Single and mixed effects of an herbicide and fungicide on green and brown fluvial food chains

Abstract

Leaf litter and algae are the most important basal resources for invertebrate primary consumers in freshwater ecosystems. These basal source-consumer links can be affected by chemical pollutants, such as pesticides, that are widely used in agricultural activities. Pesticides are usually present in complex mixtures which potentially modifies the toxicological effect of the single compounds. In this study, we focused on the effects of two pesticides: terbuthylazine (1 µg/L), an herbicide that inhibits photosynthesis, and tebuconazole (13 µg/L), a fungicide inhibitor of ergosterol biosynthesis in fungi. Our aim was to evaluate the effects of these two pesticides on stream biofilms (photosynthetic activity and chlorophyll-a) and leaf litter (mass loss, fungal biomass, C:N content) as well as diet-related effects on the consumption and growth rates of the snail Physella acuta (grazer feeding strategy) and the crustacean Echinogammarus sp. (shredder). We conducted a 14-day experiment using artificial channels where biofilm, leaf-litter and invertebrates were exposed to control conditions and to both pesticides, individually and in combination. The pesticides did not affect leaf litter measures or leaf litter processing by the shredder, either separately or in combination. However, both pesticides and their mixture reduced the chlorophyll-a concentration in the biofilm when grazers were present. Indirect, but likely also direct, effects of the fungicide on grazers reduced their respiration rate and increased their growth rate. These effects indicate that low concentrations of pesticides can have unexpected effects when considering top-down interactions, mainly on biofilms under the effects of grazing. Our pesticide concentrations were below those detected in some European surface waters, so it cannot be ruled out that more negative responses would exist if higher concentrations were maintained over time.

La hojarasca y las algas son los recursos basales más importantes para los invertebrados en los ecosistemas de agua dulce. Estas relaciones tróficas entre recurso y consumidor pueden verse afectadas por contaminantes, como los pesticidas, que se utilizan ampliamente en las actividades agrícolas. Los pesticidas suelen estar presentes en mezclas complejas que potencialmente modifican el efecto toxicológico de los compuestos individuales. En este estudio, nos centramos en los efectos de dos pesticidas: terbutilazina (1 µg/L), un herbicida que inhibe la fotosíntesis, y tebuconazol (13 µg/L), un fungicida inhibidor de la biosíntesis de ergosterol en hongos. Nuestro objetivo fue evaluar los efectos de estos dos pesticidas sobre el biofilm fluvial ( actividad fotosintética, relación C:N y clorofila-a) y la hojarasca (pérdida de peso, biomasa fúngica, relación C:N), así como los efectos relacionados con la dieta en las tasas de consumo y de crecimiento del gasterópodo Physella acuta (raspador, como estrategia de alimentación) y el crustáceo Echinogammarus sp. (triturador). Realizamos un experimento de 14 días utilizando canales artificiales donde el biofilm, la hojarasca y los invertebrados se expusieron a condiciones control, y a ambos pesticidas, individualmente y en combinación. Los pesticidas, por separado o en combinación, no afectaron las características de la hojarasca ni el procesamiento de la misma por parte de los trituradores. Sin embargo, ambos pesticidas y la mezcla disminuyeron la concentración de clorofila-a en el biofilm en presencia del raspador. A su vez, los efectos indirectos, pero probablemente también directos, del fungicida sobre el gasterópodo, disminuyeron su tasa de respiración y aumentaron su tasa de crecimiento. Estos efectos indican que bajas concentraciones de pesticidas pueden tener efectos inesperados cuando se consideran las interacciones top-down, principalmente en el biofilm fluvial bajo los efectos del ramoneo. Nuestras concentraciones estaban por debajo de las detectadas en aguas superficiales en Europa, por lo que no se puede descartar que puedan existir más respuestas negativas si se mantienen concentraciones más altas en el tiempo.