Effect of Pesticides on the Interactions Between Springtails and Soil Microbial Communities and their Role in Soil Functioning

This work explores the relationship between chemical pollutants, soil fauna, and microbial processes within the framework of Ecological Risk Assessment (ERA). Collembola have been widely studied in ecotoxicology. Folsomia candida is used as the standard species in toxicity tests to be indicative of pollutant effects on soil microarthropods; however, such single species tests ignore interactions with other species and functional endpoints. The connection between Collembola and microbial biomass remains unclear, highlighting a research gap in under- standing their interdependence. Using a microcosm test, we investigated the impact of six dif- ferent concentrations of the insecticide Teflubenzuron (0.025, 0.08, 0.25, 0.8, 2.53, and 8 mg/kg soildw), dosed to the top 2 cm soil layer, on a community of four species of Collembola (Folsomia candida, Sinella curviseta, Ceratophysella denticulata, and Protaphorura fimata) and its subsequent effects on microbial community structure. We looked at soil respiration rate and the activity of four enzymes: Phosphomonoesterase, β-glucanase, β-glucosidase and Leucine aminopepti- dase. At 4 different time points (12, 33, 54 and 78 days of), 5 replicates of each soil contaminated with the different concentrations of Teflubenzuron and the controls were destructively sam- pled and the Collembola community composition and abundance were analysed in different soil layers (A = 0 - 2 cm, B = 2 - 4 cm, C = 4 - 10 cm). At the end of the experiment, almost all adult springtails disappeared, also from the controls. When compared to the control groups, the highest concentrations of Teflubenzuron caused a lower production of juveniles, particu- larly in the later stages of the study, consistent with prior research indicating the heightened toxicity of Teflubenzuron to juvenile springtails. Soil respiration rate decreased at 8 mg/kg soildw of Teflubenzuron. Whilst springtail abundance decreased in all soil layers, enzymatic activity showed a general increasing trend until 54 days after the start of the experiment and Teflubenzuron concentration until 0.08 mg/kg soildw. We discuss the complex patterns of the interaction between springtails and microbial parameters exhibited over time and across dif- ferent concentrations of Teflubenzuron, and its consequences for risk assessment.

Este estudo explora a relação entre os poluentes químicos, a fauna do solo e os processos mi- crobianos no âmbito da Avaliação dos Riscos Ecológicos (ERA). Collembola têm sido ampla- mente estudados em ecotoxicologia. Folsomia candida é utilizada como espécie padrão em testes de toxicidade para indicar os efeitos dos poluentes nos microartrópodes do solo; no entanto, esses testes de espécie única ignoram as interações com outras espécies e os parâmetros funci- onais. A ligação entre Collembola e a biomassa microbiana permanece pouco clara, evidenci- ando uma lacuna de investigação na compreensão da sua interdependência. Utilizando um teste de microcosmos contendo uma comunidade de quatro espécies de Collembola (Folsomia candida, Sinella curviseta, Ceratophysella denticulata e Protaphorura fimata), foi investigado o im- pacto de seis concentrações diferentes do inseticida Teflubenzuron (0.025, 0.08, 0.25, 0.8, 2.53 e 8 mg/kg de solo), aplicado nos primeiros 2 cm do solo, e os seus efeitos na estrutura da comunidade microbiana. Foi determinada a taxa de respiração do solo e a atividade de quatro enzimas: Fosfomonoesterase, β-glucanase, β-glucosidase e Leucina aminopeptidase. Em 4 mo- mentos diferentes (12, 33, 54 e 78 dias de exposição), 5 réplicas de solo contaminado com cada dose de Teflubenzuron e os controlos foram amostrados de forma destrutiva. Determinou-se a composição e abundância da comunidade de Collembola e os parâmetros indicativos da ati- vidade microbiana em diferentes camadas do solo (A = 0 - 2 cm, B = 2 - 4 cm, C = 4 - 10 cm). No final da experiência, quase todos os colêmbolos adultos desapareceram, em todos os trata- mentos. Quando comparadas com os grupos de controlo, as concentrações mais elevadas de Teflubenzuron levaram a uma menor produção de juvenis, particularmente nas fases mais tardias da exposição. A taxa de respiração do solo diminuiu no solo contaminado com 8 mg/kg de Teflubenzuron. Enquanto a abundância de colêmbolos diminuiu em todas as cama- das do solo, a atividade enzimática mostrou uma tendência geral de aumento até 54 dias após o início da experiência e com a concentração de 0.8 mg/kg de Teflubenzuron. Os padrões complexos da interação entre os colêmbolos e os parâmetros microbianos exibidos ao longo do tempo e em diferentes concentrações de Teflubenzuron são discutidos, bem como, as suas consequências para a avaliação de risco.