Biomonitoring of herbicide impact using aquatic macrophytes : laboratory and field studies for the evaluation of potential toxicity on aquatic plants

Die Bewertung des Herbizideinflusses auf Wasserpflanzen erfolgt zur Zeit anhand von Ergebnissen aus Versuchen mit der monokotylen Lemna sp. und mit Algen. Eine alleinige Einschätzung der Herbizidtoxizität aufgrund solcher Testsysteme birgt gewisse Unsicherheiten, da für einige Herbizide, wie z.B. Auxinherbizide, die toxischer gegenüber Dikotyledonen sind, die Toxizität unterschätzt werden könnte. Lemna sp. ist der einzige Makrophyt für den im Moment ein standardisiertes Protokoll und eine vorläufige OECD Richtlinie mit Angaben zu standardisierten Testbedingungen vorhanden ist. Andere Makrophyten, wie auch geeignete Protokolle für die Durchführung ökotoxikologischer Tests sind in der Vergangenheit schon vorgeschlagen worden. Hauptziel der vorliegenden Arbeit war die Eignung verschiedener Makrophytenspezies in Labor- und Freilandtestsystemen für ein ökotoxikologisches Monitoring zu untersuchen. Es wurde ferner bewertet, ob eine Extrapolation von im Labor gewonnenen Ergebnissen auf Freilandbedingungen möglich ist. Zu diesem Zweck wurde eine Serie von Herbiziden mit unterschiedlicher Wirkweise und physiologisch verschiedene Makrophyten ausgewählt und in Labor- und Freilandexperimenten eingesetzt. <br>Als Testsystem im Labor dienten kleine Durchflusskammern, sog. Mikrobioreaktoren, in denen der Einfluss von Herbiziden auf die physiologischen Parameter der Makrophyten, Sauerstoff und pH, bewertet wurde. Verschiedene Lemnaceaen und Blätter von Myriophyllum sp. wurden für die Experimente verwendet. Die Ergebnisse wiesen eine hohe Sensitivität der Makrophyten gegenüber denjenigen Herbiziden auf, die in das photosynthetische System eingreifen, wie Atrazin, Simazin und Diquat. Die bei den Makrophyten beobachteten Effekte für diese Herbizide stimmen mit denjenigen Daten überein, die in vorhandenen Labor- und Freilandarbeiten in der Literatur zu finden sind, und bestätigen das enorme Potential des Labortestsystems, um einerseits als schnelles Biomonitoringinstrument eine Bewertung toxischer Substanzen zu erlauben, und anderseits eine Alternative für die Extrapolation von Laborergebnissen in das Freiland zu bieten. Im Gegensatz dazu zeigten Herbizide, deren Wirkweise mittel- oder langfristige Effekte verursachten, eine geringere Sensitivität in den Mikrobioreaktoren als dies aus vorhandenen Experimenten bekannt war. Die Mikrobioreaktoren erwiesen sich als geeignet, um mechanistische Einschätzungen der Wirkweise von Herbiziden vorzunehmen, und zur Beobachtungen von Erholungsprozessen der metabolischen Aktivität nach Exposition mit einem Photosynthese-Hemmstoff wie Atrazin, oder Adaptationserscheinungen nach Herbizideinwirkung. Vielfach konnte eine Reduktion der Hemmung, während des Monitorings von O2 und pH bei fortwährender Herbizidexposition, beobachtet werden. <br>Das Mikrokosmen Testsystem im Freiland beinhaltete diverse physiologisch unterschiedliche Makrophytenspezies (Mono- und Dikotyledonen, submerse, emerse und schwimmende Arten), ermöglichte aber auch die Bewertung einer sich im Mikrokosmos natürlich entwickelnden Algenflora. Drei unterschiedliche Herbizide, Simazin, Dimethachlor und Triasulfuron, wurden unter umweltrelevanten Konzentrationen getestet. Dabei zeigte sich, dass der Aufbau der Mikrokosmen für eine Bewertung der potentiellen Toxizität dieser Herbizide in aquatischen Systemen sehr gut geeignet war. Das vorgestellte experimentelle Programm kombinierte klassische Wachstumsparameter und physiologische Endpunkte, sodass die Menge an Informationen für eine adequate Bewertung adverser Effekte und zum Abschätzen des Erholungspotentials aquatischer Pflanzen in Mikrokosmen gleichermaßen geeignet war. Die o.g. Herbizide zeigten beim Vergleich mit der Kontrolle keine signifikanten Effekte bei der niedrigsten getesteten Konzentration für keinen der bewerteten Parameter nach 84 Tagen, sodass diese Konzentration als diejenige gilt, die keine beobachtbaren ökologisch adversen Effekte verursacht (0.08 mg/L für Simazin, 4.5 µg/L für Dimethachlor und 0.26 µg/L für Triasulfuron). Es konnte auch gezeigt werden, dass der Zeitpunkt für eine korrekte Einschätzung der Toxizität eine zentrale Rolle bei der Bewertung spielt und dass das Erholungspotential der unterschiedlichen Makrophyten stark schwanken kann. Vergleiche von Ergebnissen der unterschiedlichen trophischen Ebenen erhöhten den Informationsgehalt der im Freiland gewonnenen Ergebnisse und erlaubten daher eine bessere Einschätzung der potentiellen Herbizidtoxizität. <br>Die in der vorliegenden Arbeit verwendeten Makrophytenspezies wie auch die Labor- und Freilandtestsysteme sind für einen ökotoxikologischen Einsatz geeignet. Beide experimentellen Anordnungen haben ein großes Potential, um eine sichere Bewertung der Herbizideinflüsse auf Wasserpflanzen durchzuführen und standardisierte Testbedingungen für Experimente mit Makrophyten zu schaffen.

Author dc:creator

• Vervliet Scheebaum, Marco

Contributors dc:contributor

• Wagner, Edgar

• biomonitoring
• herbicide
• macrophytes
• toxicity
• aquatic plants

Repository record source_url

https://freidok.uni-freiburg.de/data/2450

OAI identifier oai:identifier

oai:freidok.uni-freiburg.de:2450