Antropogena gifter i våra viktigaste naturresurser

Antropogena gifter i våra viktigaste naturresurser Förenligt med miljömål och marknadsföringsstrategi för Öresundsregionen? Per Woin Projektledare: Woin, Per. Christoffersen, Kirsten. 1 Deltagare: Friberg-Jensen, Ursula 1 Jørgensen, Erik 1 Arvidsson Anna 2 Wendt-Rasch, Lina 3 1. Freshwater Biological Laboratory, University of Copenhagen, Helsingørsgade 51, Dk- 3400 Hillerød, Denmark. 2. Inst f miljöanalys, SLU, U-a 3. Ekologiska institutionen, avdelningen för kemisk ekologi och ekotoxikologi, Lunds universitet. Ekologihuset, 223 62, Lund, Sweden. Kort om "Samordnat miljöforskningsprogram för Öresundsregionen (SMÖR)" En arbetsgrupp om 5 forskare (Per Woin, LU, Kirsten Christoffersen, KU, Erik Swietlicki, LTH, Erik Skärbeck, SLU och Hans-Jørgen Albrechtsen, DTU) erhöll 1998 medel från forskningsprogrammet "Före, under och efter bron" för att samordna, identifiera och starta upp regional miljöforskning (Woin, 1998a). Två huvudmål för arbetet ansågs nödvändiga att uppfylla. Dels att forskningsfokuseringen skulle vara på miljöproblem som bedöms som relevanta för regionen. Dels att tagna initiativ skulle leda till ett utökat samarbete inom forskning och utbildning mellan danska och svenska institutioner. Verksamheten delades i enlighet med den ursprungliga programplanen upp i fem huvudansvars- och expertisområden mellan vilka medlen jämt fördelades. Gruppens medlemmar har därefter i en rad olika aktiviteter verkat för att uppfylla de aktuella målen. Regional miljöforskningsfokusering har kunnat konkretiseras genom att samarbeten och projekt kunnat initieras. Konkreta forskningsprojekt som gruppens medlemmar har drivit eller varit delägare i har sammanställts och presenterats på konferenser och som vetenskapliga publikationer. De fem huvudområden har bearbetats i varierande grad enligt följande. Ytvatten och biodiversitet (Per Woin och Kirsten Christoffersen) - Regionens ytvatten är viktiga naturresurser ur flera aspekter. De har en betydelsefull roll som 3

sötvattensreservoarer för potentiellt dricksvatten. Deras roll som habitat för bevarandet av biologisk mångfald i regionen är mycket stor liksom deras roll för närsaltsretentionen i landskapet. Ur rekreationssynpunkt har de också ett stort värde för fritidsfiske och turism. Ytvattnens stora betydelse i kombination med den förväntat höga exponeringen för toxiska och miljöfrämmande ämnen har inom projektet bedömts som ett problemområde av hög relevans för öresundsregionen. Kirsten Christoffersen och Per Woin inledde därför samarbete kring frågor om hur bekämpningsmedel påverkar sötvattensekossystem. Genom att engagera svensk doktorand och dansk huvudfagstudent samt dansk forskningsassistent i ett gemensamt experiment lades grunderna för forskningssamarbete. Luft (Erik Swietlicki) - Regionens luft är en viktig resurs för hälsa och välbefinnande. Inom regionen förekommer en hel del monitoring och studier inriktade mot luftkvalitet. Detta är logiskt med tanke på den direkta kopplingen till förväntat ökad biltrafik. Inom SMÖR har Erik Swietlicki arbetat med att utreda befintliga luftstudier, etablera nätverk mellan både akademiska och samhälliga luftprojekt, samt initierat mätprogram. Det har bedömts som särskilt relevant att studera luftens partikelinnehåll då det under senare år kunnat konstateras att dessa ofta är intimt förknippade med en rad allvarliga miljö och hälsoproblem. För vidare information hänvisas till separat presentation. Mark (HansJørgen Albrechtsen) - Inom de frågor som berör markens betydelse som naturresurs i regionen har framför allt grundvattenaspekterna bevakats inom projektet. Hans-Jørgen Albrechtsen vid DTU har arbetat med frågeställningar kring vattenteknologiska lösningar i en tillväxtregion. I synnerhet har dessa av tradition