Efectos de la aplicación mixta de avermectina, imidacloprid y carbendazim sobre la degradación del suelo y la toxicidad para las lombrices de tierra.

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 14115 (2023) Citar este artículo

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La aplicación de pesticidas en mezclas suele ejercer múltiples presiones sobre los suelos agrícolas a corto plazo. Por tanto, es necesario evaluar los efectos de la aplicación mixta sobre el comportamiento ambiental y la ecotoxicidad de los plaguicidas en el suelo. En este estudio, evaluamos los efectos de tres pesticidas comunes mediante aplicaciones mixtas sobre la degradación del suelo y la toxicidad hacia la lombriz de tierra Eisenia fetida. En comparación con las vidas medias de degradación (DT50) del pesticida único, los valores de DT50 de avermectina, imidacloprid y carbendazim en las mezclas binarias fueron similares. Sin embargo, sus valores de DT50 en las mezclas ternarias fueron aproximadamente 1,5 veces más largos que los de las aplicaciones individuales, mejorando su estabilidad en el suelo después de dos o tres aplicaciones. Las mezclas ternarias de pesticidas mostraron una toxicidad significativamente sinérgica hacia E. fetida, mientras que sus mezclas binarias exhibieron una interacción cambiante en todo el rango de niveles de efecto. Las mezclas ternarias activaron mayores actividades de SOD y CAT en E. fetida que los tratamientos individuales, confirmando sus efectos sinérgicos. Al realizar pruebas de evitación con E. fetida, se evaluaron eficazmente las interacciones tóxicas ternarias en un período de prueba relativamente corto. En resumen, los tres pesticidas en mezclas ternarias exhibieron vidas medias de degradación más largas y toxicidad sinérgica hacia las lombrices de tierra en comparación con las mezclas individuales o binarias.

Los suelos sustentan los sistemas de plantación agrícola y experimentan numerosas presiones antropogénicas, pero sabemos poco sobre los efectos de estas presiones en los suelos cuando actúan juntas1. Como agroquímicos importantes, los pesticidas en los suelos son contaminantes muy extendidos en los campos agrícolas y a menudo coexisten como una mezcla2. Especialmente en las últimas décadas, con un número cada vez mayor de pesticidas lanzados al mercado, las prácticas agrícolas emplean pesticidas aplicados en dosis más bajas, pero a menudo en mezclas. La evaluación de riesgos de estas mezclas se vuelve desafiante debido a sus combinaciones complejas y variables. Además, el marco actual de evaluación de riesgos se centra en sustancias químicas individuales, que no pueden predecir la toxicidad real de las mezclas de pesticidas debido a los efectos conjuntos en un sistema de mezcla3. Se ha descubierto que varias mezclas de pesticidas no solo exhiben niveles elevados de residuos de pesticidas sino que también tienen impactos sinérgicos sobre la toxicidad de los invertebrados del suelo4,5,6. Los aplicadores deben preocuparse por los efectos secundarios de las mezclas de pesticidas debido a los posibles efectos conjuntos combinados.

Como pesticidas de uso común, la avermectina, el imidacloprid y el carbendazim se aplican ampliamente a los cultivos en todo el mundo. La avermectina y el imidacloprid se utilizan a menudo en combinación para controlar los pulgones. Estos dos insecticidas también se utilizan a menudo en combinación con carbendazim para controlar de forma cooperativa las plagas y enfermedades de la soja y el trigo en China. Estudios anteriores han documentado el comportamiento ambiental de estos pesticidas individualmente en el suelo7,8,9. Sin embargo, sus efectos como mezclas no han sido investigados, a pesar de su potencial de coexistencia en suelos agrícolas. Además, estos tres pesticidas mostraron cierto grado de toxicidad hacia organismos no objetivo en el suelo. La avermectina, un insecticida macrólido, tiene efectos tóxicos sobre la supervivencia y reproducción de los invertebrados que viven en el suelo10. El imidacloprid, un insecticida neonicotinoide, además de ser tóxico para los mismos criterios que la avermectina, induce estrés oxidativo y daño al ADN en las lombrices de tierra11. Carbendazim, un fungicida de bencimidazol, muestra toxicidad y genotoxicidad moderadamente aguda para las lombrices de tierra12. Debido a sus diferentes toxicidades y a su ocurrencia en el mismo ambiente del suelo, es necesario estudiar su toxicidad conjunta hacia organismos no objetivo en el suelo.

