The Impact of the Use of Neonicotinoid Insecticides on Honey Bees in the Cultivation of Spring Oilseed Crops in Finland in 2013–2015

The Neomehi project studied how neonicotinoid-based plant protection products affected honey bee colonies in oilseed rape and turnip rape cultivations in Finland. The final report combines the results of the growing seasons of 2013 and 2014. The experimental protocol included four trial fields where spring turnip rape was cultivated. Each trial field was treated in a different manner with neonicotinoid insecticides: without neonicotinoids, foliar spraying with neonicotinoids (thiacloprid) against pollen beetles, and/or seed treatment with neonicotinoids (thiametoxam) against flea beetles. The plant density and crop growth were determined in the trial fields. Additionally, the number of honey bees and other pollinators was assessed with the applied line transect method during the growing season. Five test bee colonies were located at the edge of each trial field. The performance of the bee hives was examined and the amount of bees and brood was counted 4-5 times during the summer season. A census was also done in autumn and in spring in order to acquire overwintering data. The bees and bee hive products from the test bee colonies were analysed for residues of neonicotinoids. Moreover, in the epidemiological pilot study (also called survey study in the text) of 2013-2014, residues were also analysed from samples collected as a survey from bee hives from five different geographical areas in Finland. In 2013, the sampling was optimized so that half of the bee hives were located close to oilseed cultivation and the other half far from oilseed cultivation. The crop growth was normal in three of the trial fields during the growing season of 2013. In one trial field (seed treatment with neonicotinoids), the crop growth probably suffered because of the variation in drilling depth. In 2014, both trial fields with uncoated seed had to be redrilled after flea beetles severely attacked the young plants in the fields. Therefore, the blossoming of turnip rape in those trial fields was delayed from late July to the beginning of August. The yield was low as well. The number of honey bees in the trial fields was higher when crop growth was good and lower when crop growth was poor. In three of the four fields that were treated with foliar spraying with a neonicotinoid (thiacloprid), the number of honey bees decreased after the treatment. The number of honey bees did, however, clearly increase 2-3 days after the foliar treatment. Both the adult and brood population dynamic curves of the test bee colonies were compared between trial sites. The adult bee population curves illustrated possible minor damages caused to the bee colonies in the sprayed test sites. The test bee colonies recovered from these casualties in two weeks. The average range of food consumption for the bees during overwintering and the overwintering index (the relation of the number of adult bees in spring compared to the number of adult bees in the beginning of overwintering) demonstrated typical levels compared to normal bee colonies in South-West Finland and there were no difference between the trial fields. Two of the test bee colonies lost their queen during winter 2013-2014. In 2014, one of the test colonies died due to suffocation because the pollen collector at the flight entrance was blocked by drones. The second test colony was lost because of robbing by other bee colonies after harvesting. A third test colony lost its queen during winter 2014-2015 and a fourth became a drone layer in the early spring of 2015. The winter losses of the test bee colonies did not differ from the average winter losses (7% in 2014 and 10% in 2015) in the South-West of Finland. The results of the first and second growing season did not indicate that seed coating with neonicotinoids affected the success of the bee colonies, but spraying the flowering field can be detrimental to the bee colonies that are located at the edges of the trial fields. The results of the residue studies indicated, however, that residues of neonicotinoids migrate into bee hives with pollen and nectar and are very common residues in honey bee hives around Finland. In this case, interest is focused on the seed treatment neonicotinoids thiametoxam and clothianidin, which are the most toxic pesticides to bees. The total residue levels of thiametoxam and chlothianide, especially in nectar, resulted in an estimated