Olof Berglund Kemisk Ekologi & Ekotoxikologi Från cell till ekosystem – hur undersöker vi miljögifters effekter på struktur och funktion? Olof Berglund Kemisk Ekologi & Ekotoxikologi

Ekotoxikologi -- att fatta beslut i en värld av kemikalier Miljögifter - vilka är de? Var hamnar de och hur mycket? Vad har de för effekt?

Riskbaserade beslut i miljöfrågor Skall vi tillåta x (e.g. användande av en ny kemikalie, utsläpp av avfall)? Vad skall vi göra åt x (e.g. sanera, behandla eller restaurera)? Skall vi göra x, y, eller z (e.g. vilken strategi för skadedjursbekämpning utgör minst risk)?

Riskanalys - exponering och effekt Riskkvot (Risk characterization ratio): PEC/PNEC > 1 Predicted Environmental Concentrations (Exponering) Predicted No Effect Concentrations (Effekt) Bättre att använda MEC (Measured Environmental Concentrations) Men i EU > 100000 registrerade kemikalier, 30000 till 70000 i dagligt bruk, så det kommer att ta ett tag… Verktyg för att uppskatta exponering och effektkoncentrationer ‘Multimedia partitioning models’ - Fugacitet (Exponering) Toxicitets test - enarts till ekosystem (Effekter)

Beräkning av PNEC Extrapoleringar Akut till kronisk Ett stadie till hel livscykel Individ till population En art till flera arter Direkt till indirekt Ett ekosystem till ett annat PNEC = toxicitetsdata / osäkerhetsfaktor Varje extrapolering en faktor 10 Tillgänglig toxicitetsdata Osäkerhets- faktor Akut EC50 från en eller två trofiska nivåer 1000 Akut EC50 från tre trofiska nivåer 100 Kronisk NOEC från tre trofiska nivåer 10

+ + 48 h EC50 test Daphnia magna Dead or Alive? % mortalitet 100 50 Koncentration 100 50 EC50 EC50

Effekter av miljögifter Direkta Miljögiftet påverkar djuret direkt genom förgiftning Indirekta Miljögiftet påverkar djuret indirekt genom att förgifta maten, rovdjur eller konkurrenter (kan vara både positiva och negativa)

Miljögifter, effekter, födovävar och organisationsnivåer -- en snärjig väv att reda ut

Ekotoxikologi - effekter Ekosystem Responser på olika organisationsnivåer - smått till stort Miljögift Samhälls- struktur Populations- förändringar Effekter på hela organismen Biokemiska/fysiologiska förändringar Ökad betydelse Walker et al, 2001

Effekter av jordbrukskemikalier på kväveretention i våtmarker Anlagda våtmarker för att öka kväveretention – denitrifiering genom anaeroba bakterier I jordbrukslandskap hög belastning av både N och jordbrukskemikalier (insekticider, herbicider och fungicider) Retention av pesticider i anlagda våtmarker: 77-100% Minskning av toxicitet: 89% Schulz & Peall, 2001

Respons hos våtmarksekosystem på jordbrukskemikalier Hur påverkar jordbrukskemikalier våtmarksekosystemets struktur (spec denitrifierare) och funktion (denitrifikation)? Jordbrukskemikalier Biokemiska/fysiologiska förändringar Effekter på hela organismen Populations- Samhälls- struktur Våtmarksekosystem Hur påverkar jordbrukskemikalier kväveretention i våtmarker? Stefan Weisner, WRC, Halmstad Jonas Svensson, WRC, Halmstad Per-Eric Lindgren, Linköping University Susann Milenkovski Geraldine Tiere

Direkta och indirekta effekter av jordbrukskemikalier Agrochemicals Denitrifying bacteria

Direkta effekter på bakteriesamhällets funktion - denitrifikation Fungicider negativa effekter Mikroorganismer målgrupp Positiva effekter: Pesticider kol/näringskälla Den enes död den andres bröd Minskad konkurrens Frisläppta näringsämnen Jordbrukskemikalier förändrar struktur och funktion i bakteriesamhällen Molykelära metoder (SSCP, DGGE) Funktion Diversitet Resilience Effekter av 54 olika jordbruks-kemikalier på denitrifikation i bakteriesamhällen i jord (Pell et al. 1998) Pesticid Pos Neg Ingen effekt Fungicider 0% 60% 40% Insekticider 5% 15% 80% Herbicider 10% 75%

Direkta och indirekta effekter av jordbrukskemikalier Grazers Algae Plants Herbicides Insecticides Agrochemicals Fungicides Kolkällor Denitrifying bacteria

Bakteriesamhället beroende av organiska kolkällor Kol från olika primärproducenter varierar i kvalitet och kvantitet Fytoplankton Undervatten Emergent Detta påverkar denitrifikationen Dahlberg, 2001

Effekter av herbicider Makrofyter (växter) minskar - toxiska effekter Alger gynnas - minskad konkurrens om näring Skifte från makrofytdominerade till fytoplanktondominerade system Elodea Algae Effekter av metsulfuron-methyl kontroll låg hög Wendt-Rasch, 2003

Effekter av insekticider Betare (zooplankton) minskar - toxiska effekter Minskad betning - fytoplankton ökar Skifte från makrofytdominerade till fytoplanktondominerade system Effekter av cypermethrin Friberg-Jensen et al, 2003

Direkta och indirekta effekter av jordbrukskemikalier Grazers Insecticides Agrochemicals Herbicides Plants Algae Fungicides Kolkällor Denitrifying bacteria

Biokemiska/fysiologiska Konsekvenser? jordbrukskemikalier Biokemiska/fysiologiska effekter Effekt på hela organismen Populations- förändringar Samhälls- struktur Våtmarks- ekosystem Betare Primärproducenter Förändrad N-retention? Ökad N till kust och hav?

Slutsatser Jordbrukskemikalier kan påverka denitrifikationen i våtmarker Direkta toxiska effekter på mikrobiella samhällen Indirekta effekter via växter och betare (kolkällor) Jordbrukskemikalier kan orsaka ökad kvävetransport till kust och hav

Tillämpat uppdrag Ekotoxikologi 2 - Tillämpad ekotoxikologi Studenter utreder ett ekotoxikologi-relaterat problem Uppdragsgivare: kommuner, länsstyrelser, konsultbyråer (SWECO, Toxicon), myndigheter (KEMI), kustbevakningen, SNF Bra Miljöval, Åklagarmyndigheten (Miljöåklagare Stefan Karlmark), företag (VASCO) Ca 3-4 veckors arbete, litteraturstudie Redovisning i skriftlig rapport samt muntlig presentation

Exempel på arbeten http://www.gu.ekol.lu.se/BIOR52/t-uppdrag.html Användbara toxikologiska och ekotoxikologiska informationskällor för miljöåklagare. Stina Nyman & Malin Johansson. Uppdragsgivare: Stefan Karlmark, Miljöåklagare, Åklagarmyndigheten Fluortelomerer - Faktaunderlag till Miljöförvaltningen i Lund. Ellen Westerlund. Uppdragsgivare: Jeanette Schlaucher och Sara Edlund Fredholm, Miljöförvaltningen i Lund Kadmium - är problemet löst? Zara Isaksson. Uppdragsgivare: Jeanette Schlaucher, Miljöinspektör, Lunds Kommun Kostvanor och rester av bekämpningsmedel i kroppen. Maria Buchholt & Camilla Persson. Uppdragsgivare: Olle Nordell, Landskrona kommun MTBE (metyltertiärbutyleter) – spridning, konsekvenser och saneringsmetoder. Kajsa Wellbro. Uppdragsgivare: Jessica Toft, Miljökontoret, Ängelholms kommun Är EUSES ett tillräckligt verktyg för att uppnå producentansvaret i den kommande kemikalielagstiftningen, REACH? - en översiktlig undersökning. Emma Östensson. Uppdragsgivare: Johan Holmqvist, SWECO