Pesticide detection in managed honey bee colony resources throughout the island of Ireland

Abstract

Multiple factors, including the application of pesticides in agriculture and veterinary in-hive products, play a role in the decline of wild pollinators and managed bees. Pesticide exposure has been reported as a key factor in managed honey bee colony losses in particular. Pesticides can accumulate in pollen and nectar of treated and untreated flowers, soil, and waterways, and can subsequently be transported back to colonies by foraging honey bee workers and end up in colony resources and individuals, such as wax, food supplies, bees, and brood. It has been shown that systemic pesticides such as neonicotinoids, are responsible for physiological, functional, and immunological damage in bees. However, the level of pesticides that bees are exposed to in the environment and in the resources inside their colonies has not been characterised in several key beekeeping regions, including the island of Ireland which is home to more than 50 beekeeping associations. Therefore, this thesis aims to help fill this gap by identifying the level of pesticides that managed honey bees are exposed to in their colony resources throughout the island of Ireland. Honey and pollen samples were collected by beekeepers from their colonies throughout the island, and pesticide levels in these samples were determined using liquid and gas chromatography-tandem mass spectrometry. Pesticides were extracted from samples using the Dutch mini-Luke extraction method. Importantly, here the Dutch mini-Luke method was optimised for small samples (5 grams of sample and 10ml of solvents), which is a common sample size for pollen samples in particular, and validated for the detection of pesticides in honey and pollen samples (Chapter 1). In a second step, the optimised mini-Luke technique was utilised to investigate the levels of pesticides honey bees are exposed to in their colonies in different apiaries throughout the island of Ireland (Chapter 2). Possible sources of contamination and the Maximum Residue Levels (MRLs) for the compounds detected are determined and discussed. Fifteen percent of all samples from throughout the island were found to be positive for pesticides. Three insecticides-acaricides were detected in most of the positive samples (85%). The insecticide Propargite was detected in honey and pollen, and the acaricides for Varroa control, Coumaphos and Fluvalinate-Tau, were found in pollen. The pesticide extraction method optimised here, in combination with the analysis methods, provides a key tool for detecting pesticides in beekeeping resources, and for detecting the level of agrochemicals honey bees are exposed to inside the hive and in the greater environment.

Vários fatores, incluindo a aplicação de pesticidas na agricultura e produtos veterinários para colmeias, desempenham um papel no declínio de polinizadores selvagens e abelhas manejadas. A exposição a pesticidas foi relatada como um fator-chave nas perdas de colônias, em particular de abelhas manejadas. Os pesticidas podem se acumular no pólen e néctar de flores tratadas e não tratadas, solo e cursos d’água, e podem ser posteriormente transportados de volta para as colônias por abelhas forrageiras e acabar em recursos e indivíduos da colônia, como cera, suprimentos de alimento, abelhas e cria. Tem sido demonstrado que pesticidas sistêmicos, como os neonicotinóides, são responsáveis por danos fisiológicos, funcionais e imunológicos em abelhas. No entanto, o nível de pesticidas aos quais as abelhas estão expostas no meio ambiente e nos recursos dentro das colônias não tem sido caracterizado em várias regiões importantes para a apicultura, incluindo a ilha da Irlanda, que é o lar de mais de 50 associações de apicultores. Portanto, esta tese visa ajudar a preencher essa lacuna, identificando os níveis de pesticidas aos quais as abelhas manejadas estão expostas nos recursos apícolas na ilha da Irlanda. Amostras de mel e pólen foram coletadas por apicultores nas suas colônias em toda a ilha, e os níveis de pesticidas nessas amostras foram determinados usando espectrometria de massa em tandem por cromatografia líquida e gasosa. Os pesticidas foram extraídos das amostras usando o método de extração Dutch mini-Luke. É importante ressaltar que aqui o método Dutch mini-Luke foi otimizado para pequenas amostras (5 gramas de amostra e 10ml de solventes), que é um tamanho comum para as amostras de pólen em particular, e o método foi validado para a detecção de pesticidas em amostras de mel e pólen (Capítulo 1). Em uma segunda etapa, a técnica mini-Luke otimizada foi utilizada para investigar os níveis de pesticidas aos quais as abelhas melíferas estão expostas nas colônias nos diferentes apiários na ilha da Irlanda (Capítulo 2). Possíveis fontes de contaminação e os Níveis Máximos de Resíduos (MRLs) para os compostos detectados são determinados e discutidos. Quinze por cento de todas as amostras de toda a ilha foram consideradas positivas para pesticidas. Três inseticidas-acaricidas foram detectados na maioria das amostras positivas (85%). O inseticida Propargite foi detectado no mel e pólen, e os acaricidas para controle de Varroa, Coumaphos e Fluvalinato-Tau, foram encontrados no pólen. O método de extração de pesticidas otimizado aqui, em combinação com os métodos de análise, fornece uma ferramenta chave para detectar pesticidas nos recursos apícolas e para detectar o nível de agroquímicos aos quais as abelhas estão expostas dentro da colmeia e no meio ambiente.