hög relevans på den danska sidan då dricksvattnet där i huvudsak hämtas från grundvattnet. Vidare har konkret forskningssamarbete med Lund kring frågor om nedbrytning av miljöfrämmande substanser i grundvatten resulterat i resultat som presenterades på en kongess i Kansas 1999. HJA har också aktivt arbetat med att skapa gemensamma sommarkurser och forskarutbildningskurser inom temaområdet. Landskap (Erik Skärbeck) - Studierna inom området som i huvudsak drivits av Erik Skärbeck vid SLU i Alnarp presenteras separat. Övrigt - Utöver kärnverksamheten har inom projektet också funnits en generell vilja att sprida information om miljöforskningsproblem samt att uppmuntra och stödja miljöforskningsinitiativ som relaterat till projektets ursprungliga målsättningar. Dessa engagemang har bl.a. kommit till uttryck i information på SJs Kulturvagnar samt journalistseminarier där miljöproblem i Öresundsregionen belysts. Per Woin deltog också i ett OECD-möte i Köpenhamn 1999, vid vilket frågor relevanta för Öresunduniversitetets roll i allmänhet och miljöfrågornas roll i synnerhet kunde diskuteras i ett internationellt perspektiv. Per Woin och Erik Swietlicki har dessutom deltagit i olika miljömöten som arrangerats av Öresundskommiten, länstyrelsen samt Agenda 21-forum Skåne. Sammanfattningsvis kan konstateras att: Konkreta forskningssamarbeten har inletts Kontaktytor mellan institutioner har etablerats. Dialoger mellan ovanliga ämneskombinationer har möjliggjorts och dessa kan leda till tvärvetenskapliga projekt på sikt. Kontaktytor mellan samhälle och forskare har skapats. Det framstår dock med all önskvärd tydlighet att ett mer effektivt danskt-svenskt samarbete hade kunnat uppnås om speciella medel hade funnits att tillgå för miljöforskning 4

inom regionen. I huvudsak kan samarbetet kring regionspecifika frågeställningar fortskrida tack vare intressen från individuella forskare med nationella forskningsresurser på fickan. En sådan situation är troligtvis inte hållbar i längden. SMÖR-ytvatten och biota Målsättningen med arbetet inom SMÖR var att stärka samarbetet mellan dansk och svensk miljöforskning. Då ett av de största regionspecifika miljöproblemen identifierades till att vara direkt relaterat till det intensiva jordbruket på båda sidor sundet, prioriterades studier rörande bekämpningsmedlens förekomst och effekter i regionens ytvattensekosystem. En av betydelserna med ett uthålligt samhälle bör kunna beskrivas med, utan att vara särskilt kontroversiell, att mänsklig aktivitet ej ska påverka den biologiska mångfalden och ekosystemfunktionerna negativt. Användningen av de moderna pesticiderna regleras hårdare än någonsin genom näringsdrivna informationskampanjer och lagstiftning. Likväl är det så att det aldrig tidigare spridits så stora mängder gifter i det svenska jordbrukslanskapet som nu. Bara i Sverige sprids varje år mer än sjuttonhundra ton på våra åkrar (1999). Och användningen av kemiska bekämpningsmedel inom jordbruket ökar, sedan 1998 har besprutningen ökat med tjugo procent. Störst är ökningen i Skåne. Pesticidföroreningar har under senare år konstaterats i flera yt- och grundvattenresurser i både Danmark och Skåne. Resthalter påträffas trots att lantbrukarna allmänt hanterar kemiska bekämpningsmedel på ett korrekt sätt. Sverige undertecknade Esbjergdeklarationen 1995, vilket utmynnade i femton miljömål som Sveriges riksdag beslutade om våren 1999. Miljömål nr 12 "En giftfri miljö" (prop. 1997/98:145) innebär att "utsläpp av alla farliga ämnen till miljön skall upphöra inom en generation". I detta sammanhang kan man fråga sig om pesticidanvändningen i regionen är farlig och om den - oavsett farlighet - överhuvudtaget är förenlig med de uttalade miljömålen för regionen. Ett av de viktigaste målen med miljövårdsforskningen är att ta fram information