Ecological Risk Assessment of Pesticides for Terrestrial Vertebrates: Evaluation and Application of the U.S. Environmental Protection Agency’s Quotient Model

Authors

  • Harry M. Tiebout III,

    1. Department of Biology, West Chester University, West Chester, PA 19383, U.S.A.
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  • Kristin E. Brugger

    1. Department of Zoology, University of Florida, Gainesville, FL 32611, U.S.A.
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    • Current address: DuPont Agricultural Products, Experiment Station, Wilmington, DE 19880-0402, U.S.A.


Abstract

The ecological risks of pesticides to wildlife are assessed by the United States Environmental Protection Agency with a simple quotient model. A risk factor is calculated by dividing the estimated dietary concentration by the chemical’s dietary toxicity. The risk factor, which can be used to predict population mortality, serves as a regulatory criterion to identify compounds that could pose unacceptable risk. Under the “New Paradigm,” the Environmental Protection Agency recently cut by 50% the critical risk factor, yielding more-rigorous decision-making criteria by decreasing acceptable wildlife mortality from 50 to 8.8% following one pesticide application and by increasing the number of pesticides that pose unacceptable risk to wildlife. The quotient model depends on at least one implicit and approximately 11 explicit assumptions; deviations from these assumptions may bias outputs and consequent regulatory decisions. To correct error-prone assumptions we present three modifications that improve ecological risk estimates. We used the agency’s quotient model to survey risks to a regional avifauna (Florida birds) in relation to mosquito pesticide exposure (fenthion, malathion, and naled). Certain groups (small-bodied, insectivorous passerines) were predicted to face the highest ecological risk due to taxonomy, diet, and body mass. Finally, we performed a risk assessment for Black-whiskered Vireos (Vireo altiloquus barbatulus) exposed to fenthion. The results revealed that this species could potentially suffer 42% mortality in a population exposed to one application of fenthion. Ecological risk assessments increasingly will be based on mathematical models. To improve predictions of the effects of xenobiotic compounds on wildlife, biologists-especially conservationists-should work with ecotoxicologists to improve current models, develop new models, and provide data to parameterize models. Equally important, conservationists should participate in defining regulatory levels of ecological risk for wildlife.

Abstract

Los riesgos ecológicos de los pesticidas para la fauna silvestre son evaluados por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos con un simple modelo de cociente. Se calcula un factor de riesgo dividiendo la concentración dietética estimada por la toxicidad dietética química. El factor de riesgo que puede ser usado para predecir la mortalidad poblacional, sirve como un criterio regulador para identificar compuestos que podrían representar riesgos inaceptables. La Agencia de Protección Ambiental recientemente ha reducido en un 50% el factor de riesgo crítico, creando un criterio más riguroso para la toma de decisiones al disminuir la mortalidad aceptable de la fauna silvestre, después de una aplicación del, pesticida del 50% at 8.8% y al aumentar el número de pesticidas que representan riesgos inaceptables para la vida silvestre. El modelo del cociente depende de, por lo menos, un supuesto implícito y aproximadamente 11 supuestos explícitos; desviaciones en estos supuestos podrían sesgar los resultados y las consiguientes decisiones reguladoras. A los efectos de corregir supuestos propensos a errores, presentamos tres modificaciones que mejoran las estimaciones del riesgo ecológico. Usamos el modelo del cociente de la Agencia para evaluar el riesgo para una avifauna local (las aves de la Florida) en relación con la exposición a los pesticidas contra mosquitos (fenthion, malathion y naled). Se predijo que ciertos grupos (pequeños paserinidos insectívoros) enfrentan un riesgo ecológico más alto debido a taxonomía, la dieta y masa corporal. Finalmente llevamos a cabo su una evaluación del riesgo para Vireo altiloquus barbatulus expuesto al fenthion. Los resultados revelaron que esta especie podria sufrir potencialmente un 42% de mortalidad en una población expuesta al fenthion. Para mejorar las predicciones de los efectos de compuestos xenobióticos sobre la fauna silvestre, los biólogos (especialmente los conservacionistas) deben trabajar con ecotoxicólogos para mejorar los modelos corrientes, desarrollar nuevos modelos y proveer datos para parametrizar los modelos. De igual importancia es que los conservacionistas participen en la definición de los niveles de regulación del riesgo ecológico para la fauna silvestre.

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