Modelování rizik pesticidů ve vodním prostředí - využití distribuce citlivosti druhů

Bc. Branka Laković

Master's thesis

Modelling risks of pesticides in the aquatic environment - application of the Species Sensitivity Distribution

Abstract:

V posledních několika dekádách se postupně objevovala a zhoršovala kontaminace vodního prostředí, až se stala vážným environmentálním problémem. Lidská činnost ovlivňuje vodní ekosystémy mnoha způsoby, může to vést až k vymírání druhů a negativnímu ovlivnění struktury a funkce biologických společenstev. Významnou hrozbou pro vodní zdroje je uvolňování chemikálií do prostředí, mezi nejvýznamnější skupinu chemikálií ve vodním prostředí patří pesticidy. Pesticidy jsou široce používané v zemědělství, ale často se objevují v řekách a vodních tocích. Tam se dostávají transportem z polí, na která byly aplikované, nebo intenzivními a špatnými zemědělskými postupy. Aby bylo možné chránit sladkovodní ekosystémy, je potřeba mít k dispozici nástroje, které by nám pomohly detekovat a kvantifikovat efekty různých stresorů. V této práci jsou využity různé metody k hodnocení vlivu vybraných pesticidů na vodní toky v Německu. Koncept distribuce citlivosti druhů je zkombinován s údaji o přímých účincích (složení druhů a jejich biodiverzitě). Potenciální efekty jednotlivých toxikantů a jejich směsí na biodiverzitu sladkovodních ekosystémů jsou predikovány využitím PAF (potentially affected fraction / potenciálně ovlivněná frakce – použito u jednotlivých pesticidů) a multisubstance PAF (msPAF pro směsi pesticidů). Pro směsi byly využity kombinace modelů koncentrační aditivity a aditivity účinků. Pro porovnání jsou hodnoty vypočítané pomocí msPAF srovnány s hodnotami SPEAR indexu a Toxickými jednotkami (TU), které byly odvozeny pro studované lokality. Diskutovány jsou výhody, nevýhody a omezení jednotlivých přístupů hodnocení rizik pesticidů.

Abstract:

Contamination of aquatic ecosystems has emerged and became a serious environmental problem in the last few decades. Aquatic ecosystems are influenced in many ways by human activities which have caused species extinctions and negatively influenced structure and functional parameters of biological communities. A significant threat to water resources is releasing of chemicals, amongst one of the major are pesticides. Pesticides are widely used in agriculture, but they frequently occur in rivers and streams by transportation from the fields where they are applied, or due to intensive or bad agricultural practice. In order to protect freshwater ecosystems, tools to detect and quantify effects of various stressors are required. In the present thesis, different methods are used for evaluating the impacts of selected pesticides on stream ecosystems in Germany. The concept of species-sensitivity distributions is combined with existing mixture toxicity strategies in order to predict the risk for direct effects on the composition of species and their biodiversity. Potential effects of individual toxicants and their mixtures on fresh water ecosystem biodiversity are predicted by using PAF (potentially affected fraction - used for individual pesticides), and the multisubstance PAF (msPAF) based on assignments of toxic modes of action to the compounds in the complex mixture. For comparative purposes, calculated msPAF values are compared with SPEAR index values and Toxic Units (TU) obtained for these streams. Using these methods, it is presented how polluted sites and affected species can be ranked, and their advantages and limitations are discussed.

Keywords

Species sensitivity distribution, mixture toxicity, validation, SPEAR, pesticides, retrospective risk assessment, pollution of stream ecosystem

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 7. 6. 2013
• Supervisor: prof. RNDr. Luděk Bláha, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Special Biology