som är avgörande för ekosystemens och arternas överlevnad och fortbestånd. Utarmningen av biologisk och genetisk mångfald har identifierats som ett av vår tids viktigaste miljöproblem. Fokuseringen på detta miljöproblem accentuerades med the Biological Diversity Convention som ratificerades av flertalet FN-stater i Rio de Janeiro 1992. Bl.a. framhölls den stora betydelsen av kunskapsutveckling för att identifiera hot och orsaker till förlust av biologisk mångfald. I en svensk implementering av konventionens mål vilken formulerades i "Aktionsplan för biologisk mångfald" (SNV1995 Rapport 4463) framhölls ytterligare vikten av satsningar inom en rad forskningsområden. Bl.a. identifierades det intensiva jordbrukslandskapet som särskilt betydelsefullt att prioritera ur forsknings och övervakningssynpunkt. Detta innebär att Öresundsregionen är både extra utsatt och i stort behov av insatser och åtgärder på området.. Det är sedan länge välkänt att populationer/arter kan slås ut p.g.a. både akuta och subakuta miljögiftseffekter. Orsakerna till dessa arters populationsminskningar har i många avseenden utretts med framgång och åtgärder för att bromsa processen har vidtagits. Forskning och åtgärder har huvudsakligen fokuserat på organismer och miljöer som har en direkt koppling till människans livskvalité; t.ex. däggdjurs- och fågelfauna, matfisk och fiskevatten. Detta är förståeligt men inte tillräckligt för en hållbar utveckling med bibehållet 5

hög biodiversitet. Det existerar flera arter med kraftiga populationsminskningar samt ekosystemförändringar vars orsaker vi ej känner. Är detta dolda kemikalieanvändningsproblem? Den del av faunan och floran (exempelvis plankton, påväxtalger och evertebrater), om vilken kunskapen är begränsad både taxonomiskt och ekologiskt, kanske har försvunnit eller är hotade på grund av kemikalieanvändningen. Kanske utgör denna utarmning av flora och fauna också ett hot, på lång sikt, mot ett hållbart skogs- och jordbruk. Naturliga och välfungerande ekosystem är en förutsättning för att specifika arter ska kunna överleva och reproducera sig i för dem essentiella habitat. I Sverige finns flera olika klimatologiska och geologiska förutsättningar för olika naturtypers tillkomst och existens. Varje sådan naturtyp består av unika konstellationer av arter och ekosystem som anpassat sig till just den regionens/naturtypens speciella förhållanden. Den moderna människans exploatering av naturens resurser har inte varit jämt fördelad över alla existerande naturtyper. Vissa, för människans näringar gynnsamma regioner har därför utnyttjats nära nog hundraprocentigt (ex Öresundsregionens jordbruksområden) medan andra i stort sett fått förbli orörda (ex högfjäll). För att skydda och bevara habitat och specifika arter har man avsatt "rumsliga" reservat, infört biotopskydd i naturvårdslagen och rekommenderat markägare att skapa förutsättningar för naturliga "refuger" som gör det möjligt för reservat och isolerade ekologiska öar att genetiskt kommunicera med varandra. I intensiva jordbruksregioner är sådana rumsliga eller rent fysiska skyddsåtgärder nödvändiga för att den ursprungliga och unika faunan och floran ska kunna fortleva. Frågan är dock om rumsfaktorn är den enda som behöver tillgodoses i en modern naturvårdsstrategi som syftar till bevarandet av biologisk mångfald? Möjligen kan man ifrågasätta om reservat och andra områdesskydd kan avsättas i sådan omfattning att livskraftiga populationer av den ursprungliga faunan och floran långsiktigt kan bibehållas. Hög biologisk mångfald i ett område eller ekosystem kan bedömas som ett sundhetstecken som indikerar att systemet ifråga innehåller en myriad av ekologiska interaktioner. Dessa i sin tur, medverkar till att systemet är självupprätthållande, dvs klarar av att utan yttre hjälp