| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Modellering af optagelse af organiske stoffer i grøntsager og frugt

8 Praktisk brug af modellen i forbindelse med afværgeforanstaltninger

8.1 Udviklet modelværktøj

Som en af konklusionerne på projektet foreslås de i tabel 8.1 nævnte planteoptagsmodeller til risikoscreening vedrørende human eksponering via afgrøder dyrket på forurenet jord.

Bemærk, at modellerne kun gælder for ikke-ioniserbare og ikke-polære stoffer.

Tabel 8.1
Modeller til forskellige formål

Selv om der lægges et lag ren jord over den forurenede jord, kan der ske en overførelse af stoffer til planterne. Til beregning af transporten af stoffer op gennem jordsøjlen og af fordampningshastigheden fra jorden foreslås Jury-modellen anvendt. Fordampningshastigheden anvendes bl.a. til beregning af stofkoncentrationen i luft, som indgår i TGD-blad.

Modellerne er meget enkle og kræver ikke megen regnekraft. Bortset fra kartoffelmodellen og Jury-modellen kan beregningerne foretages med lommeregner og lidt god tid.

Modellerne er indbygget i én Excel-fil. I samme Excel-fil er der indlagt procedurer til beregning af koncentrationen i de tre faser i jorden (luft, vand og fast matrice) ud fra en kendt koncentration enten i jorden, i porevandet eller poreluften. Beregningerne kan nemt udføres "baglæns", dvs. jordens koncentration kan f.eks. beregnes ud fra en kendt koncentration i jordens porevand eller i planten ved anvendelse af Excels "Goal Seek" funktion.

Excel-filen kan rekvireres hos Miljøstyrelsens Jordforureningskontor.

Modellerne kræver forholdsvis få stofdata: molvægt, log K_OW og Henrys lovkonstant (alternativt vandopløselighed og damptryk). Disse data er generelt nemme at finde for de fleste stoffer, alternativt kan de beregnes med QSAR-modeller. Derudover er der mulighed for at specificere omsætningshastigheden i planterne, hvor modellerne som udgangspunkt antager, at der ikke sker en omsætning i planterne. Der er indbygget en mindre database i Excel-filen, hvor disse typer data er indlagt for en række stoffer, deriblandt de udvalgte modelstoffer. Det er nemt for brugeren at udvide "databasen" med flere stoffer.

Til beregning af stoffets fordeling i jordmatricen kræves i princippet kun kendskab til jordens densitet og indhold af organisk kulstof samt volumenfraktioner af luft og vand. Der er ligeledes i regnearket indlagt en mindre jorddatabase, hvor forskellige jorde er karakteriseret. Disse er identiske med jordtyperne i Miljøstyrelsens Jagg-model (Miljøstyelsen 1998). Også denne database kan nemt udvides med flere jorde.

Til beregning af optagelse i planter kræves en række plantespecifikke parametre:

Gulerodsmodellen kræver data for vand- og lipidindhold i roden, og eventuelt kulhydratindhold og luftvolumen i rodfrugten. Data for disse kan findes på Fødevaredirektoratets hjemmeside under "Den lille levnedsmiddeltabel" på adressen www.fdir.dk/publikationer/publikationer/publikationer/levntabel. Derudover kræver modellen transpirationshastigheden (f.eks. udtrykt i L/kg rod/dag eller L/L rod/dag). Hvis man ikke har data for transpirationshastigheden, kan en standardværdi på 1 L/kg rod/dag anvendes.

Kartoffelmodellen kræver data for lipid-, vand- og eventuelt kulhydratindhold i stængelknolden, samt diameter på stængelknolden. Derudover kræver modellen kendskab til luftvolumen i knolden, idet det har stor betydning for den hastighed, som stofferne optages med. Ved beregninger, hvor der simuleres et dæklag med ren jord, kræves endvidere kendskab til roddybden og kendskab til, i hvilken dybde rodfrugten ligger.

Travis & Arms kræver ingen plantespecifikke data.

Ligevægtskorrelationerne (Trapp, Chiou, Briggs) kræver vand- og lipidindhold i roden, og eventuelt kulhydratindhold og luftvolumen i rodfrugten. Disse kan hentes på Fødevaredirektoratets hjemmeside.

TGD-blad kræver de samme data som gulerodsmodellen og derudover bladareal, lipid- og vandindhold i bladene, samt en første ordens vækstrate for bladene. Endelig skal plantehøjden kendes.

Frugttræsmodellen kræver transpirationshastigheden (f.eks. i L/kg/dag) samt en første ordens vækstrate for træet. Derudover skal frugtens tørstofindhold være kendt (kan også findes på Fødevaredirektoratets hjemmeside).

Der er indbygget en mindre database i Excel-filen, hvor disse plantespecifikke data er indlagt for en række afgrøder, deriblandt modelafgrøderne. Det er nemt for brugeren at udvide "databasen" med flere afgrødetyper.

8.2 Eksempler på anvendelse af modellerne

Modellerne er meget enkle og hurtige at anvende, og derfor kan de med en minimal arbejdsindsats anvendes til forudsigelse af koncentrationerne i afgrøder ud fra kendte koncentrationer i jorden eller i jordens porevand eller -luft.