La lombriz de tierra Eisenia fetida se utiliza ampliamente para evaluar los riesgos ecológicos de las sustancias químicas tóxicas en el suelo13. El marco típico de evaluación del riesgo ecológico de sustancias tóxicas se centra en los efectos tóxicos agudos, por ejemplo, la mortalidad y los biomarcadores, que son pronósticos y responden para evaluar el estrés de las sustancias químicas tóxicas14. La toxicidad conjunta de las sustancias químicas calculada mediante el isobolograma del índice de combinación (CI) bien podría revelar la interacción tóxica aguda de las mezclas15. Sin embargo, la prueba de toxicidad aguda debe evaluar la supervivencia de gusanos adultos de alta calidad en un plazo de dos semanas16. Por tanto, existe la necesidad de realizar una prueba sencilla, rápida y fiable para evaluar el posible riesgo de los productos químicos para los organismos del suelo. Los quimiorreceptores de las lombrices de tierra son muy sensibles a las sustancias químicas del suelo, por lo que la prueba de evitación es un candidato prometedor para una prueba de detección a corto plazo17.

Teniendo en cuenta estas preocupaciones, el objetivo de este estudio sobre avermectina, imidacloprid y carbendazim fue (i) determinar la vida media de degradación de sus mezclas binarias y ternarias en el suelo, (ii) determinar la toxicidad de sus mezclas binarias y ternarias para las lombrices de tierra. E. fetida, y (iii) explorar un método de evaluación de la toxicidad de la coexistencia de pesticidas con las lombrices de tierra.

Los estándares de avermectina, imidacloprid y carbendazim fueron proporcionados por el Dr. Ehrenstorfer, GmbH (Augsburgo, Alemania). Se prepararon soluciones estándar madre de avermectina e imidacloprid, con una concentración de 1000 mg/l, utilizando metanol como disolvente. Por otro lado, la solución estándar madre de carbendazim, con una concentración de 200 mg/L, se preparó utilizando acetonitrilo como disolvente. Estas tres soluciones madre se diluyeron con metanol para obtener una serie de estándares de calibración (0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1 y 2 mg/L). Todas las soluciones se almacenaron a 4 °C protegidas de la luz antes de su uso. La avermectina (95 % de pureza), el imidacloprid (96 % de pureza) y la carbendazima (97,6 % de pureza) se adquirieron en Anhui Huaxing Chemical Industry Co., Ltd. (Anhui, China). La avermectina (1,8 %, emulsión), el imidacloprid (10 %, emulsión) y la carbendazima (50 %, polvo humectable) se obtuvieron de Zhejiang Sega Science and Technology Co., Ltd., Qingdao Zhengdao Pharma Co., Ltd. y Shanghai. Shenlian Biotechnology Co., Ltd., respectivamente.

Se adquirieron adultos de la lombriz de tierra E. fetida que pesaban aproximadamente 400 mg y tenían una clítora bien desarrollada de Hainan Star Nongfu Ecoological Technology Co., Ltd. (Hainan, China). Las lombrices de tierra se cultivaron en el laboratorio a 20 °C en suelo artificial según las directrices de la OCDE18.