fortleva och utvecklas på ett hållbart sätt. Intensivt och högteknologisk odlade jordbruksoch skogsbruksområden å andra sidan är inte självupprätthållande utan kräver mekanisk och kemisk (närsalter och pesticider) hjälp för att kunna existera. Denna hjälp vet vi, av erfarenheter från de senaste femtio åren, har gett oönskade sidoeffekter i miljön (jordflykt och erosion, eutrofiering, giftspridning och effekter på flora och fauna). I intensiva jordbruksområden fungerar dammar och vattendrag med dess strandzoner som viktiga refuger för den ursprungliga floran och faunans möjligheter att fortleva i landskapet/regionen. Flera av de rödlistade arterna (Artdatabanken 2000) har sina enda tillhåll i eller i anslutning till sådana refuger. Att behålla eller återskapa sådana refuger i odlingslandskapet är därför av stor vikt för att också möjliggöra bevarandet av den biologiska mångfalden på lång sikt. Med denna metodik kan de rent fysiska förutsättningarna för upprätthållandet av varierande livsmiljöer tillgodoses. Om de kemiska förutsättningarna uppfylls är däremot mera ovisst. Flera oberoende studier under senare år (Woin 1995, 1998b; Maurer & Holt 1996; Wendt- Rasch et al 2000) har visat att bl.a. användningen av kemiska bekämpningsmedel och andra jordbrukskemikalier utgör ett potentiellt hot mot organismer och ekosystem i jordbruksintensiva regioner. Flera av de vanligaste bekämpningsmedlen har visat sig kunna generera negativa effekter på organismer vid exponeringskoncentrationer som är möjliga att återfinna i naturvatten (Crommentuijn et al., 1997). I en nyligen genomförd studie i 6

Skånska dammar i jordbruksområden (Arvidsson, 1999) uppmättes pesticidkoncentrationer som i flera fall överskred halter som beräknats vara harmlösa (säkra) för akvatiskt liv. Hotbildens allvar har dock ifrågasatts av både producenter och myndigheter då de moderna bekämpningsmedlens livslängd är kort. Eventuella effekter och skador skulle därmed också vara tillfälliga och därför inte utgöra något hot mot organismerna och ekosystemet på lång sikt. Rent teoretiskt är det dock av två skäl fullt möjligt att tänka sig att även snabbnedbrytbara gifter kan generera negativa långtidseffekter: 1. Den akuta skadan som uppstår i det mottagande ekosystemet kan vara så pass omfattande att det sker ett fundamentalt dominans- och funktionsskift på organismnivån vilken leder till omorganisering av ekosystemets struktur och funktion. En snabb återhämtning från sådana skador försvåras av ekosystemets grad av isolering från liknande oskadade system (koloniseringskällor). 2. Den upprepade exponeringen resulterande i akuta och/eller kroniska effekter medför att även potentiell återhämtning till naturligt ursprungssystem förhindras då systemet kontinuerligt utsätts för ny stress. Organismsamhällena utvecklar tolerans. Experimentella studier visar att miljömässigt realistiska koncentrationer av pesticider kan generera ekologiskt signifikanta långtidsförändringar i simulerade dammekosystems (mesokosmer) struktur och funktion (Brock et al., 1992; Linders et al., 1994; Woin 1995,1998b; Wendt-Rasch et al 2000). De tydligaste förändringarna som registrerades på både kort och lång sikt var minskad mångfald, dominansskift och funktionell grupp skift. Beräkningar och uppmätta halter av bekämpningsmedelsrester i yt- och grundvatten visar att koncentrationer som genererat tydliga effekter i experiment kan återfinnas i naturliga vattensystem (Kreuger and Brink 1988, Hill 1989, Richards and Baker 1993, Helweg 1995; Hessel et al., 1997; Larson et al., 1999; Arvidsson 1999). Att det föreligger en risk för att den biologiska mångfalden i akvatiska ekosystem påverkas negativt av bekämpningsmedelsanvändningen i omgivande jordbruksområden är därför troligt. Undersökningar och resultat Ett gemensamt fältförsök med