Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen, 29/2005 – Effekter af forurenet sediment på bundfauna

Miljøfarligheden af kemisk belastede sedimenter kan og er blevet vurderet ved en række forskellige tilgange, som både omfatter kemiske analyser, toksicitetsforsøg med sedimentlevende organismer, beregning af porevandskoncentration koblet med viden om stoffernes effekt overfor dyr (ikke nødvendigvis sedimentlevende), sammenligning af bunddyrssamfund i belastede og ikke belastede områder og mere simpelt som i hvor høj grad koncentrationen af forskellige stoffer overskrider koncentrationen i ikke forurenet sediment eller kun diffust belastet sediment /2/. Valget af metode varierer betydeligt mellem lande med USA, Canada og senere Australien og New Zealand som eksponent for en praktisk og nærmest obligatorisk gennemførsel af toksicitetstest ved enhver optagning og klapning af sediment, mens tilgangen i europæiske lande har været mere tøvende, men hovedsagelig har vurderinger været baseret på kemiske analyser af sedimenter, mens anbefalinger fra fx OECD /9/ ikke har haft den store effekt.

Udvikling af metoderne i USA har været drevet af EPA, NOAA og staten Florida, som med forskelligt udgangspunkt har udviklet en række konkrete "guidelines" for test (ASTM) og foreslået sedimentkvalitetsværdier for en række stoffer /10/. Kvalitetsværdierne er beregnet på basis af store databaser for sediment-bundne stoffers toksicitet overfor marine dyr (> 5.000 værdier), sammenhørende værdier for faunasammensætning og indhold af kemiske stoffer og/eller toksisk virkning i standardiserede test (> 1.000 værdier). Enkeltarts testene er gennemført med en bred vifte af organismer (især amfipoder og børsteorm) enten med "spikede" sedimenter eller oftest naturligt forurenede sedimenter indsamlet i forbindelse med opgravning og klapning. Langt hovedparten er udført som akut test (typisk 10 dage). Den store data base opdateres løbende og er anvendt til fastsættelse af sedimentkvalitetskriterier i USA, Canada, Australien og New Zealand /10,11,12/.

Med undtagelse af 5-6 undersøgelser er datasættene med sammenhørende værdier for kemiske stoffers koncentration og bundfaunaens sammensætning ikke etableret med det specifikke sigte at analysere for kausale sammenhænge, hvilket gør hovedparten af undersøgelserne mindre anvendelige. I modsætning til test med enkeltstoffer i eller tilsat sediment og bestemmelse af (korttids-) toksicitet overfor enkeltarter, så vil tilstanden eller ændringer i bundfaunaen afspejle den realiserede virkning af samtlige toksiske stoffer i sedimentet på hele det biologiske samfund og endvidere integrere påvirkninger fra sedimentets karakteristika (kornstørrelse, organisk indhold etc.). De primære ulemper er, at den naturlige variation i bundfaunasammensætning er stor (især i lavvandede områder) bl.a. som følge af variation i de naturlige forhold (fx kornstørrelse og organisk indhold) og en samtidig forekomst af flere forurenende stoffer gør det vanskeligt at identificere enkeltstoffernes bidrag til toksiciteten. Det er dog også muligt at screene data i lighed med praksis for enkeltartstest (se senere), men den langt mindre datamængde gør det dog ofte umuligt i praksis. Bundfauna reagerer på ændringer i temperatur, salinitet, sedimentation og koncentration af opløst ilt. Stationer med forringet benthos kan derfor være et resultat af disse forhold og ikke nødvendigvis toksiske stoffer i sedimentet. Der kræves derfor et meget stort datamateriale også for "rene" lokaliteter. En yderligere komplikation er, at bundfaunaens sammensætning normalt ikke kan beskrives fyldestgørende ved et enkelt numerisk mål som fx diversitet. Udvikling under EMAP har dog foreslået mere integrative indeks, som indeholder både diversitet, dominans/tilstedeværelse af forureningsfølsomme og –tolerante arter etc. /13/. Af samme grund har anvendelse af bundfaunasammensætning som mål for påvirkning med forurenende stoffer i sedimentet haft stigende succes gennem det seneste 10-år /13/.

1.1 Sedimentkvalitetsværdier og benthosundersøgelser

National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Florida Department of Env. Protec. (FDEP), Environmental Protection Agency (EPA) og Canadian Council of Ministers of the Environment har foreslået en række sedimentkvalitetsværdier, som kan udgøre grundlag for vurderinger af forurenede sedimenters effekt overfor dyresamfund i havet og kystnære områder (Box 1).

Værdierne er generelt udregnet på basis af det samme store datasæt bestående af enkeltartstest. Værdierne er beregnet udfra test med især marine organismer, som ikke er almindelige i Danmark ligesom egentlige brakvandsorganismer er stærkt underrepræsenterede /14/. Der er dog ikke grund til at antage at følsomheden hos nordeuropæiske organismer adskiller sig fra de nordamerikanske, og der er heller ikke entydig evidens for at brakvandsorganismer er mere eller mindre følsomme end egentlige marine organismer. Da hovedparten af data stammer fra forsøg med naturligt sediment vil der i regelen være flere stoffer som bidrager til toksiciteten. Det er derfor nødvendigt at "screene" data, således at kun ét stof er tilstede i en koncentration, som formodes at være toksisk ^[1].

