In situ toxicity and ecological risk assessment of agro-pesticide runoff in the Madre de Dios River in Costa Rica

Abstract

The River Madre de Dios (RMD) and its lagoon is a biodiversity rich watershed formed by a system of streams, rivers, channels, and a coastal lagoon communicating with the Caribbean Sea. This basin sustains a large area of agricultural activity (mostly banana, rice, and pineapple) with intensive use of pesticides, continually detected in water samples. We investigated in situ the toxicological effects caused by pesticide runoff from agriculture and the relation of pesticide concentrations with different biological organization levels: early responses in fish biomarkers (sub-organismal), acute toxicity to Daphnia magna (organismal), and aquatic macroinvertebrate community structure. The evaluation was carried out between October 2011 and November 2012 at five sites along the RMD influenced by agricultural discharges and a reference site in a stream outside the RMD that receives less pesticides. Acute toxicity to D. magna was observed only once in a sample from the RMD (Caño Azul); the index of biomarker responses in fish exposed in situ was higher than controls at the same site and at the RMD-Freeman. However, only macroinvertebrates were statistically related to the presence of pesticides, combined with both physical-chemical parameters and habitat degradation. All three groups of variables determined the distribution of macroinvertebrate taxa through the study sites.El río Madre de Dios (RMD) y su laguna es una cuenca rica en biodiversidad formada por un sistema de arroyos, ríos, canales y una laguna costera que se comunica con el mar Caribe. Esta cuenca sustenta una gran área de actividad agrícola (principalmente banano, arroz y piña) con uso intensivo de pesticidas, continuamente detectados en muestras de agua. Investigamos in situ los efectos toxicológicos causados ​​por la escorrentía de plaguicidas de la agricultura y la relación de las concentraciones de plaguicidas con diferentes niveles de organización biológica: respuestas tempranas en biomarcadores de peces (suborganismos), toxicidad aguda para Daphnia magna (organismo) y estructura comunitaria de macroinvertebrados acuáticos. . La evaluación se realizó entre octubre de 2011 y noviembre de 2012 en cinco sitios a lo largo de la RMD influenciados por descargas agrícolas y un sitio de referencia en un arroyo fuera de la RMD que recibe menos pesticidas. La toxicidad aguda para D. magna se observó solo una vez en una muestra del RMD (Caño Azul); el índice de respuestas de biomarcadores en peces expuestos in situ fue más alto que los controles en el mismo sitio y en el RMD-Freeman. Sin embargo, solo los macroinvertebrados se relacionaron estadísticamente con la presencia de plaguicidas, combinados tanto con parámetros físico-químicos como con la degradación del hábitat. Los tres grupos de variables determinaron la distribución de taxones de macroinvertebrados a través de los sitios de estudio.O Rio Madre de Dios (RMD) e sua lagoa é uma bacia hidrográfica rica em biodiversidade, formada por um sistema de riachos, rios, canais e uma lagoa costeira que se comunica com o Mar do Caribe. Essa bacia sustenta uma grande área de atividade agrícola (principalmente banana, arroz e abacaxi) com uso intensivo de agrotóxicos, continuamente detectados em amostras de água. Nós investigamos in situ os efeitos toxicológicos causados ​​pelo escoamento de pesticidas da agricultura e a relação das concentrações de pesticidas com diferentes níveis de organização biológica: respostas iniciais em biomarcadores de peixes (suborganismo), toxicidade aguda para Daphnia magna (organismo) e estrutura da comunidade de macroinvertebrados aquáticos . A avaliação foi realizada entre outubro de 2011 e novembro de 2012 em cinco locais ao longo do RMD influenciados por descargas agrícolas e um local de referência em um riacho fora do RMD que recebe menos pesticidas. A toxicidade aguda para D. magna foi observada apenas uma vez em uma amostra do RMD (Caño Azul); o índice de respostas de biomarcadores em peixes expostos in situ foi maior do que os controles no mesmo local e no RMD-Freeman. No entanto, apenas macroinvertebrados foram estatisticamente relacionados à presença de pesticidas, combinados com parâmetros físico-químicos e degradação do habitat. Todos os três grupos de variáveis ​​determinaram a distribuição dos táxons de macroinvertebrados nos locais de estudo.