exposure, which is close to the chronic and acute sublethal risk limits presented in literature. Therefore, such a risk cannot be fully excluded on the basis of these residue studies.ABSTRAKTI Neomehi-hankkeen tärkein tavoite oli selvittää vaikuttavatko neonikotinoideja sisältävät torjunta-aineet pölytyspalvelussa käytettyjen mehiläispesien menestykseen ja talvehtimiskykyyn. Hankkeessa tutkittiin kahden kasvukauden ajan minkälaisia vaikutuksia rypsinviljelyssä käytettävillä, neonikotinoideja sisältävillä torjunta-aineilla on mehiläisiin suomalaisessa öljykasvin viljelyssä. Nyt julkaistava hankeraportti kokoaa yhteen kaksivuotisen Neomehi-hankkeen keskeisimmät tulokset. Koejärjestely sisälsi neljä kenttäkoetta kumpanakin kasvukautena 2013–2014, joissa viljeltiin rypsiä. Neonikotinoideja sisältäviä insektisidejä käytettiin eri tavoin kullakin pellolla. Koepellolla joko ei käytetty neonikotinoideja tai ruiskutettiin neonikotinoidilla (tiaklopridi) kirppoja vastaan ja/tai käytettiin neonikotinoidilla peitattua (tiametoksaami) siementä rapsikuoriaisia vastaan. Kasvien kasvua ja kasvutiheyttä seurattiin, ja pelloilla vierailevien mehiläisten ja muiden pölyttäjäryhmien esiintyminen laskettiin kasvukauden aikana. Kunkin pellon laidalla pidettiin viittä mehiläispesää. Mehiläispesien kuntoa seurattiin ja mehiläisten ja niiden jälkeläisten lukumäärä laskettiin vähintään neljällä eri tarkastuskäynnillä kesän aikana. Vahvuuslaskentoja tehtiin myös syksyjen 2013 ja 2014 aikana sekä keväällä 2014 ja 2015. Tällöin saatiin tarkempaa tietoa molempien hoitovuosien talvehtimisesta. Mehiläisiin ja mehiläispesän tuotteisiin kerääntyviä neonikotinoidien jäämiä analysoitiin kaikista kenttäkokeen pesistä. Kenttäkokeen lisäksi molempina kesinä 2013–2014 kerättiin näytteitä mehiläispesistä otantana viideltä eri alueelta Suomessa (epidemiologinen pilottihanke, otantatutkimus). Vuonna 2013 otantatutkimuksen näytteet valittiin siten, että puolet pesistä sijaitsi lähellä rypsinviljelyä ja puolet kaukana. Kasvien kasvu ja kukintojen tiheys oli normaalia kolmella koepellolla vuonna 2013. Yhdellä pellolla kasvu ei ollut niin hyvää johtuen todennäköisesti väärästä kylvösyvyydestä. Vuonna 2014 peittaamattomalla rypsin siemenellä kylvetyt kentät jouduttiin kirppojen vioitusten takia kylvämään uudestaan, jonka seurauksena niiden kukinta oli vasta heinä-elokuun vaihteessa. Pölyttäjälaskennat osoittivat, että pääsääntöisesti mehiläisten lukumäärä pellolla oli korkea, kun kasvin kasvu oli hyvä ja kukintoja runsaasti ja toisaalta taas mehiläisten lukumäärä alhainen kun kasvin kasvu heikkoa. Tällöin esimerkiksi ympäristössä olevat luonnonkasvit houkuttelivat mehiläisiä merkittävästi puoleensa. Koekentillä, jotka käsiteltiin neonikotinoidi-ruiskutuksella, ei mehiläisiä juuri havaittu heti ruiskutuksen jälkeen. Muutama päivä käsittelystä mehiläisten lukumäärä pellolla oli kuitenkin palautunut ruiskutusta edeltäneeseen tilaan. Ensimmäisen ja toisen kauden tulosten perusteella havaittiin, että neonikotinoideilla kukkivaan kasvuston tehdyt ruiskutukset saattoivat alentaa hieman koepesien aikuisten mehiläisten määrää. Mehiläispesät kuitenkin toipuivat menetyksistä kahden viikon kuluessa. Myös talvenaikainen ruoankulutus sekä talvehtimisindeksi (mehiläisten lukumäärän suhde syksyllä ja keväällä) asettuvat tyypillisiin arvoihin, joita mehiläisyhdyskunnille on mitattu Lounais-Suomessa, eivätkä eri koekenttien mehiläispesät poikenneet toisistaan tässä suhteessa. Talven 2013–2014 aikana kaksi pesää menetti kuningattaren. Toinen pesä oli koekentällä, jota ei käsitelty neonikotinoideilla ja toinen kentällä, jossa neonikotinoideja oli käytetty siementen peittaukseen. Hoitokaudella 2014 yksi pesistä tukehtui, kun kuhnurit tukkivat siitepölykeräimen. Toinen pesistä menetettiin koekentällä 3, kun muiden pesien mehiläiset ryöstivät sen tyhjäksi sadonkorjuun jälkeen. Talvella 2014–2015 yksi pesä menetti emonsa ja yhden pesän emo alkoi munia kuhnureita aikaisin keväällä 2015. Talvehtimistappiot eivät eroa koko Suomen keskiarvosta (7% 2014 ja 10% 2015). Jäämätutkimusten perusteella neonikotinoidien jäämiä siirtyy siitepölyn ja meden mukana mehiläispesiin. Peittausaineiden jäämät (tiametoksaamin, klotianidiinin) ovat erittäin yleisiä mehiläispesissä ympäri Suomen. Mitatut jäämäpitoisuudet etenkin medessä johtavat arvioon altistumistasosta, joka on lähellä kirjallisuudessa esitettyjä kroonisia ja akuutteja subletaaleja riskirajoja. Jäämätulosten perusteella ei voida siis täysin pois sulkea tämäntyyppistä riskiä.201

