Toxische effecten van combinaties van cadmium, zink en koper op terrestrische oligochaeten in relatie tot bodem-chemische interacties

Abstract

Dit rapport beschrijft de effecten en milieu-chemie van binaire combinaties van cadmium, zink en koper op de reproduktie van twee wormsoorten (Eisenia andrei en Enchytraeus crypticus) in een standaardtoets met OECD-kunstgrond. Het grote verschil tussen aquatische en terrestrische systemen is de aanwezigheid van de vaste bodemfase, die een belangrijke rol speelt bij sorptieprocessen, die voor een belangrijk deel de biobeschikbare fractie van een stof bepalen. Door de toxiciteitswaarnemingen te interpreteren met totale en extraheerbare metaalconcentraties, wordt de invloed van binding aan de bodemmatrix op de respons van bodemorganismen gekwantificeerd. Tevens zijn extraheerbare concentraties versus totaalconcentraties met Freundlich-isothermen bestudeerd. Effecten op de reproduktie worden met het toxic unit model en het isobologram-model beschreven. Alle toegepaste metaalcombinaties hebben een minder dan concentratie-additief effect op de reproduktie van beide wormsoorten. Dat betekent dat de metalen elkaars toxiciteit deels opheffen of onafhankelijk van elkaar werken. De EC50-waarden voor de toegepaste metaalmengsels hebben een grootte van 1.5 tot 3 Toxic Units. Dat betekent dat er 1.5 tot 3 keer zo veel metaal nodig is om 50 % effect te bereiken als verwacht wordt op grond van de concentratie-effect curves van de individuele metalen. Bij gebruik van extraheerbare concentraties verschuift het combinatie-effect in de richting van concentratie-additie (EC50 = ca. 1 TU). Dit duidt op interacties op het niveau van de bodemmatrix. Milieu-chemisch heeft cadmium -het meest toxische metaal- een hogere beschikbaarheid dan zink en is daardoor in de extracten van het mengsel steeds sterker vertegenwoordigd. Deze verschuiving van de cadmium/zink-ratio kan een veranderende respons teweeg brengen. Voor competitie tussen metalen om sorptieplaatsen in de bodem is geen eenduidig bewijs gevonden. Voor normstelling van mengsels van metalen lijkt concentratie-additie vooralsnog een veilige benadering. De factor 100 voor de afleiding van streefwaarden voldoet hierin. Bij de huidige interventiewaarden wordt geen rekening gehouden met combinatie-effecten, terwijl juist bij hoge concentraties meer competitie op bodem-chemisch niveau verwacht wordt, omdat er verzadiging van sorptieplaatsen optreedt. Door deze verzadiging komt er relatief meer metaal beschikbaar. Door bij interventiewaarden concentratie-additie toe te passen (concentraties van toxicanten worden als fractie van hun interventiewaarde uitgedrukt) kan een evenwichtiger beoordeling van verontreinigde locaties plaatsvinden. In dit rapport is een aanzet voor de te hanteren methodiek gegeven.<br>

The joint toxicity of binary heavy metal combinations of cadmium, copper and zinc to Eisenia andrei and Enchytraeus crypticus was studied in a standardised OECD artificial soil system. Also soil-chemical behaviour of the metals was studied using the Freundlich-isotherm, because a large influence of the soil matrix can be expected on the available fraction of metals for these organisms. The uptake of metals by worms is probably through the skin via the soil water phase. Thus, the calcium-chloride extraction procedures were used to determine the available metal concentrations. Dose-response curves were established by using these and total metal concentrations to quantify the effect of the soil matrix on the toxicity of metals. By applying the toxic unit concept and the isobolographic method, effects of mixtures were evaluated. All metal combinations appeared to have a less than concentration-additive effect on the reproduction of the worms. EC50-values for the mixtures varied between 1.5 and 3 indicating that a 50 % reduction of reproduction activity was established when using a 1.5 to 3 times higher concentration of metals as was expected from the toxicity of individual metals. When metal concentrations of mixtures were expressed as extractable concentrations a decrease of the EC50 was observed indicating a higher toxicity of the mixture due to soil-chemical interactions. Our soil-chemical results confirmed this by means of the differences in extractability between cadmium and zinc, resulting in an increasing cadmium/zinc ratio in toxic units in the extractable fractions. Competition between cadmium and zinc for soil sorption sites could not be demonstrated with our results. By the derivation of the Dutch reference values for soils a factor of 100 is used, partly to protect the ecosystem for possible chemical interactions among contaminants. This factor seems to be safe when heavy metals are concerned. At the level of intervention values the joint toxicity of contaminants is ignored. At these higher concentrations more interaction and competition is expected due to saturation of soil sorption sites. In this report a method is proposed to evaluate contaminated sites taking toxicant interactions into account.<br>