Følgende spørgsmål kan f.eks. - besnærende nemt - besvares ved anvendelse af modellerne:

Hvilke koncentrationer vil forekomme i typiske danske afgrøder, som dyrkes på en forurenet grund både med og uden dæklag?

Dette kan bruges til en vurdering af, om det humane indtag vil kunne nå kritiske værdier samt af, hvor meget et dæklag reducerer planteoptaget og dermed det humane indtag. Man kan således også bestemme dæklagets tykkelse for at nå ned på acceptable koncentrationer i afgrøden

Vil de jordkoncentrationer, der svarer til afdampningskriterierne i luften umiddelbart over terræn eller jordkvalitetskriterierne, give anledning til kritiske koncentrationer i afgrøden?

Hvilke(n) afgrødetype(r) er de(n) kritiske frem for andre i en given situation?

Hvilke områder skal prioriteres til gennemførelse af afværgeforanstaltninger?

8.3 Beskrivelse af modelværktøjets eventuelle begrænsninger og svagheder

I de foregående kapitler er de anvendte modellers resultater sammenlignet med såvel resultater af andre modeller som med de - meget begrænsede - eksperimentelle resultater fra forsøg i forurenet jord. Endvidere er modellernes følsomhed for variation i de parametre, der anvendes ved beregningerne, analyseret. Disse resultater sammenfattes nedenfor med henblik på en vurdering af modelværktøjets anvendelighed.

En generel svaghed ved validering af modellerne ved sammenligning med målte data er, at der ikke foreligger undersøgelser af koncentrationer af de mobile stoffer i planter dyrket i forurenet jord.

8.3.1 De enkelte modeller

Kartoffel- og gulerodsmodellerne har en tendens til at overestimere optaget i rodafgrøderne, men de forudsiger generelt størrelsesordenen på BCF-værdierne korrekt ved sammenligning med de (få) eksperimentelle data. Hvis det tillige antages, at biotilgængeligheden rundt regnet reduceres med en faktor 2 ved ældning, vurderes de to modeller generelt at give realistiske forudsigelser af optaget i rodfrugter.

Modellerne til beskrivelse af optagelse i bladafgrøder under feltlignende forhold er ikke præcise, hvilket sandsynligvis skyldes, at jordstænk (især for de hydrofobe stoffer) er en meget væsentlig eksponeringsvej. Da jordstænk er meget afhængige af dyrknings- og vejrforhold, kan der næppe udvikles en deterministisk model til beskrivelse af denne eksponeringsvej. Målinger i felten med efterfølgende statistisk analyse er sandsynligvis den eneste farbare vej til at kvantificere jordstænks betydning for planteoptaget. Da valideringsstudierne imidlertid påviste, at modellerne tilsyneladende overestimerer koncentrationen i bladafgrøden (når der tages hensyn til jordstænk), og da det humane indtag af forureningskomponenter via bladafgrøder er af mindre betydning i forhold til indtag via rodafgrøder, vurderes det, at en meget præcis beskrivelse af planteoptaget i bladafgrøder ikke er nødvendig til risikovurdering af forurenet jord.

Den opstillede model til beskrivelse af optagelse i frugter har det ikke været muligt at validere på grund af manglende data. Betydningen af fordampning af stofferne fra frugterne er ikke medtaget i modellen, hvorfor den må forventes at overestimere koncentrationer af flygtige stoffer betydeligt. For mobile stoffer viste beregningerne, at optagelse i frugt kan være af væsentlig betydning for indtagelse af forureningskomponenter med spisning af frugt. Det er derfor vigtigt for en vurdering af modelværktøjets anvendelighed, at frugttræsmodellen bliver valideret.

8.3.2 Fællestræk ved modellerne

Modellerne tager i princippet højde for omsætning/nedbrydning af stofferne i planterne, men generelt kendes omsætningshastigheden ikke. Omsætningshastigheden sættes derfor automatisk til 0 i beregningerne, hvilket kan føre til overestimering af koncentrationerne i afgrøden. Dette er muligvis årsagen til, at koncentrationen af naphthalen i planter generelt var overestimeret af samtlige modeller. Travis & Arms-modellen kan dog inddirekte have omsætningen i planterne medtaget, da modellen er en korrelation opstillet på basis af feltmålinger, hvor nogle af stofferne, som indgår i korrelationsanalysen, kan være delvis omsat i planterne.

Ældningens betydning for stoffernes tilgængelighed i jorden er et spørgsmål, der endnu forskes i, og der er forskellige opfattelser af, hvorvidt og eventuelt hvordan den kan kvantificeres. Ældningen er muligvis delvis inddraget i Travis & Arms-modellen, da den netop, som før nævnt, bygger på feltmålinger.

Betydningen af ældningen er derfor kun inddraget i modelværktøjet ved at antage, at biotilgængeligheden reduceres med en faktor 2 ved ældning. Dette er vurderet at være konservativt for de fedtopløselige stoffer. Både beregningsresultater, hvor der er taget hensyn til ældning og hvor der ikke er taget hensyn til ældning, angives i regnearkene (men de er altså ikke medtaget i rapporten).

