Föreläsning 2 ekotox i kursmomentet ekotoxikologi, NBIC18 Tekniskt miljöskydd 10p Mål: studenterna skall förstå komplikationerna med, och idag

Transkript

1 uw

2 Föreläsning 2 ekotox i kursmomentet ekotoxikologi, NBIC18 Tekniskt miljöskydd 1p Mål: studenterna skall förstå komplikationerna med, och idag existerande metoder för, att bedöma riskerna/effekterna av miljögifter på, i naturen förekommande, populationer. Jämföra med LC5 studier. Begrepp: Demografi Ålderstruktur Känslighetsanalys Microcosmos/mesocosm Ecol Risk Assessment

3 Ekotoxikologi Ekotoxikologi Ämne med antropogent ursprung påverkar organismers förekomst negativt Att jämföra med Ekologi: En arts existens/beteende påverkar andra arters förekomst negativt Direkt eller indirekt

4 Don t click!

5 Två möjliga orsaker: Ekotoxikologi Varför bry oss? Söka kunskap Människa som art har ett ansvar att veta och lindra dess effekt på andra organismer Värderingar och attityder: Måste vi som art bry oss bara för att vi har ett medvetande, en förmåga att inse att vi påverkar?

6 Kritiskt tänkande! we tend to use different criteria to evaluate propositions or conclusions we desire, and those we abhor.. For desired conclusions, in others words, it is as if we ask ourselves, Can I believe this?, but for unpalatable conclusions we ask. Must I believe this? The evidence required for affirmative answers to these two questions are enormously different. hor avsky, hata firmative bejakande, Thomas Gilovich, How we know what isn t so: The fallibility of human reason in everyday life. The Free Press

7 Att värdera ekotoxikologi dess metoder och dess resultat Internationell politik Inrikespolitiken Våra dagliga beslut

8 Internationell politik Kyoto protokollet Lagligt bindande utsläppsmål för de industrialiserade länderna. Skrevs under Protokollet omfattar sex växthusgaser: koldioxid, metan, dikväveoxid och de industriella gaserna HFC, PFC och svavelhexafluorid. Minskning 5.2 % USA bytte president och hoppade av 21. Egen klimatpolicy. Ökning 9 %

9 Inrikespolitik sökord miljögift Parti: Miljöpartiet Moderaterna Socialdemokraterna Centerpartiet Antal träffar på hemsidan 8 5

10 Sveriges miljömål riksdagsbeslut Begränsad klimatpåverkan 2. Frisk luft 3. Bara naturlig försurning 4. Skyddande ozonskikt 5. Ingen övergödning 6. Levande sjöar och vattendrag 7. Hav i balans, levande kust och skärgård 8. Myllrande våtmarker 9. Storslagen fjällmiljö 1. Giftfri miljö 11.Säker strålmiljö 12.Grundvatten av god kvalitet 13.Levande skogar 14.Ett rikt odlingslandskap 15.God bebyggd miljö

11 Ekotoxikologi- Sveriges miljömål Giftfri miljö 1. Kunskap om kemiska ämnens hälso- och miljöegenskaper (21) 2. Miljö- och hälsoinformation om varor (21) 3. Utfasning av särskilt farliga ämnen (23-215) 4. Fortlöpande minskning av hälso- och miljöriskerna med kemikalier (21) 5. Riktvärden för miljökvalitet (21) 6. Förorenade områden (25)

12 Bananer Vi svenskar är ett bananälskande folk. Med 17,6 kilo per år och person importerar och äter vi mest bananer i hela världen. Bekämpningsmedel, överflödig gödning och eroderad jord spolas efterhand ut i vattendragen och vidare ut i havet. Jättelika regnskogsområden har genom åren skövlats för att ge plats åt plantager. Svenska naturskyddsföreningen Obesprutade 21.9 kr/kg Besprutade 17.9 kr/kg

13 Mjällschampo Under 23 användes minst 1 ton zinkpyrition i mjällschampo och 2,4 ton zinkpyrition i båtbottenfärger. Det räcker med,26 mg zinkpyrition per liter vatten för att hälften av alla fiskar ska dö inom fyra dygn. En dos för hårtvätt, ca 1 ml, med marknadens vanligaste mjällschampo, innehåller cirka 88 mg zinkpyrition. Mjäll orsakas av en jästsvamp som heter Malassezia som normalt finns överallt på huden. Svenska naturskyddsföreningen

14 Kritiskt tänkande! Kyotoprotokollet, miljömål, bananer, mjällschampo,. Can I believe this? Must I beleive this?

15 Ekotoxikologi Ekotoxikologi Ämne med antropogent ursprung påverkar organismers förekomst negativt Hur bedöma/kvantifiera? organismers förekomst negativt Ekologi antal individer av en art Människan enskild individs lidande/skada/ökad dödlighet