El estudio de residuos de estos tres pesticidas y sus mezclas se llevó a cabo en el campo en la base experimental de la Universidad de Hainan (Haikou, China). Las áreas de prueba no tenían antecedentes del uso de los tres pesticidas. Se utilizó una zona de 30 m2 (10 m × 3 m) como parcela de tratamiento y otra zona de 30 m2 se definió como control de acuerdo con los lineamientos del método analítico de pesticidas de China19. Se estableció una barrera protectora de 5 m2 entre las parcelas. Cada tratamiento y control (rociado con agua) se diseñaron con tres réplicas. Los tres pesticidas se aplicaron en forma de aspersión en los tratamientos único y combinado. La concentración de aplicación de cada producto plaguicida fue dos veces la dosis recomendada por la empresa (60 ml/ha para el tratamiento con avermectina, 40 ml/ha para el tratamiento con imidacloprid y 200 g ia/ha para el tratamiento con carbendazim). Cada dosis se asperjó tres veces con un intervalo de 10 días para los tratamientos único y combinado. Se recolectaron muestras de suelo representativas a las 2 h y 1, 2, 3, 7, 10, 14, 21 y 28 días después de la primera aplicación. Se recolectaron muestras de suelo adicionales 14 días después de la segunda y tercera aplicación. Todas las muestras de suelo se almacenaron a -20 °C hasta su uso.

Se pusieron diez gramos de suelo en un tubo de centrífuga de 100 ml, al que se agregaron 30 ml de acetonitrilo y se agitó durante 2 h. Luego, se colocaron en el tubo 4 g de MgSO4 anhidro y 2 g de NaCl, seguido de agitación durante 2 min. El tubo se centrifugó a 4000 r/min durante 5 min. Después de eso, se recogió una alícuota de la capa orgánica superior y se secó en un evaporador rotatorio. Los residuos del extracto se redisolvieron en 2 ml de metanol y se filtraron con un filtro de jeringa de nailon de 0,22 μm para análisis por cromatografía líquida de alta resolución (HPLC).

La separación cromatográfica se realizó en una HPLC Waters e2695 (Waters Associates, EE. UU.) con una columna TechMate C18-ST (5 μM, 4,6 × 250 mm) (TechMate Technology Co., Ltd.). Para detectar avermectina, se utilizaron imidacloprid y carbendazim, metanol, agua y acetonitrilo como fase móvil A, fase móvil B y fase móvil C, respectivamente. Se operó un sistema de disolvente ternario en modo gradiente con un caudal de 1 ml/min. El gradiente lineal de fase móvil comenzó con 35% A, 45% B y 20% C (0–8 min) y luego se mantuvo en 95% A y 5% B (8–18 min). La columna se mantuvo a 30 °C con la detección del conjunto de fotodiodos a 245 nm.

La linealidad del método se evaluó con una serie de estándares de calibración. Se inyectaron diez microlitros de las soluciones estándar de trabajo en el sistema HPLC y la elución se llevó a cabo como se describe anteriormente. Las curvas de calibración se prepararon trazando el área del pico frente a la concentración del compuesto estándar. La reproducibilidad del método fue determinada por las precisiones intra e interdía. Las desviaciones estándar relativas (RSD) intra e interdía se calcularon con los pesticidas añadidos en tres concentraciones diferentes (0,2, 0,5 y 1 mg/kg) en el suelo. El límite de cuantificación (LOQ) se seleccionó en las concentraciones que produjeron una relación señal-ruido de 10. La disipación de los tres pesticidas sigue la ecuación de descomposición exponencial de primer orden. Los valores de vida media de degradación se calcularon con las ecuaciones Ct = C0e−kt y t1/2 = ln2/k, donde C0 es la concentración inicial, t1/2 es la vida media y Ct es la concentración del pesticida en el tiempo t. .

