Fate and impact of antibiotics and pesticides used in marine aquaculture : an emergent threat to the coastal ocean
Destino e impacto de antibióticos y pesticidas utilizados en acuicultura marina : potencial amenaza para el océano costero
Le devenir et l'impact des antibiotiques et des pesticides utilisés en aquaculture marine : une menace émergente pour l'océan côtier
Résumé
Chile, as the second largest salmon farming country in the world, reports the highest use of antibiotics and pesticides, which can be harmful to both the environment and humans. These compounds tend to be sequestered by suspended particles, transported by currents and finally deposited in sediments, where they are later consumed by the benthic community. Changes in the bacterial community, emergence of resistance genes and impacts at the ecological level have been described for antibiotics and pesticides, although most focus on the local impact of salmon farming. This study sought to understand the dynamics and fate of antibiotics throughout the Puyuhaupi Fjord and to understand the partitioning behavior of the antibiotics florfenicol and flumequine through adsorption experiments that simulate the average temperature of the fjord. In addition, the occurrence of deltamethrin and cypermethrin in total suspended solids and filtering benthic organisms (bivalves and sponges) in the Puyuhuapi Fjord was evaluated. Finally, an experiment of respiration in the water column and marine sediments obtained in an area without aquaculture activity (Banyuls Bay, France) was developed to evaluate if the presence of antibiotics and pesticides can affect the degradation process of organic material, through changes in community respiration and remineralized components.Our results show low concentrations of florfenicol (from trace to 23.1 ng L-1) and flumequine (trace level) detected after 180 and 360 days (respectively) since their last medication at a distance between 2 and 23 km from the culture sites. The fugacity model used in our study area, together with the decay model, predicts that flumequine can remain in sediments for more than two months at sub-minimum inhibition concentrations (sub-MIC). This condition may promote bacterial selection for antibiotic resistance and eventually pose a risk to human health from the consumption of seafood products. The values of the partition constants Kd and KOC, obtained by bacth experiments, suggest that the adsorption capacity of flumequine is twice that of florfenicol (Table 2, section 3.2), implying that flumequine has a greater tendency to be adsorbed and absorbed by sediments. From an environmental point of view, our results may imply that the fate of flumequine will be related to processes affecting particles, suspension transport and seafloor deposition, whereas florfenicol concentration be controlled by hydrodynamic processes such as dilution and transport by currents. In turn, a higher fraction of flumequine may be stored in the sediments in coastal areas housing salmon farming centers.The pesticides deltamethrin and cypermethrin were incorporated through dips to control outbreaks of caligus (Caligus rogercresseyi) infection. Very low concentrations of deltamethrin were detected in total suspended solids (0.01 to 0.05 ng L-1), which value would not have an effect on organisms (NOEC, LC50 and EC50) or at the ecological level (NOEAEC), which may come from sediment resuspension or external input from adjacent areas with active salmon culture centers. Although cypermethrin was not used in Puyuhuapi Fjord, low concentrations were detected in bivalves and sponges (0.04 and 0.05 ng g-1, respectively), values comparable to wild salmon caught for human consumption (0.04 ng g-1). These results suggest an indirect exposure of the compound may be associated with external input from adjacent fjords or unreported treatments because cypermethrin can remain for more than two years in sediments with high organic material and low oxygen content. [...]
Chile, como segundo país con mayor producción en el cultivo de salmones a nivel mundial, reporta el mayor uso de antibióticos y pesticidas, lo que puede ser perjudicial tanto para el medioambiente como para el hombre. Estos compuestos tienden a ser secuestrados por las partículas suspendidas, transportados por las corrientes y, finalmente son depositadas en los sedimentos, donde eventualmente son consumidos por la comunidad bentónica. Cambios en la comunidad bacteriana, aparición de genes de resistencia e impactos a nivel ecológico han sido descritos para antibióticos y pesticidas, aunque la mayoría se enfocan en el impacto local de la actividad salmonera. Este estudio buscó entender la dinámica y el destino de los antibióticos en todo el fiordo Puyuhaupi y conocer el comportamiento particional de los antibióticos florfenicol y flumequina a través de experimentos de adsorción que simular la temperatura promedio de fiordo. Junto con esto se buscó evaluar la ocurrencia de deltametrina y cipermetrina en los sólidos totales suspendidos y los organismos bentónicos filtradores (bivalvos y esponjas) en el fiordo Puyuhuapi. Finalmente se desarrolló un experimento de respiración en columna de agua y sedimentos marinos obtenidos, una zona sin actividad acuícola (bahía Banyuls, Francia), para evaluar si la presencia de antibióticos y pesticidas pueden afectar el proceso de degradación del material orgánico, a través de cambios en respiración comunitaria y en las componentes remineralizadas.Nuestros resultados muestran bajas concentraciones florfenicol (desde traza a 23.1 ng L-1) y flumequina (nivel traza) detectados después de 180 y 360 días (respectivamente) desde su la última medicación a una distancia de entre 2 y 23 km de los centros de cultivo. El modelo de fugacidad utilizado en nuestra área de estudio, junto con el modelo de decaimiento, predicen que flumequina puede permanecer en los sedimentos más de dos meses a concentraciones de inhibición sub-Mínima (sub-MIC). Esta condición puedo promover la selección bacteriana por resistencia a los antibióticos y, eventualmente representar un riesgo para la salud humana por el consumo de productos marinos. Los valores de constantes de partición Kd y KOC, obtenidos experimentalmente en nuestro estudio, sugieren que la capacidad de adsorción de flumequina es dos veces mayor que la de florfenicol (Tabla 2, sección 3.2), lo que implica que flumequina tiene una mayor tendencia a ser adsorbido por los sedimentos. Desde el punto de vista ambiental, nuestros resultados pueden implicar que el destino de la flumequina estará más asociado a procesos como el transporte de partículas y la deposición en el fondo marino, mientras que el florfenicol debería estar másxxiiirelacionado con procesos acuáticos como la dispersión y el transporte por las corrientes, lo que sugiere que, eventualmente, una mayor fracción de flumequina puede quedar almacenada en los sedimentos en la zona con centros de cultivo de salmones.Los pesticidas deltametrina y cipermetrina se incorporaron a través de baños para controlar brotes de infección por caligus (Caligus rogercresseyi). Concentraciones muy bajas de deltametrina se detectaron en los sólidos totales suspendidos (0.01 a 0.05 ng L-1), cuyo valor no tendría un efecto sobre los organismos (NOEC, LC50 y EC50) o a nivel ecológico (NOEAEC), los que pueden provenir de la resuspensión de sedimentos o por aporte externo de áreas adyacentes con centros de cultivo activos. A pesar de no ser utilizada cipermetrina en fiordo Puyuhuapi, bajas concentraciones se detectaron en bivalvos y esponjas (0.04 y 0.05 ng g-1, respectivamente) valores comparables a salmones silvestres capturados para consumo humano (0.04 ng g-1).