titeln: "Studier af pesticiders indvirkning på mikroorganismer i en eutrof sø" omfattade 9 mesokosmer (enclosures) i Frederiksborg Slotsssø i Hillerød. Dessa blev exponerade för pesticiden cypermethrin i stigande koncentrationer, varefter organismsamhällena blev analyserade för att beskriva responsförloppet i datelj. Analysprotokollen var omfattande och kunde, tack vare samarbetet, inkludera antal och tillväxt av bakterier, protozoer, epifytiska alger, fytoplankton, zooplankton samt ett antal kemiska och fysiska parametrar inklusive cypermethrinkoncentrationer. Tydliga indicier på störd "top-down control" kunde observeras i systemen. Direkta effekter på vissa djurplankton kunde konstateras i system som exponerats för 0,1 g cypermethrin/l. Effekterna fortplantade sig till algerna, varför tydliga effekter kunde ses även på detta samhälle, trots att cypermethrin egentligen inte är direkt giftigt för alger. Mängden alger i exponerade system ökade. På plattor med oglaserad kakel som hängt i vattnet under experimentperioden konstaterades att med en ökad koncentration av insekticid i vattnet ökar också biomassan av påväxtalger på plattorna (Figur 1). Vi har alltså här i princip åskådliggjort en form av eutrofieringseffekt indirekt orsakad av ett vanligt modernt bekämpningsmedel. 7

Figur 1. Med ökad koncentration av insekticiden cypermethrin ökar mängden alger på keramiska plattor utplacerade i modellekosystemen. I ett laboratorieförsök kunde mekanismen för sambandet påvisas. En algart (grönalgen Scenedemus sp.) och en betare (vattenloppan Daphnia magna) exponerades tillsammans för insekticiden fenvalerate (syntetisk pyrethroiden liknande cypermethrin). Vid halter över 0,2 g fenvalerate/l påverkades vattenlopporna av ökad dödlighet (Figur 2). Algerna å andra sidan började tillväxa mer än normalt vid en koncentration över 0,08 g/l. Detta är riktigt intressant då fenvalerate är en insekticid som är känd för att vara mycket toxisk för daphnier och nästintill ogiftig för alger. Resultatet illustrerar en sekundär (eller indirekt) effekt av bekämpningsmedlet. Vi kan alltså avläsa en sekundär effekt vid en lägre koncentration än den som genereras av den direkta effekten. Detta fenomen skulle kunna förklaras av att vattenlopporna mår sämre och då äter mindre när de börjar bli förgiftade. Sålunda har vi konstaterat experimentellt att vi får ökad algtillväxt i system som behandlas med insekticid och att en mekanism för detta scenario är att betarna i form av vattenloppor slås ut alternativt äter mindre. Figur 2. Effekten av insekticiden fenvalerate på ekologin i sötvattensekosystem visar att de minst känsliga (algerna) är de som ger respons vid lägst exponeringskoncentration. När populationen av betare (Daphnia) minskar tillväxer algerna. NOEC är den koncentration vid vilken respons ej kan observeras 8

Studerar man de påverkade planktonsamhällena lite mer ingående noterar man att det inte enbart är biomassan hos den studerade gruppen som förändras. Det sker också förändringar i sammansättningen mellan olika arter i systemet. Det uppstår med andra ord en "obalans" mellan olika arter i organismsamhället. Subtila förändringar i organismsamhällen är arbetskrävande att studera och den tilltagande bristen på taxonomisk expertis inom akademin försvårar ytterligare. Dock om dessa hinder kan passeras kan komplexa data snabbt analyseras och åskådliggöras med hjälp av multivariata kalkyler i moderna datorer. I diagram som illustrerar den procentuella andelen av olika arter i system som exponerats för olika mycket bekämpningsmedel kan vi också se att oberoende av den totala mängden organismer, vissa grupper ökar eller minskar relativt andra. Generellt brukar man också se att artrikedomen i stressade system är lägre än i kontroller. En rad av indicier som indikerar att den