Advanced

Ecological effects of pesticides in freshwater model ecosystems

Wendt-Rasch, Lina LU (2003)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Bekämpningsmedel och algblomningar - finns det någon koppling?



Inom det konventionella jordbruket används idag regelmässigt stora mängder bekämpnings-medel, bara i sverige spreds under år 2001 mer än 1700 ton kemiska bekämpnings-medel på åkrarna. Ett stort problem med användandet av dessa ämnen är risken att de sprids och förorenar den intilliggande naturen. De kan driva med vinden när bonden sprutar sina fält, eller följa med vattnet från åkrarna efter regn, och på så sätt hamna i sjöar och vattendrag. I vatten-prover som är tagna från olika sjöar och vattendrag i Sverige mellan åren 1985 och 2001 så hittade man till exempel rester av bekämpnings-medel i mer än 40 % av... (More)
Popular Abstract in Swedish

Bekämpningsmedel och algblomningar - finns det någon koppling?



Inom det konventionella jordbruket används idag regelmässigt stora mängder bekämpnings-medel, bara i sverige spreds under år 2001 mer än 1700 ton kemiska bekämpnings-medel på åkrarna. Ett stort problem med användandet av dessa ämnen är risken att de sprids och förorenar den intilliggande naturen. De kan driva med vinden när bonden sprutar sina fält, eller följa med vattnet från åkrarna efter regn, och på så sätt hamna i sjöar och vattendrag. I vatten-prover som är tagna från olika sjöar och vattendrag i Sverige mellan åren 1985 och 2001 så hittade man till exempel rester av bekämpnings-medel i mer än 40 % av proverna (Törnquist et al. 2002). Tyvärr så är bekämpnings-medlen ofta giftiga även för andra organismer än de skadedjur och ogräs som de egentligen är avsedda för. Om bekämpnings-medlen hamnar i en sjö så kan därför djur och växter som lever i sjön skadas. Olika typer av bekämpnings-medel slår mot olika grupper av organismer. Växt-bekämpnings-medel skadar främst vattenväxter och alger (alltså de små mikroskopiska växterna som antingen lever fritt i vatten-massan eller växer på ytor t.ex. på blad), medan insekts-bekämpnings-medel särskilt påverkar vatten-levande insekter, som till exempel vattengråsuggor och sländelarver, och även vissa grupper av zooplankton (mikroskopiska vattenlevande djur). Ett sätt att undersöka hur en sjö påverkas om den utsätts för gifter är att använda konstgjorda dammar. Dammarna kan liknas vid jättestora akvarier där man försöker skapa ett system som liknar en sjö genom att ta in djur och växter från naturliga ekosystem. Under mitt arbete så har jag undersökt effekterna både av insekts- och växtbekämpningsmedel i olika typer av konstgjorda dammar. Den effekt som vi först såg i de konst-gjorda ekosystem som vi utsattes för insekts-bekämpnings-medel (cyper-methrin) var att zoo-planktonen, alltså de små vattenlevande djuren, försvann eller minskade kraftigt. Den här direkta effekten av giftet fortplantade sig sedan till andra delar av ekosystemet. Antalet alger blev fler i de konstgjorda dammar som exponerats för insekts-bekämpnings-medlet. Det berodde antagligen på att det inte längre fanns lika många djur, dvs. några zoo-plankton, som betade på algerna där (se figur 1 i avhandlingen). Vi har även undersökt hur ett växt-bekämpnings-medel (metsulfuron-mehyl) kan tänkas påverka en sjö. Växtbekämpnings-medlen är tillverkade för att utrota ogräsväxter och följaktligen var den första direkta effekten vi såg en kraftigt minskad tillväxt av vatten-växterna. Denna minskade tillväxt av vatten-växterna gjorde att vatten-växterna tog upp mindre näring och att det därför blev mer näring kvar i vattnet i de förorenade systemen. Denna extra näring utnyttjades av algerna, och mängden alger ökade således i de system där vi hade tillsatt växt-bekämpnings-medel (se figur 2 och 3 i av-handlingen). Detta kan tyckas vara konstigt eftersom även alger är växter och därför borde skadas av växt-bekämpnings-medlet. Varför algerna inte påverkades vet vi inte riktigt. En förklaring kan vara, att alger, även om de är nära släkt med kärlväxter, ändå har någon egenskap som gör att de inte skadas av just detta växt-bekämpnings-medel (metsulfuron-methyl). Detta gäller inte generellt för växt-bekämpnings-medel, utan det finns även ämnen som påverkar alger. Algblomningar och andra förändringar av sjöar som följer av över-gödning är idag ett stort problem i många länder, inte bara i Sverige. Hittills har man skyllt de här fenomenen framförallt på en ökad näringstillförsel, orsakad av utsläpp av närings-ämnen från t.ex. jordbruk och reningsverk. Våra och även tidigare studier tyder dock på att algblomningar också skulle kunna orsakas av att balansen i ett ekosystems störs genom att de förorenas med bekämpnings-medel, och således att bekämpnings-medels användningen kan bidra till de övergödnings förändringarna som vi ser i sjöar i jordbruks-områden. (Less)
Abstract
In this thesis I have investigated the effects of pesticide exposure on the ecosystem level using various types of experimental ecosystems, i.e. microcosms. The direct effect of exposure to cyperemthrin, a pyretroid insecticide, was a rapid decrease of crustancean zooplankton in enclosures in a lake. In the exposed enclosures the biomass of algae, heterotrophic nanoflagellates, ciliates and bacteria increased, likely due to indirect effects of the exposure to cypermethrin. The effects of a sulfonylurea herbicide, metsulfuron-methyl, were investigated in two studies. The experiments showed that the macrophytes were negatively affected following exposure to concentrations of metsulfuron-methyl at which no negative effects were observed on... (More)