16 Populationstillväxt i en miljö med begränsade resurser Inomartskonkurrens Antal individer bärförmåga naturlig Ökad dödlighet tid

17 Miljögift som påverkar mortaliteten - Ökad dödlighet tid ej tillräckligt villkor för att påverka förekomst tillräckligt villkor för att påverka återhämtningstid efter störning (resilience) Tillräckligt villkor om: Kraftigt ökad mortalitet resulterar i negativ populationstillväxt vid resurstillgång (utan inomartskonkurrens) tid Tillräckligt villkor om: Om interaktioner med andra arter förändras så att arten blir utsatt för högre konkurrens. Ny jämvikt! ellanartskonkurrens

18 Hur kvantifiera om förekomst påverkas av ett ämne? Mäta i fält: Finna korrelationer. Experiment På individ På population På grupper av populationer (mindre samhällen/ekosystem) Empiriska data på förekomst/populationstäthet eller Beräkna den indirekta effekten på förekomst/populationstäthet Ny populationstillväxt lutning/form på kurvan Ny jämvikt

19 Hur kvantifiera om förekomst Experiment påverkas av ett ämne? På individ På population eller grupper av populationer microcosm eller mesocosm försök Svårt att utvärdera specifika förhållanden Interaktioner inom och mellan populationer Beräkna den indirekta effekten på förekomst/populationstäthet Ny populationstillväxt lutning/form på kurvan Ny jämvikt

20 Experiment på individ nivå - utvärdera på populationsnivå e emigration bx födsel dx Population x dödslar i immigration

21 Experiment på individ nivå e - utvärdera på populationsnivå e emigration dx Population x dödslar e bx immigration i Population x födsel i emigration e bx emigration födsel immigration Population x emigration immigration i dx dödslar dx dödslar bx födsel dx Population x dödslar immigration i bx födsel emigration e Population x dx dödslar i immigration

22 Experiment på individ nivå - utvärdera på populationsnivå e emigration bx dx Population x dödslar födsel Under ett tidsteg: x antal individer b antal födslar/individ påverkas/ändras d sannolikheten att dö/individ påverkas/ändras i antal individer som immigrerar påverkas/ändras e antalet individer som emigrerar påverkas/ändras i immigration Utför experiment x(t) ) antal individer vid tiden t påverkas/ändras via parametrarna ovan

23 eräkna populationtillväxt nder ett tidsteg: x antal individer b antal födslar/individ d sannolikheten att dö/individ i antal individer som immigrerar e antalet individer som emigrerar x(t) antal individer vid tiden t Tag ett tidsteg i taget: x(t+1)=x(t)+bx(t)-dx(t)+i-e förändring av populationen under ett tidsteg x(t+1)-x(t)=bx(t)-dx(t)+i-e x(t+1)-x(t)=(b-d)x(t)+i-e bx födsel e emigration dx Population x dödslar x(t+1)-x(t)=rx(t)+i-e R tillväxt per individ, en kombination av födslar och dödslar, R=b-d, per tidsenhet i immigration Kontinuerligt dvs väldigt små tidsteg Dx(t)/dt=(b-d)x(t) x(t)=e (b-d)t x() differentialekvation lösningen till differentialekvationen

24 Tid Populationtillväxt Under ett tidsteg: x antal individer b antal födslar/individ d sannolikheten att dö/individ x(t) antal individer vid tiden t bx födsel e emigration dx Population x dödslar i immigration b och d konstanta över tiden exponentiell tillväxt ingen spridning population A n ta l in d iv id e r x(t+1)-x(t)=(b-d)x(t) differensekvation Dx(t)/dt=(b-d)x(t) differentialekvation x(t)=e (b-d)t x()

25 Populationtillväxt Under ett tidsteg: x antal individer b antal födslar/individ d sannolikheten att dö/individ x(t) antal individer vid tiden t bx födsel emigration e dx Population x dödslar immigration i b och d konstanta över tiden exponentiell tillväxt Experiment på b och d med olika koncentrationer beräkna populationstillväxt vid olika koncentrationer -

26 Hur mäta b och d? komplikation. Kan vi alltid hantera en population som en enhet? Behöver vi dela upp den i olika stadier/klasser? Åldersklasser Storleksklasser Uppdelade i rummet Morfologiska klasser/former/ Delpopulationer skiljer sig från varandra på, för modellens ändamål, viktiga punkter, t ex unga individer föder inget medans vuxna föder. b och d måste uppskattas med hänsyn till hur stor andel som t ex är unga respektive vuxna. Studera ålderstrukturerad population.