El suelo artificial utilizado para la prueba de toxicidad aguda consistió en 10% de turba de esfagno molida (< 0,5 mm), 20% de arcilla caolinita (> 45% caolinita) y 70% arena fina18. La concentración deseada del pesticida se disolvió en 10 ml de acetona, se mezcló con 10 g de arena de cuarzo durante 1 h y luego se mezcló con el suelo artificial prehumedecido. Se colocaron aproximadamente 0,65 kg de suelo (incluidos 0,5 kg de suelo artificial seco y 150 ml de agua destilada) en un vaso de precipitados de 1000 ml y se agregaron diez lombrices adultas a cada vaso. Los controles se prepararon utilizando sólo 10 ml de agua o acetona, los cuales no contenían pesticidas. Cada tratamiento se realizó en tres réplicas. Para obtener el valor CL50 de cada pesticida, se diseñaron seis diluciones con una relación geométrica para cada pesticida dentro de sus combinaciones binarias y ternarias. Para detectar interacciones dentro de sus mezclas, empleamos las proporciones probadas de 1:1 (50% del valor LC50 para cada pesticida) para mezclas binarias y 1:1:1 (33% del valor LC50 para cada pesticida) para mezclas ternarias. . La Tabla S1 muestra todas las concentraciones de prueba de cada pesticida en aplicaciones individuales y combinadas. Bajo 800 lx de luz constante, los vasos se cubrieron con tapas de gasa y se almacenaron a 20 °C con 85% de humedad relativa. Las tasas de mortalidad se midieron a los 14 días después de los tratamientos. Las toxicidades de la mezcla fueron predichas por el modelo CI20. Según estudios previos, los parámetros de la curva dosis-efecto y los valores de IC de los tres pesticidas y sus mezclas se calcularon utilizando el software CompuSyn21,22.

La prueba de actividad enzimática se realizó según el método descrito por Chen et al.23. Brevemente, la concentración de exposición de cada pesticida fue del 10% del valor CL50 de la toxicidad aguda de la prueba de suelo artificial. La concentración de toxicidad conjunta de tres pesticidas se realizó en una proporción tóxica igual (1:1:1), que se estableció en 3,3% del valor CL50 de cada pesticida en la mezcla. El método de exposición de la lombriz de tierra E. fetida fue el mismo que el de la prueba de suelo artificial. Después de 14 días de exposición, se recolectaron tres lombrices, se enjuagaron con agua destilada y luego se pesaron. Las lombrices se homogeneizaron manualmente en un homogeneizador de tejido vítreo con 5 ml de tampón fosfato (pH 7,4) y se centrifugaron a 3000 r/min durante 10 min a 4 °C. Los sobrenadantes se recogieron para determinar el contenido de proteínas y las actividades enzimáticas. La concentración de proteína se midió utilizando un kit de ensayo de proteínas Bradford (Sangon Biotech Co., Shanghai, China). La actividad de la superóxido dismutasa (SOD) se determinó inhibiendo la reducción fotoquímica del nitroazul de tetrazolio (NBT) como lo describen Beauchamp y Fridovich24. Se consideró una unidad la cantidad de enzima que inhibía la reducción de NBT en un 50% y los resultados se expresaron como U por mg de proteína. La actividad catalasa (CAT) fue determinada por la velocidad de descomposición del H2O2, la cual fue evaluada por la disminución de la absorbancia a 240 nm y expresada como U por mg de proteína25.

La prueba de evitación fue diseñada de acuerdo con las directrices ISO26. Se prepararon cinco concentraciones analizadas en función de los valores de CL50 de las pruebas agudas (Tablas S2, S3). Todos los tratamientos de prueba se realizaron con tres repeticiones. Para la prueba se utilizó una cámara de dos opciones. La mitad de la cámara se llenó con 300 g de suelo tratado y la otra mitad con 300 g de suelo de control. Luego se colocaron diez lombrices en el centro de la cámara. La prueba se realizó en oscuridad durante 48 h a 20 °C. Luego, se reinsertó el divisor y se registró el número de individuos en cada lado del contenedor. Los individuos encontrados en el medio de las secciones se contaron como 0,5 para cada lado. La tasa de evitación A (%) se calculó de acuerdo con la ecuación (A = [(C - T)/10] × 100, donde C = lombrices observadas en el suelo de control y T = lombrices observadas en el suelo tratado).

El análisis estadístico se realizó utilizando el paquete de software estadístico SPSS versión 13.0 (SPSS, Inc., Chicago, IL, EE. UU.). Las diferencias entre los grupos tratados con pesticidas y de control se determinaron con la prueba t de Student y la prueba de diferencia mínima significativa (LSD) de Fisher. Los valores de p inferiores a 0,05 se consideraron estadísticamente significativos.

