Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?
description
Transcript of Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?
![Page 1: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/1.jpg)
Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?
Erik Smolders, Koen Oorts, Fien Degryse, Jurgen Buekers & Nadia Waegeneers
Katholieke Universiteit Leuven
![Page 2: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/2.jpg)
Minerale-N in 0-4 cm strooisellaag in naaldbos in Zweden rond een Cu+Zn smelterTyler, 1975
Toxiciteit van Cu/Zn op het terrein
![Page 3: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/3.jpg)
Ecotoxicologische normen (HC5) voor metalen, afgeleid uit standaard toxiciteitstesten met metaalzouten (oplosbaar!), liggen binnen het bereik van achtergrondswaarden
geol. HC5 achtergrond
Zn 26 mg/kg (toegevoegd) 5-150 mg/kgCu ~30 mg/kg 2-50 mg/kgNi 10 mg/kg 1-100 mg/kgPb 84 mg/kg 5-100 mg/kg
![Page 4: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/4.jpg)
Vragen
(a) Hoe en waarom verschillen de toxische concentraties tussen bodem, artificieel verontreinigd met metaalzouten in het lab, en bodems verontreinigd met metalen ‘op het veld’?
(b) Hoe en waarom verschillen de toxische concentraties in functie van bodemeigenschappen?
Vertrekhypothese: toxiciteit van een metaal hangt af van de oplosbaarheid; oplosbaarheid is vooral afhankelijk van de pH; …dus toxiciteit is voornamelijk pH afhankelijk
![Page 5: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/5.jpg)
M2+ M-organismeM-bodem M-BL
membraan
Bodem Oplossing Organisme=biotisch ligand
het ‘Vrij Ion Model’ (FIAM) toegepast op bodems
chemie biologie
toxicologie
H+,Ca2+
![Page 6: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/6.jpg)
Zn contaminatie onder pylonen als een model voor verouderd Zn
3 sites, max. Zn 2000-3700 mg/kg
‘controle’
![Page 7: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/7.jpg)
Plantengroei
![Page 8: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/8.jpg)
Nitrificatie
![Page 9: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/9.jpg)
Rhydtalog-Eisenia
0102030405060708090
0 500 1000 1500 2000 2500
Zn total (mg/kg)
nu
mb
er o
f co
coo
ns spiked
field
Reproductie wormen
Lock et al., 2003, UGent
![Page 10: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/10.jpg)
‘Verouderd’ Cu
‘Vers’ Cu
Wortellengte gerst
Rooney et al., 2005
![Page 11: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/11.jpg)
Lagere Zn concentratie in bodemoplossing verklaart gebrek aan toxiciteit in het veld
Total Zn (mg/kg)
0 1000 2000 3000
Res
pons
e (%
of
cont
rol)
1
10
100
Soil solution Zn (mg/L)
0 200 400 600 800
Res
pons
e (%
of
cont
rol)
1
10
100
Total Zn (mg/kg)
0 1000 2000 30001
10
100
Soil solution Zn (mg/L)
0 100 200 3001
10
100
Total Zn (mg/kg)
0 1000 2000 3000 40001
10
100
Soil solution Zn (mg/L)
0 500 1000 15001
10
100
Rhydtalog De Meern Zeveren
Total Zn (mg/kg)
0 1000 2000 3000
Res
pons
e (%
of
cont
rol)
1
10
100
Soil solution Zn (mg/L)
0 200 400 600 800
Res
pons
e (%
of
cont
rol)
1
10
100
Total Zn (mg/kg)
0 1000 2000 30001
10
100
Soil solution Zn (mg/L)
0 100 200 3001
10
100
Total Zn (mg/kg)
0 1000 2000 3000 40001
10
100
Soil solution Zn (mg/L)
0 500 1000 15001
10
100
Rhydtalog De Meern Zeveren
![Page 12: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/12.jpg)
900354760
50
100
150
200
250
300
fieldspiked
900354760
50
100
150
200
250
300
2000
Zn inoplossing (mg/l)
fieldspiked
‘field/spike’ beschikbaarheidsfactor = 824/278=3,0
Stijging in bodemoplossing Zn bij +824 mg Zn/kg in veld is equivalent aan die bij +278 mg Zn/kg als ‘vers’ ZnCl2.