förändring som initialt sker i ett exponerat system också återverkar på artsammansättningen på ett sådant sätt att mångfalden eller diversiteten minskar. Tack Forskningen har finansierats genom anslag från ÖU-broprojektet, SJFR, MISTRA och CBM. Referenser Arvidsson, A. 1999. Determination of pesticides in ponds in an agricultural region in Sweden - sampling of water by solid-phase extraction. Report 1999:7, Department of Environmental Assessment. Swedish University of Agricultural Sciences. Brock, T.C.M., van den Bogaert, M., Bos, A.R., van Breuklen, S.W.F., Reich, R., Terwoert, J., Suyerbuyk, R.Em:, and Roijackers, M.M. 1992. Fate and effects of the insecticide Dursban 4E in indoor Elodea-domminated and macrophyte-free freshwater model ecosystems: II. Secondary effects on community structure. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 23 391-409. Crommentuijn T., Kalf D.F., Polder M.D,. Posthumus R.& van der Plassche E.J. 1997. Maximum Permissible Concentrations and Negligible Concentrations for pesticides. Report 601501 002, Natl. Inst. Publ. Health. Environ. The Netherlands. Friberg-Jensen U, Christoffersen K, Wendt-Rasch L and Woin P. 2001. Direct and indirect effects of the pyrethroid insecticide cypermethrin on a freshwater plankton community studied under field conditions. I. Heterotrophic organisms. Submitted to Aquatic toxicol.. Helweg, A. (Ed.) 1995. Pesticides in precipitation and surface water. TemaNord 1995:558, Nordic Council of Ministers, Copenhagen 1994. Hessel K., Kreuger J. and Ulén B. 1997. Kartläggning av bekämpningsmedelsrester i yt-, grund- och regnvatten i Sverige 1985-1995. Resultat från monitoring och riktad provtagning. Ekohydrologi 42. Division of Water Quality Management, SLU, Uppsala. Hill, J.R. 1989. Aquatic organisms and the pyrethroids. Pestic. Sci. 27, 429-465. Kreuger, J. and Brink, N. 1988. Losses of pesticides from arable land. Jordbruk, 49, 50-61. Larson, S.J., Gilliom, R.J. and Capel, P.D. 1999. Pesticides in streams of the United States - Initial resuls from the national water-quality assessment program, U.S Geological Survey, California. Water-Resource Investigation Report 98-4222. 9

Linders, J.B.H.J., Jansma, J.W., Mensink, B.J.W.G. and Otermann, K. 1994. Pesticides: Benefaction or Pandora's box? A synopsis of the encironmental aspects of 243 pesticides. The Netherlands:National institute of public health and environmental protection. Report No. 679101014. Maurer, B.A. and Holt, R.D. 1996. Effects of chronic pesticide stress on wildlife populations in complex landscapes: Processes at multiple scales. Environ. Toxicol. Chem., 15, 420-426. Richards, R.P. and Baker, D.B. 1993. Pesticide concentration patterns in agricultural drainage networks in the Lake Eire basin. Environ. Toxicol. Chem., 12, 13-26. SNV1995 Rapport 4463 "Aktionsplan för biologisk mångfald" Wendt-Rasch, L., Woin, P., Christoffersen, K. and Friberg-Jensen, U. 2000. Insecticide induced stimulation of phytoplankton and periphyton in an eutrophic lake. ASLO (American Society of Limnology and Oceanography) 2000 Aquatic Sciences Meeting in Copenhagen. Wendt-Rasch L., Woin P. and Christoffersen K. 2001 Indirect effects of the pyrethroid insecticide cypermethrin on primary producers in an eutrophic lake. Submitted to Aquatic toxicol. Woin, P. 1995. Xenobiotics in aquatic ecosystems: Effects at different levels of organisation. Doctoral thesis at Lund University. December 15, 1995, 140 pp. Woin, P. 1998a "Själland och Skåne före, under och efter bron" - ett synopsis för miljöforskning och utveckling. In: Hur en region nybildas, Öresundsuniversitetet 1998 (ISBN 91-630-7320-X), p. 248-252 Woin, P. 1998b. Short- and long-term effects of the pyrethroid insecticide fenvalerate on a invertebrate pond community. Ecotox. Environ. Safety 41, 137-156. 10