đầu vào thấp sustems có thể làm tốt hơn.
Dự án Boxworth cho thấy rõ ràng rằng việc nghiên cứu thử nghiệm thuốc trừ dịch hại tác dụng trong lĩnh vực là một doanh nghiệp rất tốn kém. Một thiết kế thử nghiệm sao chép sẽ có cho phép các kết luận mạnh mẽ hơn để được rút ra, nhưng như các trang trại nào có được chia thành nhỏ hơn thử nghiệm lô di động đã là một yếu tố quan trọng mà ảnh hưởng đến các bản phân phối của động vật có vú nhỏ và các loài chim. Thiếu sự sao chép có nghĩa là dự án Boxworth là về cơ bản là một nghiên cứu thí điểm. Nó Tuy nhiên đề nghị mà các hình thức của động vật hoang dã, và đó không phải, bị ảnh hưởng bởi các mức giá cao của các ứng dụng của thuốc trừ sâu.

12