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Pesticide effects on German amphibians and consequences for their risk assessment in the European Union

  • Vertebrate biodiversity is rapidly decreasing worldwide with amphibians being the most endangered vertebrate group. In the EU, 21 of 89 amphibian species are recognized as being endangered. The intensively used European agricultural landscape is one of the major causes for these declines. As agriculture represents an essential habitat for amphibians, exposure to pesticides can have adverse effects on amphibian populations. Currently, the European risk assessment of pesticides for vertebrates requires specific approaches for fish regarding aquatic vertebrate toxicity and birds as well as mammals for terrestrial vertebrate toxicity but does not address the unique characteristics of amphibians. Therefore, the overall goal of this thesis was to investigate the ecotoxicological effects of pesticides on Central European anuran amphibians. For this, effects on aquatic and terrestrial amphibian life stages as well as on reproduction were investigated. Then, in anticipation of a risk assessment of pesticides for amphibians, this thesis discussed potential regulatory risk assessment approaches. For the investigated pesticides and amphibian species, it was observed that the acute aquatic toxicity of pesticides can be addressed using the existing aquatic risk assessment approach based on fish toxicity data. However, lethal as well as sublethal effects were observed in terrestrial juveniles after dermal exposure to environmentally realistic pesticide concentrations, which cannot be covered using an existing risk assessment approach. Therefore, pesticides should also be evaluated for potential terrestrial toxicity using risk assessment tools before approval. Additionally, effects of co-formulants and adjuvants of pesticides need specific consideration in a future risk assessment as they can increase toxicity of pesticides to aquatic and terrestrial amphibian stages. The chronic duration of combined aquatic and terrestrial exposure was shown to affect amphibian reproduction. Currently, such effects cannot be captured by the existing risk assessment as data involving field scenarios analysing effects of multiple pesticides on amphibian reproduction are too rare to allow comparison to data of other terrestrial vertebrates such as birds and mammals. In the light of these findings, future research should not only address acute and lethal effects, but also chronic and sublethal effects on a population level. As pesticide exposure can adversely affect amphibian populations, their application should be considered even more carefully to avoid further amphibian declines. Overall, this thesis emphasizes the urgent need for a protective pesticide risk assessment for amphibians to preserve and promote stable amphibian populations in agricultural landscapes.
  • Die Biodiversität von Vertebraten nimmt weltweit rapide ab, wobei Amphibien die am stärksten gefährdete Wirbeltiergruppe darstellen. In der EU sind 21 von 89 Amphibienarten bedroht. Die intensiv genutzte europäische Agrarlandschaft ist eine der Hauptursachen für diese Rückgänge. Da die Agrarlandschaft einen bedeutenden Lebensraum für Amphibien darstellt, kann die Exposition zu Pestiziden negative Auswirkungen auf Amphibienpopulationen haben. Derzeit erfordert die europäischen Risikobewertung von Pestiziden für Vertebraten spezifische Ansätze für Fische hinsichtlich der aquatischen Vertebratentoxizität und für Vögel sowie Säugetiere in Bezug auf die terrestrische Vertebratentoxizität. Die besonderen Eigenschaften von Amphibien werden jedoch nicht berücksichtigt. Daher war das übergeordnete Ziel dieser Arbeit, die ökotoxikologischen Effekte von Pestiziden auf mitteleuropäische Froschlurche zu untersuchen. Dazu wurden Effekte auf aquatische und terrestrische Amphibienstadien sowie auf deren Reproduktion untersucht. Anschließend wurden in dieser Arbeit in Erwartung einer Risikobewertung von Pestiziden für Amphibien mögliche regulatorische Risikobewertungsansätze diskutiert. Für die untersuchten Pestizide und Amphibienarten wurde festgestellt, dass die akute aquatische Toxizität von Pestiziden mit dem bestehenden Ansatz der aquatischen Risikobewertung auf der Grundlage von Fischtoxizitätsdaten abgedeckt werden kann. Jedoch wurden bei terrestrischen Juvenilen nach dermaler Exposition zu umweltrealistischen Pestizidkonzentrationen sowohl letale als auch subletale Effekte beobachtet, die mit keinem verfügbaren Risikobewertungsansatz erfasst werden können. Daher sollten Pestizide vor der Zulassung auch auf eine potenzielle terrestrische Toxizität mit Hilfe von Risikobewertungsinstrumenten geprüft werden. Darüber hinaus müssen die Auswirkungen von Bei- und Hilfsstoffen von Pestiziden bei einer zukünftigen Risikobewertung besonders berücksichtigt werden, da sie die Toxizität von Pestiziden gegenüber aquatischen und terrestrischen Amphibienstadien erhöhen können. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die chronische Dauer einer kombinierten aquatischen und terrestrischen Exposition die Reproduktion von Amphibien negativ beeinflusst. Gegenwärtig können solche Effekte von der bestehenden Risikobewertung nicht erfasst werden, da Daten aus Feldszenarien, die die Auswirkungen mehrerer Pestizide auf die Reproduktion von Amphibien abbilden, zu selten sind, um einen Vergleich mit Daten anderer terrestrischer Wirbeltiere wie Vögel und Säugetiere zu ermöglichen. In Anbetracht dieser Erkenntnisse sollten sich zukünftige Untersuchungen nicht nur mit akuten und letalen Effekten, sondern auch mit chronischen und subletalen Effekten auf Populationsebene befassen. Da sich die Exposition gegenüber Pestiziden negativ auf Amphibienpopulationen auswirken kann, sollte ihr Einsatz noch sorgfältiger überlegt werden, um einen weiteren Rückgang der Amphibien zu vermeiden. Insgesamt unterstreicht diese Arbeit die dringende Notwendigkeit einer protektiven Pestizidrisikobewertung für Amphibien, um Amphibienpopulationen in Agrarlandschaften zu erhalten und zu fördern.

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Metadaten
Author:Elena Adams
URN:urn:nbn:de:kola-22082
Title Additional (German):Pestizideffekte auf deutsche Amphibien und Folgerungen für deren Risikobewertung in der Europäischen Union
Referee:Carsten Brühl
Advisor:Carsten Brühl
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of completion:2021/07/06
Date of publication:2021/08/05
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Landau, Fachbereich 7
Date of final exam:2021/06/25
Release Date:2021/08/05
Tag:Ökotoxikologie
Amphibia; Ecotoxicology
GND Keyword:Lurche; Umwelttoxikologie
Number of pages:vi, 207 Seiten
Comment:
Kumulative Dissertation
Institutes:Fachbereich 7
Fachbereich 7 / Institut für Umweltwissenschaften
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG