Efekty a rizika kontaminantů pro roupice v půdním prostředí

RNDr. Klára Kobetičová, Ph.D.

Doctoral thesis

Effects and risks of contaminants for enchytraeids in soil environment

Abstract:

Půdní roupice hrají důležitou roli v procesech přeměny a rozkladu organické hmoty v půdě, toku živin a energie v terestrických ekosystémech. Znečištění životního prostředí, aplikace pesticidů a kontaminace půd různými produkty lidské činnosti mohou mít negativní vliv i na půdní roupice, což může vést ve svém důsledku k negativnímu ovlivnění půdní kvality. Tato dizertační práce se zabývá studiem vlivu vybraných polutantů, půd a odpadů na půdní roupice v několika laboratorních studiích. Mezi sledované parametry bylo zahrnuto přežívání, reprodukce a chování roupic k vybraným chemikáliím nebo substrátům v testu únikového chování a v reprodukčním testu. V rámci dizertační práce byla testována toxicita několika jednotlivých chemických látek (čtyři N-polycyklické aromatické uhlovodíky, toxafen, chlorované parafíny s krátkým C-řetězcem). Toxafen a parafíny byly pro roupice méně toxické než uhlovodíky, což souvisí s vlastnostmi studovaných látek. Také byl studován vliv struktury a vlastností tří polycyklických aromatických uhlovodíků (naftalen, antracen, fenantren) a šesti N-heterocyklů (chinolín, chinoxalín, akridín, fenazín, fenantridín, 1,10-fenantrolín) na přežívání a reprodukci roupic. Použitý QSAR model naznačil, že toxicita poměrně dobře korelovala s lipofilicitou a ionizačním potenciálem testovaných látek. Dále byl hodnocen vztah mezi fyzikálně-chemickými vlastnostmi půd, jejich kontaminací a efekty pro roupice u půd z lokalit, které byly různě vzdáleny od několika dopravních komunikací. Vliv kontaminace prostředí potvrzen nebyl, roupice byly citlivé hlavně k vysoké kyselosti půd z některých lesních lokalit bez ohledu na množství a složení kontaminantů v jednotlivých půdách. Součástí dizertační práce bylo také zavedení testu únikového chování s roupicemi na pracovišti Výzkumného centra pro toxické látky v prostředí. Pro zavedení testu byla použita referenční látka – fungicid karbendazim. Byly diskutovány některé aspekty týkající se designu testu jako optimální délka testu nebo využitelnost použitých druhů roupic. Dále byl zjištěn vliv stáří kontaminace půdy na únikovou reakci roupic. V poslední části této dizertační práce byla hodnocena toxicita tří odpadů (půda kontaminovaná PAHs, popílek ze spalovny odpadů, kontaminovaná dřevní štěpka). Popílek a dřevní štěpka měly na roupice negativní vliv, kontaminovaná půda pro roupice toxická nebyla. Výsledky dizertační práce naznačují, že roupice byly k testovaným polutantům poměrně málo citlivé. Přesto by ale vzhledem ke své funkci půdních dekompozitorů v baterii ekotoxikologických testů chybět neměly. Zvláště pokud v ní nejsou zahrnuty žížaly nebo se jedná o testování matric, ve kterých roupice tvoří jeden z dominantních taxonů půdních bezobratlých.

Abstract:

Soil enchytraeids play significant role in transformation and decomposition of organic matter, food, nutrient and energy cycling in terrestrial ecosystems. Enchytraeid communities could be negatively affected by environmental pollution, application of pesticides and contamination of soils by some by-products of anthropogenic activities due to the final negative affects on soil quality. The object of this dissertation work was to study effects of selected environmental pollutants, soils and selected wastes on enchytraeids in several studies under laboratory conditions. The measured endpoints were surviving, reproduction and behaviour of enchytraeids within selected chemicals or substrates in reproduction and avoidance tests. Effects of individual chemicals (N-polycyclic aromatic hydrocarbons, toxaphene, short-chain chlorinated paraffins) were tested within the dissertation work. Toxaphene and paraffins were less toxic than NPAHs for enchytraeids that is in correlation with their properties. Influence of chemical structure and properties of three polycyclic aromatic hydrocarbons (naphthalene, anthracene, phenanthrene) and six N-heterocycles (quinoline, quinoxaline, acridine, phenazine, phenanthridine, 1,10-phenanthroline) in relation to their toxicity was studied. The used QSARs model indicated that the toxicity relatively correlated with lipophilicity and ionisational potential of the tested compounds. The relationship among properties, pollution and effects on soil enchytraeids of several selected soils in various distances from several motor roads was studied. An effect of pollution was not confirmed, enchytraeids were sensitive mainly to high acidity of some forest soils in disregard of levels and composition of contaminants in soils. The introduction of avoidance test with enchytraeids at the Research Centre for Toxic Compounds in the Environment was also a part of this thesis. Fungicide carbendazim was used as a reference substance for an implementation of the avoidance test. Some aspects of test design as optimal test duration or utility of used species were discussed. An effect of ageing of soil contamination on behaviour of enchytraeids was identified, finally. The toxicity of three wastes (soil contaminated by PAHs, incineration ash, contaminated wood chips) was tested in the last part of the work. The incineration ash and wood chips showed various negative effects but the contaminated soil was not toxic for enchytraeids. The results indicate that enchytraeids were relatively little sensitive to tested organic pollutants. However, this is not a reason for exclusion of enchytraeids from battery of ecotoxicological tests with respect to their function of decomposers in soils. Especially, when test with earthworms is not available or when enchytraeids are one of the most dominant natural taxon of soil invertebrates in the tested matrices.

Keywords

roupice, ekotoxicita, půda, organické polutanty, půdní organismy, test únikového chování, reprodukční test, enchytraeids, ecotoxicity, soil, organic pollutants, soil organisms, avoidance test, reproduction test

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 5. 2011

Thesis defence

• Date of defence: 22. 6. 2011
• Supervisor: prof. RNDr. Ivan Holoubek, CSc.
• Reader: Ing. Simona Vosáhlová, Ph.D., doc. Ing. Vladimír Kočí, Ph.D., doc. Ing. Mgr. Jan Frouz, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry (4-years) / Environmental Chemistry