Modellerne til beregning af rodoptaget overestimerer generelt rodoptaget af de fedtopløselige stoffer, men tidligere valideringsstudier har vist, at modellerne er rimelige for de mindre fedtopløselige stoffer.

Modellerne til beregning af bladoptaget overestimerer generelt optaget af de fedtopløselige stoffer, når der tages hensyn til jordstænk, men tidligere valideringsstudier har vist, at modellerne er rimelige for de mindre fedtopløselige stoffer. Jordstænkenes betydning for optaget via blade er uden tvivl for konservativt modelleret.

8.3.3 Krav til modelværktøjet

Da modellerne er baseret på ligninger, der i simpel form beskriver meget komplekse processer, er det af betydning for troværdigheden af beregningerne, hvorvidt de anvendte forsimplinger og antagelser kan siges at afspejle de forhold, der modelleres - eller med andre ord: om de er realistiske. Dette er en forudsætning for, at modelberegningerne kan anvendes til risikovurderinger.

For det her udviklede modelværktøj er det grundlæggende spørgsmål: Kan beregninger bruges som udgangspunkt for en vurdering af, om indtagelse af organiske stoffer ved spisning af afgrøder, der er dyrket i en given forurenet jord, vil kunne nå kritiske værdier?

Dette er forudsætningen for at kunne anvende værktøjet til afklaring af:

om en forureningssituation udgør en sundhedsmæssig risiko i forbindelse med dyrkning og spisning af afgrøder

hvor omfattende afværgeforanstaltninger (typisk jordudskiftning), der er påkrævet af hensyn til efterfølgende dyrkning af afgrøder på arealet

Modelværktøjets begrænsning er først og fremmest, at det er baseret på en række konservative forudsætninger og parametre, der ikke vil være realistiske i alle situationer; det overestimerer med andre ord optagelsen i afgrøderne. Ved at basere risikovurderinger på beregningerne, vil vurderinger, der viser lav risiko – og dermed ikke behov for (yderligere) afværgeforanstaltninger - være velbegrundede, mens afværgeforanstaltninger, der er baseret på vurdering af høj risiko, i realiteten kan være unødvendige.

Desuden er der mangel på data fra feltundersøgelser til validering af modelværktøjet – specielt for mobile stoffer. Med tanke på at modellerne generelt overvurderer koncentrationen i afgrøderne, er dette specielt problematisk i forbindelse med frugttræsmodellen, der netop for de mobile stoffer bliver udslagsgivende, når modelberegningerne kobles med indtagelsen af de enkelte afgrøder.

De gennemførte beregninger og sammenligninger med det begrænsede datamateriale fra eksperimentelle undersøgelser viser dog, at modelværktøjet er fuldt på højde med tilsvarende værktøjer, der anvendes i andre lande, både hvad angår "præcisionen" af estimaterne og modellernes robusthed over for variationer i de enkelte parametre. De delmodeller for enkeltafgrøder (specielt kartoffel og frugttræer), der er udviklet og medtaget i værktøjet, øger desuden anvendeligheden betydeligt.

Der er derfor grundlag for praktisk anvendelse af det udviklede modelværktøj i forbindelse med udarbejdelse af retningslinier for risikovurdering af forurenet jord, men dertil kræves yderligere belysning af problemstillingen.

8.4 Praktisk anvendelse af modelværktøjet

På baggrund af projektets resultater vurderes det, at følgende aktiviteter vil kunne danne grundlag for praktisk anvendelse af modelværktøjet:

En første forudsætning for udarbejdelse af risikovurderinger baseret på modelberegningerne er, at der foreligger sundhedsmæssige vurderinger – f.eks. i form af værdier for acceptabel daglig indtagelse (ADI) - for de enkelte stoffer.

Skal værktøjet kunne anvendes til vurdering af forureninger med mobile stoffer, bør der gennemføres undersøgelser, der kan be- eller afkræfte modellernes resultater, specielt forudsigelsen af at mobile stoffer vil blive optaget fra jorden og ophobet i frugter.

Modelværktøjets anvendelighed kan vurderes ved gennemførelse af beregninger med forskellige scenarier, hvor de parametre, der indlægges i databaserne, baseres dels på "værst-tænkelige" forudsætninger (som de er nu), dels på mere realistiske forudsætninger.

Scenarierne kan sammensættes, så de illustrerer typiske forureningssituationer og afværgeforanstaltninger. Valget af "realistiske" parametre kan for hvert scenarie og stof vælges ud fra bedst mulige, fagligt baserede skøn for hvert enkelt tilfælde. Herunder kan inddragelse af et mål for fordampning fra frugter medtages i frugttræsmodellen.

Afhængigt af udfaldet af sådanne scenarieberegninger vil resultaterne kunne bruges til at opstille retningslinier for, hvordan risikoen i typiske forureningssituationer afklares, herunder omfanget af de nødvendige afværgeforanstaltninger.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |