Ekotoxikologie půdních bezobratlých - žížaly roupice, chvostoskoci

RNDr. Jitka Bezchlebová, Ph.D.

Doctoral thesis

Ecotoxicology of soil invertebrates: earthworms, enchytraeids and collembolans

Abstract:

Půdní ekotoxikologie se zabývá toxickými efekty antropogenních látek na půdní prostředí a zvláště na půdní organismy. Jako dva hlavní směry půdní ekotoxikologie mohou být rozlišeny laboratorní výzkum a výzkum in situ. Polní studie jsou velmi komplikované a drahé a proto, hlavním úkolem laboratorních studií je pochopení a předpověď efektů chemikálií na ekosystémové úrovni. Tento výzkum hraje hlavní úlohu v půdní ekotoxikologii. V současnosti, se v půdní ekotoxikologii objevuje mnoho trendů. Studie biodostupnosti se stávají jedním ze základů výzkumu půdní ekotoxikologie. Jsou důležité pro pochopení osudu a toxicity látek v půdním prostředí. Biomarkery jsou také v centru zájmu půdní ekotoxikologie. Tento výzkum pomáhá nalézt mechanismy toxicity chemikálií a je to citlivý a prediktivní přístup testování pro charakterizaci chemického rizika v prostředí. Mikrokosmy a mesokosmy jsou dalším důležitý přístupem půdní ekotoxikologie. Jsou to užitečné mezistupně mezi laboratorními testy a ekosystémovými studiemi a pro ekotoxilogické testování jsou preferovány. Persistentní organické polutanty (POPs) jsou organické látky, kterým je věnována velká pozornost ve vědecké společnosti. Tyto látky jsou charakterizovány jako persistentní, bioakumulativní a toxické, se schopností atmosférického dálkového transportu. Mohou vstupovat do všech částí životního prostředí jako vzduch, voda (suchozemská i mořská), sedimentů a půd. Vysoká pozornost je zaměřena na dvě poslední jmenovaná prostředí. Persistentní organické polutanty mohou být sorbovány v sedimentech a půdách a bioakumulovány půdními organismy a rostlinami, které jsou často duležitou částí potravních řetězců a tak může docházet k bioobohacování. Půdní bezobratlí mohou být užitečným nástrojem pro nalezení toxicity a biodostupnosti POPs v půdním prostředí. Patří mezi nejdůležitější indikátory kontaminace v půdní ekotoxikologii, mají důležitou funkci v půdní prostředí a mohou být použiti jak v laboratorních tak polních studiích. Žížaly, roupice a chvostoskoci jsou preferovanými půdními bezobratlými a nejvíce studií je realizováno právě s těmito organismy. Toxafen (pesticid), chlorované parafíny krátkým řetězcem (průmyslové produkty) a N- heterocykly polyaromatických uhlovodíků (vedlejší produkty průmyslových činností) patří mezi POPs které byli a/nebo jsou široce rozšířené v prostředí a byly a/nebo jsou uvolňovány do prostředí v relativně vysokých množstvích. Nicméně informace o jejich toxicitě a množství v půdním prostředí jsou spíše omezené. V rámci této práce, byla zkoumána toxicita těchto látek v laboratorních experimentech pro půdní bezobraté (Eisenia fetida, Enchytraeus albidus, Enchytraeus crypticus and Folsomia candida). Riziko a toxický efekt pro tyto organismy jsou také diskutovány. Dále pak, jsou zde shrnuty a diskutovány informace o ekotoxikologii půdních bezobratlých a hlavních problémech laboratorních studií s půdními bezobratlými.

Abstract:

Soil ecotoxicology studies toxic effects of anthropogenic chemicals to soil environment, especially to soil organisms. Main approach of soil ecotoxicology can be distinguished to laboratory research and research in situ. Field studies are very complicated and expensive. The main goals of laboratory reasearch are, therefore, to understand and predict the effects of chemical stress on the ecosystem level. This research plays the main role in soil ecotoxicology. Recently, many trends in soil ecotoxicology have appeared. Bioavailability studies have become one of fundamental approach in soil ecotoxicology and are essential to understanding of chemicals toxicity and fate in soil environment. Biomarkers are also under great concern in soil ecotoxicology. This approach helps to find toxicity mechanisms of chemicals and is more sensitive and predictive test approach to characterize the chemical risk in environment. Microcosm and mesocosm studies are further important part of soil ecotoxicology. These tests are useful intermediates between bioassays and ecosystem experiments and are preferred to soil ecotoxicological testing. Persistent organic pollutants (POPs) are organic chemicals which are under strong attention of scientific community. These compounds are characterized as being-persistent, bioaccumulating and toxic, prone to long-range atmospheric transport and due to these properties are harmful, not only to human health, but also for other organisms. They can enter into all parts of environment as air, water (fresh or marine), sediment and soil. High attention is concentrate to last two of mentioned parts of environment. Persistent organic pollutants can be sorbed in sediment and soil and bioaccumulated to soil organisms. Soil organisms are often important parts of many food-webs and thus, biomagnification can be realized. Soil invertebrates can be useful tools to find POPs toxicity and bioavailability in soil environment. They are some of the most important contamination indicators in soil ecotoxicology and have important functions in soil environment. They can be used in both laboratory and field studies. Earthworms, enchytraeids and collembolans are favoured soil invertebrates and the most of studies have been established with these organisms. Toxaphene (pesticide), short-chain chlorinated paraffins (industrial products) and N-heterocycles of polycyclic aromatic hydrocarbons (by-products of industry) belongs among POPs that were and/or are widely distributed and were and/or are released into environment in relatively high amounts. However, information on their toxicity and amounts in soil environment are rather limited. Therefore, the toxicity of these chemicals were investigate in laboratory studies, standard toxicity tests, with soil invertebrates (Eisenia fetida, Enchytraeus albidus, Enchytraeus crypticus and Folsomia candida). Risk and toxic effects on these organisms are discussed in this dissertation thesis. Further, knowledge on ecotoxicology of soil invertebrates and discussion on main focus of laboratory studies with invertebrates is summarized.

Keywords

soil ecotoxicology, soil invertebrates, earthworms, enchytraeids, collembolans, soil pollution, persistent organic pollutants, toxicity tests, risk assessment

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 6. 2007

Thesis defence

• Date of defence: 25. 6. 2007
• Supervisor: prof. RNDr. Ivan Holoubek, CSc.
• Reader: prof. RNDr. Miroslava Beklová, CSc., prof. Ing. Mgr. Jan Frouz, CSc., doc. Ing. Vladimír Kočí, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry / Environmental Chemistry