Se estableció y validó el método de análisis de residuos de avermectina, imidacloprid y carbendazim en suelo. La separación inicial de los tres pesticidas se determinó con un sistema HPLC que contenía una columna C18 (Fig. S1). Se logró una buena linealidad dentro del rango de concentración de 0,02 a 20 mg/L con ecuaciones lineales y = 22804x + 50,46 (R2 = 0,9997), y = 51339x + 706,75 (R2 = 0,9993) e y = 26858x + 108,92 (R2 = 0,9995). ) para avermectina, imidacloprid y carbendazim, respectivamente. Los valores LOQ para estos pesticidas en el suelo estaban todos por debajo de 0,01 mg/kg. Las recuperaciones promedio de los tres pesticidas de los suelos estuvieron entre 80% y 104% con desviaciones estándar relativas de 2,0% a 10,1% (Tabla S4), lo que indica la repetibilidad del método.

Como se muestra en la Fig. 1 y la Tabla 1, la disipación de avermectina, imidacloprid, carbendazim y sus mezclas en los suelos siguió una cinética de primer orden con altos coeficientes de correlación (R2 ≥ 0,9132). Los valores de vida media de degradación de los pesticidas oscilaron entre 4,10 y 10,19 días en aplicaciones individuales y combinadas. En comparación con el DT50 del pesticida único, los valores de DT50 de la avermectina, los valores de DT50 de estos pesticidas en las mezclas binarias fueron similares. Sin embargo, sus valores de DT50 en las mezclas ternarias fueron aproximadamente 1,5 veces más altos que los del grupo de un solo uso. Además, aplicamos soluciones de avermectina, imidacloprid, carbendazim y su mezcla ternaria dos o tres veces en el suelo, y las cantidades de residuos de pesticidas 14 días después de la aplicación se muestran en la Fig. 2. La cantidad de residuos de avermectina, imidacloprid y carbendazim en suelo con una sola aplicación fueron 0,086–0,091 mg/kg, 0,113–0,122 mg/kg y 2,350–2,386 mg/kg, respectivamente. La cantidad de residuos de avermectina, imidacloprid y carbendazim en el suelo con aplicación mixta fue de 0,117 a 0,125 mg/kg, 0,124 a 0,142 mg/kg y 2,646 a 2,982 mg/kg, respectivamente. La cantidad de residuos de estos pesticidas después de la aplicación mixta fue significativamente mayor que la de la aplicación sola.

Disipación de avermectina (AVE), imidacloprid (IMI) y carbendazim (CAR) individualmente y combinados en el suelo. Las líneas continuas muestran los resultados de la cinética de primer orden. Los valores se expresan como medias ± errores estándar (SE) de tres réplicas.

Residuos de avermectina, imidacloprid y carbendazim utilizados individualmente y en combinación en el suelo. Se recolectaron muestras de suelo 14 días después de dos o tres aplicaciones de cada tratamiento. Los valores se expresan como las medias y los SE de tres réplicas. Los análisis estadísticos se realizaron mediante la prueba t de Student: *P < 0,05.

Se utilizó el método del isobolograma CI para determinar la naturaleza de las interacciones toxicológicas entre avermectina, imidacloprid y carbendazim hacia la lombriz de tierra E. fetida mediante la prueba de toxicidad aguda. La Tabla 2 muestra los parámetros de la curva dosis-efecto (Dm, myr) de los pesticidas individuales y sus mezclas, así como los valores medios de CI de las mezclas. Dm es la concentración letal mediana y equivale al valor CL5026. Los valores de Dm de avermectina, imidacloprid y carbendazim fueron 26,83, 3,18 y 8,46 mg/kg, respectivamente. Todas las curvas dosis-efecto fueron sigmoideas (m > 1) y se ajustaron al principio del efecto mediano (r > 0,93). Los valores de IC representados en función de la tasa de mortalidad (fa) muestran los tipos de interacción (sinergismo, antagonismo y efecto aditivo) en función del nivel del efecto de las mezclas de pesticidas hacia E. fetida (Fig. 3). Las mezclas binarias de los pesticidas mostraron interacciones cambiantes en todo el rango de niveles de efecto. Por el contrario, se observaron respuestas sinérgicas estables para sus mezclas ternarias con valores de IC inferiores a 1.

