Bioavailability models for predicting copper toxicity to freshwater organisms - Biobeschikbaarheidsmodellen voor het voorspellen van de toxiciteit van koper voor zoetwaterorganismen

摘要

Aquatische ecotoxicologie heeft als uiteindelijk doel het evalueren van risico’s van natuurlijke en antropogene stoffen voor aquatische ecosystemen. Dit proefschrift is specifiek gericht op het gebruik van toxiciteitsgegevens voor koper in zoetwater ecosystemen voor risico-evaluatie procedures en voor het opstellen van waterkwaliteitscriteria. Nog steeds worden waterkwaliteitscriteria en risicoschatting van metalen zoals koper voornamelijk gebaseerd op totale of opgeloste concentraties. Deze zijn echter geen goede voorspellers van hun potentiële schade voor ecosystemen. Verschillende fysisch-chemische waterkarakteristieken zoals de concentratie van opgeloste organisch stof (DOC), pH en hardheid kunnen de toxiciteit van metalen over verschillende grootteordes verschuiven. Dit effect wordt samengevat met de term “biobeschikbaarheid”. Dit toont aan dat, als er geen rekening gehouden wordt met biobeschikbaarheid, waterkwaliteitscriteria gebaseerd op totale of opgeloste concentraties te conservatief kunnen zijn voor één type water en onvoldoende beschermend voor een ander. In de context van duurzame ontwikkeling zijn geen van beide wenselijk aangezien het eerste kan leiden tot een verhoogde economische kost ten gevolge van (mogelijke) emissiereductie- en sanerings-maatregelen en het tweede tot schade voor het aquatische milieu en een afname van biodiversiteit. Het doel van deze studie was daarom het ontwikkelen van biobeschikbaarheids-modellen voor het voorspellen van kopertoxiciteit voor de kreeftachtige Daphnia magna en de groen-alg Pseudokirchneriella subcapitata als functie van de waterkarakteristieken. Door dit onderzoek werd duidelijk dat de DOC-concentratie het grootste effect had op kopertoxiciteit, gevolgd door de pH, en dit voor zowel acute en chronische toxiciteit van koper voor beide organismen. Het verschil was echter dat een toenemende pH zorgt voor een afname in de kopertoxiciteit voor D. magna en in een toename ervan voor P. subcapitata. Opmerkelijk was dat waterhardheid geen significante invloed had op de chronische kopertoxiciteit voor beide organismen, wat aanduidt dat de veelvuldig toegepaste eenvoudige praktijk van hardheids-gecorrigeerde normen voor koper irrelevant zijn. In tegenstelling tot deze eenvoudige praktijk werd er in dit onderzoek voor gezorgd dat alle relevante fysisch-chemische karakteristieken (inclusief DOC en pH) gebruikt werden om toxiciteit te voorspellen, meerbepaald via een biotisch ligand model voor D. magna en via een vereenvoudigde adaptatie van dit model voor P. subcapitata. Vervolgens werden alle modellen ook succesvol gevalideerd door middel van experimenten met natuurlijk oppervlakte-water. Daardoor zijn de ontwikkelde modellen in staat om zowel toxische als “veilige” concentraties van koper in het aquatische milieu accuraat te voorspellen en daardoor kunnen ze ook bijdragen tot een meer ecologisch verantwoorde risico-evaluatie en normering van koper in het aquatische milieu.