27 Åldersklasser-demografiska data Tre ålderklasser, n 1, n 2 och n 3. Nästa tidsteg räknas ut enligt 1 (t+1)= b 1 n 1 (t)+ b 2 n 2 (t)+ b 3 n 3 (t) 2 (t+1)= s 12 n 1 (t) 3 (t+1)= s 23 n 2 (t) OBS, ett tidsteg motsvarar storleken på ålderklasserna. b 1 b 2 b s 12 s 23 b i = hur mycket avkomma som förväntas från ålderklass i unde ett tidsteg s ij = sannolikhet att överleva från ålderklass i till ålderklass

28 Åldersklasser ästa tidsteg räknas ut enligt 1 (t+1)= b 1 n 1 (t)+ b 2 n 2 (t)+ b 3 n 3 (t) 2 (t+1)= s 12 n 1 (t) 3 (t+1)= s 23 n 2 (t) tt linjärt ekvationssystem ch vi kan använda atriser dvs linjär algebra = ) ( ) ( ) ( 1) ( 1) ( 1) ( t n t n t n s s b b b t n t n t n

29 Experiment Bestäm värden för matrisen vid olika koncentrationer: = ) ( ) ( ) ( ) 1 ( ) 1 ( ) 1 ( t n t n t n s s b b b t n t n t n

30 Åldersklasser, egenvärden och egenvektorer ldersklassmatriser (de flesta biologiska matriser) är sådana att deras största egenvärde är ett reellt tal, dvs inte komplext. etta innebär att egenvärdets vektor, s k genvektorn motsvarar den stabila ördelningen och egenvärdet den tillväxt om populationen då tillväxer med λ 1 =.56, v

31 Åldersklasser, egenvärden och egenvektorer population λ 1 =.56, v A n ta l in d iv id e r Tid x(t)=e (b-d)t x() x(t)= tx()

32 Experiment på individ nivå - utvärdera på populationsnivå e emmigration bx dx Population x dödslar födsel immigration i Under ett tidsteg: x antal individer b antal födslar/individ påverkas/ändras d sannolikheten att dö/individ påverkas/ändras Utför experiment i antal individer som immigrerar påverkas/ändras e antalet individer som emigrerar påverkas/ändras x(t) ) antal individer vid tiden t påverkas/ändras via parametrarna ovan

33 Experiment på individ nivå.72 λ 1 =.56, v utvärdera på populationsnivå e emmigration bx födsel Population x dx dödslar 1 1 Metod i immigration Utför experiment på individnivå

34 Steg 2: Känslighetsanalys Hur känslig är en population för ett miljögift / en störning? Vilka delar av livshistorien är mest känslig/ påverkar populationstillväxten mest? Vid vilken ålder är det värst att ett miljögift påverkar överlevnad, reproduktion, spridning, eller utveckling/åldrandet?

35 Känslighetsanalys Vid vilken ålder är det värst att ett miljögift påverkar överlevnad, reproduktion, spridning, eller utveckling/åldrandet? Känslighetsanalys av egenvärdet/populationstillväxten:.4 ( ) λ a = v w w, v ij 1, i 1, j Metod λ 1 =.56, v

36 uw

37 Föreläsning 2 ekotox i kursmomentet ekotoxikologi, NBIC18 Tekniskt miljöskydd 1p Mål: studenterna skall förstå komplikationerna med, och idag existerande metoder för, att bedöma riskerna/effekterna av miljögifter på, i naturen förekommande, populationer. Jämföra med LC5 studier. Begrepp: Demografi Ålderstruktur Känslighetsanalys Microcosmos/mesocosm Ecol Risk Assessment

38 1 5,5 1 1,5 Idag gängse metod inom ekotoxikologi LC5 Koncentration (mg/l) Överlevnad % efter 21 dagar,6,2, % överlevande,43 6,64,75 1, Kaliumdikromat mg/l Dapnia magna LC5 för kaliumdikromat =.47 mg/l

39 Ekotoxikologi Ämne med antropogent ursprung påverkar organismers förekomst negativt Metod hur man kan kvantifiera: påverkar organismers förekomst negativt Utvärdera på populationsnivå.72 λ 1 = 1.56, v Utför experime Metod att förutsäga om en art är känslig för miljögift/ämne. ( ) λ a = v w w, v ij i j 1 1, 1, 1 1

40 But the individual who can modify or correct beliefs molded by personal interest or the influence of his rearing is rare.it is easy to be wise in retrospect, uncommonly difficult in the event. Wallacer Stegner, författare och Prof Stanford, tidig miljöaktivist My business is to teach my aspirations to conform themselves to fact, not to try and make facts harmonise with my aspirations. Thomas Henry Huxley, "Darwin's bulldog"

41 uw

42 Snälla bekämpningsmedel överlevnad 1.5 Spraya vuxna bladlöss med derivat från Neem trädet Control 1 ppm 2 ppm 4 ppm 6 ppm ppm Ålder dagar Antal ungar