Le Chili, deuxième pays d'élevage de saumons au monde, est celui qui utilise le plus d'antibiotiques et de pesticides, qui peuvent être nocifs pour l'environnement et l'homme. Ces composés ont tendance à être séquestrés par les particules en suspension, transportés par les courants et finalement déposés dans les sédiments, où ils sont finalement consommés par la communauté benthique. Des changements dans les communautés bactériennes, l'émergence de gènes de résistance et les impacts écologiques ont été décrits pour les antibiotiques et les pesticides, bien que la plupart se concentrent sur l'impact local de la salmoniculture. Le present travail vise à comprendre la dynamique et le devenir des antibiotiques dans le fjord de Puyuhaupi, à caractériser la partition des antibiotiques florfénicol et fluméquine par une approche expérimentale simulant les températures moyennes du fjord en hver et été. En outre, la présence des pesticides deltaméthrine et cyperméthrine dans les particules en suspension et les organismes benthiques filtrants (bivalves et éponges) dans le fjord de Puyuhuapi a été évaluée. Enfin, une expérience d’exposition des organismes vivants dans la colonne d'eau et dans les sédiments marins d'une zone sans activité aquacole (baie de Banyuls, France) a été réalisée pour évaluer si la présence d'antibiotiques et de pesticides affecte le processus de minéralisation de la matière organique, à travers des changements dans la respiration de la communauté et les composants reminéralisés. Nos résultats montrent de faibles concentrations de florfénicol (de trace à 23,1 ng L-1) et de fluméquine (niveau de trace) détectées après 180 et 360 jours (respectivement) depuis leur dernière médication à une distance comprise entre 2 et 23 km des sites d’aquaculture. Le modèle de fugacité utilisé dans notre zone d'étude, associé au modèle de décomposition, prévoit que la fluméquine peut rester dans les sédiments pendant plus de deux mois à des concentrations d'inhibition subminimales (sub-MIC). Cette situation peut favoriser la sélection bactérienne pour la résistance aux antibiotiques et, à terme, constituer un risque pour la santé humaine lié à la consommation de fruits de mer. Les valeurs des constantes de partage Kd et KOC, obtenues par des expériences en lots dans notre étude, suggèrent que la capacité d'adsorption de la fluméquine est deux fois supérieure à celle du florfénicol (Tableau 2, section 3.2), ce qui implique que la fluméquine a une plus grande tendance à être adsorbée et absorbée par les sédiments. D'un point de vue environnemental, le devenir de la fluméquine sera plus associé aux processus affectant les particules, comme leur transport et leur déposition sur le fond marin, alors que la concentration de florfénicol sera contrôlé par des processus hydrodynaques, comme la dilution et le transport par les courants. En conséquence, une fraction plus élevée de fluméquine pourrait être stockée dans les sédiments des zones côtières d'élevage de saumons. Les pesticides deltaméthrine et cyperméthrine ont été utilisés dans des bains de saumon pour contrôler les foyers d'infection de Caligus (Caligus rogercresseyi). De très faibles concentrations de deltaméthrine ont été détectées dans les particules en suspension (0,01 à 0,05 ng L-1), ce qui n'aurait aucun effet sur les organismes (NOEC, LC50 et EC50) ou au niveau écologique (NOEAEC). Cette occurrence peut traduire la remise en suspension des sédiments ou un apport externe provenant de zones adjacentes, dans lesquelles des sites d’aquaculture sont actifs. Bien que la cyperméthrine n'ait pas été utilisée dans le fjord de Puyuhuapi, de faibles concentrations ont été détectées dans les bivalves et les éponges (0,04 et 0,05 ng g-1, respectivement) avec des valeurs comparables à celles mesurées dans des saumons sauvage capturé pour la consommation humaine (0,04 ng g-1). [...]
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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