Gráfico de índice de combinación para mezclas binarias y ternarias de los tres pesticidas en la prueba de toxicidad aguda en suelo artificial. Los valores de CI se representan como a (fa) de las lombrices mediante simulación por computadora. CI < 1, = 1 y > 1 indica sinergismo, efecto aditivo y antagonismo, respectivamente.

Para confirmar aún más la toxicidad aguda conjunta de avermectina, imidacloprid y carbendazim para E. fetida, se investigaron los efectos de los tres pesticidas y sus mezclas sobre dos actividades enzimáticas antioxidantes de E. fetida, y los resultados se muestran en la Fig. 4. SOD la actividad se activó con el pesticida único, mientras que la actividad CAT no mostró cambios. Por el contrario, se encontró un aumento considerable en las actividades de SOD y CAT bajo el tratamiento ternario.

Efectos de avermectina, imidacloprid, carbendazim y su mezcla ternaria sobre la actividad SOD y CAT en E. fetida. Los valores son las medias y los SE de tres réplicas. Medias con letras diferentes son significativamente diferentes según la prueba LSD (P < 0,05).

Para explorar un método para evaluar la toxicidad conjunta dentro de un período de prueba más corto, evaluamos el comportamiento de evitación de E. fetida en respuesta a los tres pesticidas y su mezcla ternaria. Nuestros resultados mostraron una diferencia significativa entre las aplicaciones individuales y combinadas con valores LC50 de 0,5% y 1%. Hubo una correlación positiva entre la toxicidad de estos pesticidas y el comportamiento de evitación de E. fetida. El número de individuos observados en el suelo control fue superior al 80% en el tratamiento, lo que significa que este suelo tiene una función de hábitat limitada y no es apto para esta especie27. Las concentraciones de avermectina, imidacloprid, carbendazim y su mezcla ternaria fueron del 10%, 5%, 5% y 1% de los valores CL50, respectivamente, y aproximadamente el 80% de los individuos evitaron el tratamiento (Fig. 5). Los efectos de evitación aumentaron considerablemente con los tratamientos combinados de los tres pesticidas en comparación con los tratamientos individuales.

Respuestas de evitación de E. fetida a avermectina, imidacloprid, carbendazim y su mezcla ternaria. Los valores se expresan como las medias y los SE de tres réplicas.

Las mezclas de pesticidas en los campos agrícolas son comunes. Los insecticidas y fungicidas se aplican ampliamente juntos como pesticidas combinados para controlar plagas de insectos y enfermedades de las plantas simultáneamente28. La evaluación de riesgos actual se basa en una sola sustancia química, que no es efectiva para evaluar su comportamiento ambiental y ecotoxicología en el sistema natural debido a la interacción del compuesto en un sistema mixto29. En este estudio, evaluamos los efectos de tres pesticidas comunes mediante aplicación mixta sobre la degradación del suelo y la toxicidad para las lombrices de tierra.