Gas sensors based on nanostructured tungsten oxides

Abstract The aim of this thesis is to study whether nanostructured particles of WO3 could be competitive counterparts of traditional, more bulky materials in resistive gas sensor applications. Pristine and various surface decorated derivatives of three different types of WO3 nanoparticles applied on the surface of lithographically defined Si chips were used in the work to analyse the electrical behaviour of thin films when exposed to different gas atmospheres. Nanosized particles of WO3, obtained by capillary force-induced collapse of porous anodic tungsten oxide in water, were demonstrated as a sensing medium for the detection of H2 and NO analytes. Commercially available nanoparticles of WO3 were also studied. After decorating their surface with metal/metal oxide nanoparticles (Ag, PdOx and PtOx), stable aqueous dispersions were made and used for the inkjet printing of conductive patterns on test chips. Surface decoration was found to affect substantially the gas response behaviour of the materials with the largest differences in response to H2 and NO. The third type of tungsten oxide applied consisted of hydrothermally synthesized nanowires that were also surface decorated with PdO as well as with PtOx. The nanowires were suspended in water and drop cast on test chips for gas sensing measurements. The nanowire based devices allowed ultrasensitive detection of H2 even at room temperature. The results summarized in this thesis indicate that resistive gas sensors based on nanostructured tungsten oxides are excellent alternatives to existing devices utilizing porous thick films or bulky thin films. Their high sensitivity, low operating temperature and low electrical power consumption may enable the construction of portable sensors, for example by inkjet printing, thus having great potential for fast prototyping but also for large scale production at low cost.Tiivistelmä Väitöstyön tavoitteena on tutkia nanorakenteisten WO3 hiukkasten kilpailukykyä suhteessa perinteisiin suuremman kidekoon materiaaleihin resistiivisissä kaasusensorisovelluksissa. Työssä tutkittiin kolmella eri tekniikalla valmistettujen WO3 nanopartikkeleiden alkuperäisistä ja pintakäsitellyistä versioista muodostettujen ohutkalvojen sähköisiä ominaisuuksia erilaisten kaasukehien funktiona. Veden kapillaarivoimien aikaan saaman huokoisen anodisen volframioksidirakenteen romahduksen kautta saatujen WO3 nanopartikkeleiden osoitettiin toimivan havaintoväliaineena H2 ja NO kaasuille. Myös kaupallisia WO3 nanopartikkeleita tutkittiin. Partikkelien pinta päällystettiin metalli- ja metallioksidinanopartikkeleilla (Ag, PdOx and PtOx), jonka jälkeen niistä muodostettiin vakaita vesipohjaisia seoksia johtavien kuvioiden mustesuihkutulostukseen testisubstraateille. Pintakäsittelyn havaittiin vaikuttavan merkittävästi materiaalien kaasuvasteisiin erityisesti H2:n ja NO:n tapauksessa. Kolmannen tyyppinen väitöskirjassa tutkittu volframioksidimateriaali koostuu hydrotermisesti syntetisoiduista nanojohdoista, jotka ovat pintakäsitelty PdO tai PtOx nanopartikkeleilla. Nanojohdot sekoitettiin veteen ja pipetoitiin testisubstraateille kaasumittauksia varten. Tämän tyyppiset kaasusensorit olivat erityisen herkkiä H2 kaasulle jopa huoneenlämmössä. Väistökirjan tulosten mukaan nanorakenteiset volframioksidimateriaalit ovat erinomainen vaihtoehto perinteisille huokoisille paksukalvoille ja suhteellisen paksuille ohutkalvoille kaasusensorisovelluksissa. Niiden suuri herkkyys, alhainen toimintalämpötila ja matala sähkönkulutus voivat mahdollistaa kannettavien kaasusensorien valmistuksen, esimerkiksi mustesuihkuteknologilla, nopeaan testaukseen ja suuren mittakaavan tuotantoon alhaisin kustannuksin

Testing of the assisting software for radiologists analysing head CT images:lessons learned

Abstract Background: Assessing a plan for user testing and evaluation of the assisting software developed for radiologists. Methods: Test plan was assessed in experimental testing, where users performed reporting on head computed tomography studies with the aid of the software developed. The user testing included usability tests, questionnaires, and interviews. In addition, search relevance was assessed on the basis of user opinions. Results: The testing demonstrated weaknesses in the initial plan and enabled improvements. Results showed that the software has acceptable usability level but some minor fixes are needed before larger-scale pilot testing. The research also proved that it is possible even for radiologists with under a year’s experience to perform reporting of non-obvious cases when assisted by the software developed. Due to the small number of test users, it was impossible to assess effects on diagnosis quality. Conclusions: The results of the tests performed showed that the test plan designed is useful, and answers to the key research questions should be forthcoming after testing with more radiologists. The preliminary testing revealed opportunities to improve test plan and flow, thereby illustrating that arranging preliminary test sessions prior to any complex scenarios is beneficial