In this thesis I have investigated the effects of pesticide exposure on the ecosystem level using various types of experimental ecosystems, i.e. microcosms. The direct effect of exposure to cyperemthrin, a pyretroid insecticide, was a rapid decrease of crustancean zooplankton in enclosures in a lake. In the exposed enclosures the biomass of algae, heterotrophic nanoflagellates, ciliates and bacteria increased, likely due to indirect effects of the exposure to cypermethrin. The effects of a sulfonylurea herbicide, metsulfuron-methyl, were investigated in two studies. The experiments showed that the macrophytes were negatively affected following exposure to concentrations of metsulfuron-methyl at which no negative effects were observed on the algal communities. Instead the algae proliferated in the exposed microcosms. The alterations of the primary producing community propagated to the zooplankton, and the species composition of the zooplankton community was altered, which thus was an indirect effect of exposure to metsulfuron-methyl. Hence, these studies show that both insecticides (i.e. cypermethrin) and herbicides (i.e. metsulfuron-methyl), through different mechanisms, can induce a competitive advantage for the algal communities in relation to the macrophytes. This suggests that exposure to pesticides may shift an aquatic ecosystem over to an algal dominated turbid state, i.e. cause alterations similar to changes induced by eutrophication. Furthermore, a study of the effects of a pesticide mixture on aquatic model ecosystems of different trophic status, indicated that the structure and trophic status of aquatic ecosystems is important for the final outcome of pesticide exposure. The effects of the pesticide treatment on the macrophytes and their associated algal community was different in the mesotrophic compared to the eutrophic model ecosystems and the effects were observed at lower concentrations in the mesothrophic microcosms. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Dr Brook, Theo C.M.
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
marine biology, aquatic ecology, limnology, Marinbiologi, Hydrobiology, community, zooplankton, algae, herbicide, insecticide, pesticide mixture, macrophytes, cypermethrin, metsulfuron-methyl, risk assessment, pesticides, microcosms, limnologi, akvatisk ekologi
pages
140 pages
publisher
Lina Wendt-Rasch, Ecotoxicology, Ecologybuilding, Sölvegatan 37, Lund, Sweden,
defense location
Ecology building, Blå hallen
defense date
2003-02-28 10:15
external identifiers
  • Other:ISRN: SE-LUNDBDS/NBKE-03/1030+140PP
ISBN
91-7105-186-4
language
English
LU publication?
yes
id
f9ad322f-8b59-4f62-a227-49eed951da0b (old id 465463)
date added to LUP
2007-09-07 11:27:41
date last changed
2016-09-19 08:45:08
@misc{f9ad322f-8b59-4f62-a227-49eed951da0b,
  abstract     = {In this thesis I have investigated the effects of pesticide exposure on the ecosystem level using various types of experimental ecosystems, i.e. microcosms. The direct effect of exposure to cyperemthrin, a pyretroid insecticide, was a rapid decrease of crustancean zooplankton in enclosures in a lake. In the exposed enclosures the biomass of algae, heterotrophic nanoflagellates, ciliates and bacteria increased, likely due to indirect effects of the exposure to cypermethrin. The effects of a sulfonylurea herbicide, metsulfuron-methyl, were investigated in two studies. The experiments showed that the macrophytes were negatively affected following exposure to concentrations of metsulfuron-methyl at which no negative effects were observed on the algal communities. Instead the algae proliferated in the exposed microcosms. The alterations of the primary producing community propagated to the zooplankton, and the species composition of the zooplankton community was altered, which thus was an indirect effect of exposure to metsulfuron-methyl. Hence, these studies show that both insecticides (i.e. cypermethrin) and herbicides (i.e. metsulfuron-methyl), through different mechanisms, can induce a competitive advantage for the algal communities in relation to the macrophytes. This suggests that exposure to pesticides may shift an aquatic ecosystem over to an algal dominated turbid state, i.e. cause alterations similar to changes induced by eutrophication. Furthermore, a study of the effects of a pesticide mixture on aquatic model ecosystems of different trophic status, indicated that the structure and trophic status of aquatic ecosystems is important for the final outcome of pesticide exposure. The effects of the pesticide treatment on the macrophytes and their associated algal community was different in the mesotrophic compared to the eutrophic model ecosystems and the effects were observed at lower concentrations in the mesothrophic microcosms.},
  author       = {Wendt-Rasch, Lina},
  isbn         = {91-7105-186-4},
  keyword      = {marine biology,aquatic ecology,limnology,Marinbiologi,Hydrobiology,community,zooplankton,algae,herbicide,insecticide,pesticide mixture,macrophytes,cypermethrin,metsulfuron-methyl,risk assessment,pesticides,microcosms,limnologi,akvatisk ekologi},
  language     = {eng},
  pages        = {140},
  publisher    = {ARRAY(0x871acc0)},
  title        = {Ecological effects of pesticides in freshwater model ecosystems},
  year         = {2003},
}