La degradación es un comportamiento ambiental importante de los pesticidas en el suelo, que está directamente relacionado con el tiempo de residencia y el grado de impacto en el ambiente del suelo30. En este estudio, investigamos la dinámica de disipación y los residuos de avermectina, imidacloprid y carbendazim y comparamos las diferencias entre sus aplicaciones individuales y combinadas. Toda la disipación de los tres pesticidas y sus mezclas binarias y ternarias en los suelos siguió una cinética de primer orden. Los valores de vida media de degradación de los plaguicidas simples y mixtos no fueron superiores a 10,19 días. Según la norma nacional china GB/T 31270.1-2014, todos estos pesticidas se degradan fácilmente (valores de vida media < 30 días) tanto en aplicaciones individuales como combinadas. Sin embargo, los valores de DT50 de los tres pesticidas en las mezclas ternarias aumentaron considerablemente en comparación con los de la aplicación individual, lo que condujo a mayores residuos en el suelo después de varias aplicaciones. Esto concuerda con la literatura científica, que afirma que la aplicación mixta prolonga el tiempo de degradación de ciertos pesticidas en el suelo. Por ejemplo, el fungicida clorotalonil inhibe significativamente la degradación del herbicida metolaclor en el suelo, y la tasa de inhibición es de hasta dos veces31. El fungicida mancozeb y su mezcla con el insecticida tiametoxam suprimen significativamente la degradación del herbicida pendimetalina en el suelo2. Una posible razón puede ser que la degradación microbiana de un compuesto en una mezcla puede verse fuertemente afectada por otros compuestos en la mezcla32,33. Por tanto, la aplicación combinada de pesticidas podría suprimir la actividad degradativa de los microorganismos del suelo. Nuestra hipótesis es que la mezcla ternaria de avermectina, imidacloprid y carbendazim dificulta significativamente la supervivencia de los microorganismos esenciales responsables de degradar estos pesticidas, lo que lleva a una disminución sustancial en la eficiencia de la degradación de los pesticidas. Sin embargo, el mecanismo subyacente aún necesita mayor exploración.

Las lombrices de tierra a menudo se consideran una especie indicadora clave para las evaluaciones ecotoxicológicas de la contaminación del suelo debido a su alta biomasa y su importancia ecológica en el suelo34. Para obtener información sobre los efectos ecotoxicológicos de avermectina, imidacloprid y carbendazim en el suelo, se expuso la lombriz E. fetida a suelo artificial que contenía cada pesticida o su mezcla, y se midió la toxicidad aguda. Los valores de CL50 de los tres pesticidas son consistentes con informes anteriores, que mostraron que la avermectina se clasificó como poco tóxica, mientras que el imidacloprid y el carbendazim se clasificaron como moderadamente tóxicos10,12. Sin embargo, algunos informes indican que el imidacloprid es altamente tóxico para las lombrices de tierra y está prohibido tanto para el recubrimiento de semillas como para el tratamiento del suelo en la Unión Europea35,36. Los valores LC50 de sus mezclas binarias y ternarias se encuentran entre los valores LC50 máximo y mínimo de los tres pesticidas, lo que indica que el uso combinado equilibra sus respectivas toxicidades. El método de la ecuación CI ha sido ampliamente utilizado para calcular las predicciones de toxicidad de la mezcla15,20,37. En este estudio, la toxicidad conjunta de los tres pesticidas se determinó con el modelo CI y se visualizó mediante isobologramas. La mezcla ternaria de pesticidas mostró un comportamiento sinérgico estable en todo el rango de niveles de efecto. Por lo tanto, estas mezclas de múltiples componentes podrían representar una amenaza mayor para los organismos del suelo. Se han utilizado dos enzimas antioxidantes, SOD y CAT, como importantes biomarcadores bioquímicos de la exposición a contaminantes que desencadenan el estrés oxidativo38. Evaluamos la toxicidad de la mezcla ternaria hacia E. fetida midiendo las actividades enzimáticas. La mezcla ternaria provocó un aumento significativo en las actividades de SOD y CAT en comparación con los tratamientos individuales en concentraciones equitóxicas. La prueba enzimática indicó que el tratamiento con mezclas ternarias tuvo más efectos adversos sobre la supervivencia de E. fetida que los tratamientos individuales. Estos resultados también indicaron que la coexistencia de estos pesticidas causó más efectos negativos en los organismos del suelo de lo esperado. En los últimos años, un creciente conjunto de investigaciones ha demostrado que los efectos de toxicidad de las mezclas de pesticidas en organismos no objetivo son sinérgicos39,40,41. La sinergia prevista en la mayoría de las mezclas de pesticidas a niveles de bajo efecto indica un riesgo ecotoxicológico potencial asociado con la coexistencia de estos químicos incluso en concentraciones bajas15. Los efectos sinérgicos de estos pesticidas deberían ser motivo de gran preocupación para las autoridades reguladoras y el público. Es necesario reconsiderar los procedimientos actuales para determinar la calidad de los suelos y los efectos de las sustancias químicas en el comportamiento, que probablemente subestiman los efectos negativos de las mezclas químicas.