Box 1.

Anvendte sedimentkvalitetsværdier er:

NOAA (USA):

Effects Range Low (ERL): Koncentration defineret ved den nedre 10 %'s percentil af alle eksperimenter, som har toksiske effekter. Der forventes kun undtagelsesvist effekter.
Effects Range Median (ERM): Median koncentrationen i samtlige enkeltartsforsøg, som viser effekter. Ved koncentrationer på og over ERM vil der normalt forventes effekter.

FDEP (USA):

Threshold Effects Level (TEL): Koncentration af stoffer defineret ved det geometriske gennemsnit af 1) koncentrationer i 15 %'s percentilen af test som havde toksiske effekter og 2) mediankoncentrationen (50 %'s percentilen) i forsøgene uden effekt. TEL repræsenterer således den øvre grænse uden effekter i den samlede variationsbredde af koncentrationer, som er undersøgt.
Probable Effects Level (PEL): Geometrisk gennemsnit af 1) 50 %'s percentilen i forsøg, som viste effekter og 2) 85 % percentilen i forsøg uden effekter. PEL repræsenterer den nedre grænse, der sædvanligvis resulterer i effekter.

EPA (USA):

Apparent Effects Threshold (AET): Koncentration i sedimentet, hvorover effekter altid kan forventes. AET anses normalt for at "underbeskytte" betydeligt mod effekter.

Miljøstyrelsen (DK):

"Overkoncentrationer": Koncentrationer lig med 2 gange koncentrationen,

der findes i diffust belastet sediment (dvs. uden lokale kilder)

Forudsigelsesgraden af de amerikanske sedimentkvalitetsværdier er testet i en række feltundersøgelser, hvor langt hovedparten stammer fra USA, samt enkelte fra Europa. Testene omfatter primært undersøgelser i marine kystnære farvande. I det følgende gives en kortfattet beskrivelse af undersøgelserne samt de vigtigste konklusioner. Overordnet sammenlignes resultaterne med de i Danmark anvendte værdier for 2 gange koncentration i diffust belastede sedimenter for fokusstofferne (Cd, Cu, Pb, Hg, TBT og PAH) og typiske koncentrationer målt i sediment fra 3 større danske industrihavne.

1.2 Sammenligning af sedimentkvalitetsværdier med danske værdier for overkoncentrationer

I Danmark vurderes miljøfarligheden af sediment bundne stoffer på basis af enkeltstoffernes overkoncentration i forhold til diffust belastet sediment, mens man i USA og Canada anvender et gennemsnit af sedimentværdikvotienter (f.eks. ERMQ= konc. i prøve/ERM) enten beregnet på alle målte stoffer eller for en udvalgt delmængde, f.eks. de 15 mest betydende stoffer. For stoffer med samme virkemekanisme eller generelt toksisk virkende stoffer som tungmetaller kan tilgangen være problematisk. I disse tilfælde burde man snarere anvende en sum af kvotienter. Dette vil dog kræve at samtlige stoffer kvantificeres!

I den amerikanske litteratur er der en tendens til at anvende gennemsnitlige sedimentkvalitetskvotienter baseret på et meget stort antal stoffer, hvor hovedparten forekommer i en meget lav men målbar koncentration og ikke bidrager til toksiciteten. Reelt vil disse stoffer reducere den gennemsnitlige kvotient og dermed kan et klart stærkt forurenet sediment (fx. med høje koncentrationer af Cu blive karakteriseret som kun moderat forurenet.

Sedimentkvalitetsværdier for fokusstofferne Cd, Cu, Pb, Hg, TBT og benzo(a)pyrene er vist i Tabel 1, sammen med koncentrationsværdier for overkoncentrationer, som anvendes af de danske myndigheder. Endvidere er der beregnet forholdet mellem overkoncentrationer i og de hyppigst anvendte kvalitetsværdier PEL, ERM. Generelt ligger de danske værdier i et område hvor der bedømt udfra sedimentkvalitetsværdierne ikke kan forventes (TEL) eller der kun kan forventes svage effekter (ERL). Forholdene mellem de i Danmark og USA/Canada anvendte kriterier: Overkonc/PEL, Overkonc/ERM viser, at den danske praksis tilsyneladende er mere restriktiv end den amerikanske og canadiske.

2 x Overkoncentration: koncentration som er 2 gange højere end diffust belastet sediment fra indre danske farvande
TEL: Threshold Effects Level
ERL: Effects Range Low
PEL: Probable Effects Level
ERL: Effects Range Median

Fodnoter

[1] Screening foretages normalt ved at sammenligne koncentrationen af enkeltstoffer i toksiske og ikke toksiske prøver: hvis et stof forekommer i en koncentration som er lavere end gennemsnittet af alle prøver som ikke er toksiske antages stoffet ikke at bidrage til en prøves toksiciet (e.g. Ingersoll et al.)

Indledning

1.1 Sedimentkvalitetsværdier og benthosundersøgelser

1.2 Sammenligning af sedimentkvalitetsværdier med danske værdier for overkoncentrationer

Fodnoter