43 Andra försök med snällt bekämpningsmedel Bespruta unga respektive vuxna bladlöss Bespruta i olika temperaturer Bespruta och därefter kolonisera med bladlöss

44 Nyfödda och vuxna olika känsliga för besprutning Spraying adults 2 1,5 1, amount of margosan (ppm) Spraying newborns

45 Nytt sätt att mäta effekten av C day - 1 C night Concentration of Margosan-O bekämpningsmedel: simulering av populationen

46 Idag gängse metod inom 1 5,5 1 1,5 ekotoxikologi Concentration (mg/l),6,2,35,43,64,75 1,13 Överlevnad % efter 21 dagar LC5 % överlevande Kaliumdikromat mg/l Dapnia magna LC5 för kaliumdikromat =.47 mg/l

47 Ekotoxikologi Ämne med antropogent ursprung påverkar organismers förekomst negativt Metod hur man kan kvantifiera: påverkar organismers förekomst negativt Utvärdera på populationsnivå.72 λ 1 = 1.56, v Utför experime Metod att förutsäga om en art är känslig för miljögift/ämne. ( ) λ a = v w w, v ij i j 1 1, 1, 1 1

48 Generationstid på art kontra persistens av miljögift I första hand akut toxicitet, ett kortvarigt punktutsläpp. Om generationstid är betydligt längre än miljögift är effekten på population lättare att beräkna dock är populationen långsam på att anpassa sig (genetiskt) vid kronisk belastning eller återkommande belastningar. Om generationstid kort så medför att andra och tredjegeneration påverkas av utsläpp både direkt och indirekt svårt att uppskatta effekten av utsläpp. Dock snabba på att anpassa sig genetiskt.

49 Vad innebär detta i ett ekosystem? Vad blir effekten på olika trofinivåer? Effekten av olika anpassning? På biomagnifiering? För vilka nivåer i ett ekosystem kan man göra goda förutsägelser? Vad behöver man veta för respektive nivå (generationstid)

50 Vad kan man mäta? 1. Effekt på organism 2. Effekt på population 3. Effekt på samhälle/näringsväv 4. Effekt på ekosystem Organism LD5 Population täthet? Näringsväv tätheter? Störningskänslighet hos ny väv? Ekosystem biologisk mångfald? Flödet av

51 Ekologiska komplikationer Populations tillväxt Reproduktion Överlevnad Tillväxt Spridning Populationsdynamik Inomartskonkurrens Mellanartskonkurrens Predator-byte Mutualism Populationsgenetik Selektera fram resistenta populationer

52 Fungicids påverkan av ett sötvattens microcosmos Nilsson et al Ecotox kurs i Lund Fungicid i tre koncentrationer Biomassa av alger och zooplankton Biomassa zooplankton minskade med ökande konc av fungicid Växtplankton ökade med ökande konc av fungicid Mindre zooplankton ökade med ökad konc av fungicid

53 Indirekt effekt då zooplankton minskade så minskade betning och därmed växtplankton ökade Konk och predation av de mindre zooplankton minskade då större zooplankton minskade med högre konc av fungicid och därmed ökade biomassa av mindre zooplankton INDIREKTA EFFEKTER I MICROCOSM STUDIER

54 Tumregler Ekosystem struktur viktigare än funktion Det finns nyckelarter inom ett system Direkta effekter på överlevnad o dyl är viktigare än indirekta via konkurrens och predation Kronisk variation mellan arter mindre än akut variation Effekter oftast enbart adderas, dvs oftast är total effekten lika med summan av effekterna för sig

55 Några begrepp Biokoncentrering konc ökar jmf med vätska Bioackumulering- konc ökar jmf med konc i vätska/föda Biomagnifiering ökar med trofinivå Biotransformation ämnet transformeras via metabolism till nya mer eller mindre toxiska ämnen Biodegradering ämnet bryts ner till enklare form, ultimat blir det koldioxid och vatten

56 Ecological Risk Assesment ERA Att bedöma riskerna för ekosystem vid ett utsläpp/miljögift Utgår från riskbedömingar för människors hälsa Två olika områden kombineras Exponering, vilka nivåer kan vi förvänta oss av miljögiftet? Dosrespons, vilka är effekterna i ekosystemet av olika doser/koncentrationer?

57 De olika nivåerna/stegen i ERA, figur 8.1 Problem identifikation Bestäm exponeringsgrad Bedöm ekologiska effekter vid olika exponeringar Bestäm/karaktärisera risken: inkludera osäkerheter ger ett intervall Meddela/kommunicera riskbedömningen Skötsel handhavandet av risken -skötselplan Miljöövervakning 1. Mätning av ekologiska faktorer med bestämda tidsinterval 2. Mätning av skötselplanen: t ex utsläppsnivåer