La prueba de mortalidad de lombrices se utiliza con frecuencia en los sistemas de pruebas de laboratorio estandarizados actuales. La prueba proporciona información sobre los efectos tóxicos de los contaminantes en los organismos expuestos, pero no ofrece información de primera mano sobre las reacciones y comportamientos de estos organismos cuando se exponen a los contaminantes del suelo42. Las lombrices de tierra también son un sistema de alerta temprana adecuado debido a su rápida respuesta a factores estresantes tanto naturales como antropogénicos43. Se ha estudiado la toxicidad de varias sustancias químicas por parte de las lombrices de tierra mediante pruebas de evitación44,45,46. Además, la prueba de mortalidad requiere un período más largo y requiere mucho más trabajo que la prueba de evitación. Por lo tanto, la prueba de evitación es un candidato prometedor para una prueba de detección de corta duración para determinar la toxicidad conjunta de las sustancias químicas hacia las lombrices de tierra. En este estudio, hubo una correlación positiva entre la toxicidad de los pesticidas y el comportamiento de evitación de E. fetida tanto en aplicaciones individuales como combinadas. Algunos estudios han demostrado que las conductas de evitación hacia los pesticidas en concentraciones dentro de un rango son similares a los resultados de las pruebas agudas17,47. Por lo tanto, la prueba de evitación es útil como herramienta de detección para la evaluación preliminar de pesticidas y sus mezclas en los suelos.

En este estudio, determinamos los efectos de las interacciones de mezclas de avermectina, imidacloprid y carbendazim sobre su degradación en el suelo y su toxicidad hacia E. fetida. Sus combinaciones ternarias aumentaron significativamente el DT50 de cada pesticida. Las mezclas ternarias de estos pesticidas mostraron una toxicidad sinérgica estable hacia las lombrices. Nuestros hallazgos contribuyen a comprender la complejidad de los efectos de las mezclas de pesticidas en organismos no objetivo y brindan información útil sobre las interacciones de los pesticidas en el suelo.

Se debe justificar que “Todos los datos generados o analizados durante este estudio están incluidos en este artículo publicado [y sus archivos de información complementaria]”.

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Esta investigación fue realizada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (U22A20484) y el Laboratorio Clave de Calidad e Seguridad de Frutas y Verduras Tropicales para la Regulación del Mercado Estatal (ZX-2023001).

Estos autores contribuyeron igualmente: Xiaoyu Liang y Yufei Li.

Instituto de Investigación Sanya Nanfan, Facultad de Protección Vegetal, Universidad de Hainan, Haikou, Sanya, China

Xiaoyu Liang, Yufei Li, Zhao Zheng, Fang Tian, Yannan Du, Ye Yang, Meng Wang y Yu Zhang

Instituto Hainan para el Control de Alimentos, Laboratorio Clave de Calidad e Inocuidad de Frutas y Hortalizas Tropicales para la Regulación del Mercado Estatal, Haikou, China

Xiaoyu Liang, Meng Wang y Yu Zhang

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XL: Curación de datos, Análisis formal, Investigación, Roles/Redacción-borrador original, Metodología. YL e YY: Redacción-revisión, Software. FT, YD y ZZ: curación de datos, redacción del borrador original. MW: Conceptualización. YZ: Adquisición de financiación, Supervisión.

Correspondencia a Meng Wang o Yu Zhang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Liang, X., Li, Y., Zheng, Z. et al. Efectos de la aplicación mixta de avermectina, imidacloprid y carbendazim sobre la degradación del suelo y la toxicidad para las lombrices de tierra. Informe científico 13, 14115 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-41206-1

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Recibido: 23 de mayo de 2023

Aceptado: 23 de agosto de 2023

Publicado: 29 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-41206-1

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