Zn inbodem (mg/kg)
![Page 13: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/13.jpg)
M2+ M-organismeM-bod M-BL
membraan
Bodem Oplossing Organisme=biotisch ligand
chemie biologie
toxicologie
H+,Ca2+
M-bodfix
tijd
het ‘Vrij Ion Model’ (FIAM) toegepast op bodems
![Page 14: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/14.jpg)
![Page 15: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/15.jpg)
![Page 16: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/16.jpg)
0.01
0.1
1
10
100
1000
10000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19Soil number
EC
50
(m
g C
u k
g-1
or
mg
Cu
l-1)
EC50 Total soil Cu
De toxische drempel van Cu voor bodemrespiratie in 19 bodems: de 20-voudige variatie in toxische drempels…
![Page 17: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/17.jpg)
0.01
0.1
1
10
100
1000
10000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19Soil number
EC
50
(m
g C
u k
g-1
or
mg
Cu
l-1)
EC50 Total soil CuEC50 Soil solution Cu
…wordt niet verklaard door verschillen in bodemoplossing Cu
![Page 18: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/18.jpg)
M2+ M-organismeM-bod M-BL
membraan
Bodem Oplossing Organisme=biotisch ligand
chemie biologie
toxicologie
H+,Ca2+
M-bodfix
tijd
het ‘Vrij Ion Model’ (FIAM) toegepast op bodems
H+,Ca2+
![Page 19: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/19.jpg)
y = 0.91*pH - 1.68; R2 = 0.84
0
1
2
3
4
5
6
7
2 3 4 5 6 7 8pH soil solution
log
Kd
Cu
2+
(l k
g-1
)
log M2+ EC50
log Kd, EC50 = log (Mtotal/M2+)
pH effect op de toxische drempel van het Cu2+ ion in oplossing is het tegengestelde van het pH effect op sorptie ervan
y = -0.99*pH + 0.23; R2 = 0.91
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
2 3 4 5 6 7 8pH soil solution
log
Cu
2+ (
mo
l l-1
)
(EC50 respiratietest)
![Page 20: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/20.jpg)
M2+ M-organismeM-bod. M-BL
membraan
Bodem Oplossing Organisme=biotisch ligand
chemie biologie
toxicologie
H+,Ca2+
M-bod.fix
tijd
het ‘Biotisch Ligand Model’ (BLM) toegepast op bodems
H+,Ca2+
![Page 21: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/21.jpg)
De CEC (afhankelijk van % organische stof, klei en pH) verklaart Cu toxiciteit (vb. effect op groei tomaat)
y = 0.96x + 1.47R2 = 0.75
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 0,5 1 1,5 2log CEC (cmolc/kg)
log
EC
50 (
mg/
kg)
CEC EC50(cmolc/kg) (mg/kg) (cmolc/kg) (% van CEC)
5 140 0.4 910 270 0.9 920 400 1.3 8
![Page 22: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/22.jpg)
Voorbeeld van implementatie
Norm ( PNEC) zonder correcties voor biobeschikbaarheid = 26 mg/kg (toegevoegd Zn) of ongeveer 66 mg Zn/kg (totaal Zn)
Bodem pH CEC PNEC(cmolc/kg) (mg/kg)
1 3.7 5 422 6.0 16 1063 6.6 29 440
DISCUSSION
![Page 23: Ecotoxiciteit van metalen in bodem, hoe breng je bodemchemie en toxiciteit bij elkaar?](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/56814b07550346895db81e55/html5/thumbnails/23.jpg)
Samenvattend
1. Toxiciteitstesten op bodems gecontamineerd met metaalzouten overschatten toxiciteit in veldgecontamineerde bodems; verschil in mobiliteit (conc. in bodemoplossing) is een deel van de verklaring
2. Toxiciteitsdrempels gebaseerd op ‘oplosbaar’ metaal ion zijn meer variabel dan drempels uitgedrukt als ‘totaal’ metaal voor Cu, Zn en Ni; t-BLM concept verklaart dit resultaat
3. Empirische modellen tussen toxische drempels en bodemeigenschappen (CEC, pH) kunnen gebruikt worden om normen af te leiden