METODIKA HODNOCENÍ EKOLOGICKÝCH RIZIK Projekt IDRIS II - VaV/340/1/00 - Region specifický přístup v analýze ekologických rizik. Metodika hodnocení ve vztahu k přírodním katastrofám Autorský kolektiv: I. Holoubek, L. Dušek, L. Bláha, P. Anděl, B. Maršálek, J. Hofman, J. Jarkovský, P. Čupr, M. Škarek, R. Šmíd, D. Klimeš, J. Kohoutek, I. Holoubková, I. Šnábl, P. Kukleta Vytvořil TOCOEN, s.r.o., ve spolupráci s výzkumným centrem RECETOX
METODIKA HODNOCENÍ EKOLOGICKÝCH RIZIK ÚVOD CÍLE A ZAMĚŘENÍĚŘEN Projekt IDRIS II (VaV/340/1/00) Metodické a praktické cíle projektu Vytvořil TOCOEN, s.r.o., ve spolupráci s výzkumným centrem RECETOX
PROJEKT IDRIS II je široce pojatým metodickým návrhem PROJEKT IDRIS II Odborná garance Autorský kolektiv Projekt IDRIS II metodika hodnocení ekologických rizik. Region specifický přístup a metodika hodnocení ve vztahu kpřírodním katastrofám. TOCOEN REPORT No. 225/11/2002. TOCOEN, s.r.o., Brno. Listopad 2002, Brno, ČR K. Bláha I. Holoubek, L. Dušek, L. Bláha, P. Anděl, B. Maršálek, J. Hofman, J. Jarkovský, P. Čupr, M. Škarek, R. Šmíd, D. Klimeš, J. Kohoutek, I. Holoubková, I. Šnábl, P. Kukleta Expertní tým J. Matoušek, M. Gelnar, M. Machala, A. Kozubík, J. Hofmanová, K. Chroust Glen W. Sutter, II (US EPA), Margaret McDonnell (ANL US), Charles Menzie (Menzie - Curra & Associates), Chris Cowen a Joanna Jaworska (Procter and Gamble), Leendert van Bree (RIVM NL), A. Kočan (SR)
Základní cíle vycházejí ze zadání projektu I. Metodický pokyn pro hodnocení ekologických rizik Metodika EcoRA - úplná a zkrácená verze II. Metodický manuál pro hodnocení ekologických rizik Prakticky využitelný manuál postupu při EcoRA Základní výukové materiály III. Informační zdroje podmiňující implementaci metodiky Legislativní rámec pro implementaci EcoRA Informační zdroje pro plošné a regionálně specifické hodnocení EcoRA
Základní cíle vycházejí ze zadání projektu IV. Specifické rozpracování metodiky EcoRA Regionálně specifický přístup Hodnocení ve vztahu k přírodním katastrofám Metodika screeningového hodnocení EcoRA Možnosti predikčního hodnocení EcoRA V. Uživatelsky orientované softwarové nástroje DATEST, v. 2.0 / Interaktivní databázový zdroj testů a bioindikačních postupů EcoRA Manager, v.1.0 / Intraktivně realizovaný manuál EcoRA
METODIKA HODNOCENÍ EKOLOGICKÝCH RIZIK Univerzální metodické schema EcoRA Projekt IDRIS II (VaV/340/1/00) Jednotlivé komponenty metodických kroků Vytvořil TOCOEN, s.r.o., ve spolupráci s výzkumným centrem RECETOX
Obecné metodické schéma EcoRA ZADÁNÍ EcoRA Identifikace nebezpečnosti Hodnocení expozice Identifikace účinku(-ů) Charakterizace rizika Interpretace
Obecné metodické schéma EcoRA a jeho komponenty Jednotlivé informační zdroje Formulace problému Adekvátní empirická data Standardizované testy Modelové postupy Hodnocení expozice Hodnocení účinků Bioindikační postupy Charakterizace rizika Syntéza informací
Základní cíle vycházejí ze zadání projektu Plná realizace univerzálního metodického schematu je nutnou podmínkou komplexního hodnocení EcoRA = nastání škodlivých účinků je podmíněno existující expozicí = riziko vzniká z reálné expozice a možnosti nastání účinků Jednotlivé komponenty metodického schematu nemusí být vždy podloženy přímým měřením = měření mohou nahradit expertní a modelové odhady = prediktivní hodnocení může být postaveno na modelových datech
Obecné metodické schéma EcoRA ZADÁNÍ EcoRA Koncepční model EcoRA Definice scénáře Identifikace nebezpečnosti Komponenty systému Fázování procesu Hodnocení expozice Identifikace účinku(-ů) Charakterizace rizika Interpretace Expozice Stresor Konkrét. situace Sekundární vstup Receptor Stresor Hodnocení multisložkové expozice vede k dělení procesu do fází Účinek Primární vstup Vytvořil TOCOEN, s.r.o., ve spolupráci s výzkumným centrem RECETOX
Postup hodnocení EcoRA jako prakticky orientovaná riziková analýza EcoRA Zadání problému Formulace problému Analýza vzorků Návrh zájmového území Rešerše vstupních údajů Terénní šetření Vymezení zájmového území Základní popis přírodních poměrů Základní popis využití území Kategorizace zájmového území podle odhadu expozice Kategorizace zájmového území podle odhadu účinků Stanovení vzorkovacího plánu Odběr vzorků Analýza vzorků vycházející ze zadání EcoRA a předpokládaného typu kontaminace Management rizika Riziko není zjištěno dostatečně nebo je jeho míra vysoká. Potřeba detailnějšího šetření. Metodický postup dalšího detailnějšího sledování. Riziko je zjištěno dostatečně a jeho míra je nízká. Opatření na snížení a optimalizaci rizika atd.
METODIKA HODNOCENÍ EKOLOGICKÝCH RIZIK Formulace problému Koncepční model EcoRA Projekt IDRIS II (VaV/340/1/00) Jednotlivé komponenty metodických kroků Vytvořil TOCOEN, s.r.o., ve spolupráci s výzkumným centrem RECETOX
Základní komponenty pojmového modelu určující nebezpečnost daného stresoru (první fáze formulace problému) Vytvořil TOCOEN, s.r.o., ve spolupráci s výzkumným centrem RECETOX 1 2 3 Vytipování látek potenciálního zájmu Rekognoskace území, rešerše zdrojů Ekologický audit, vytipování zdrojů Vytipování látek, informace o nich Vytipování významných zdrojů Určení faktorů zkreslení, validita dat Určení rozsahu a časového profilu kontaminace Situační plán zájmového území Předběžné vymezení expozičních cest Primární vstup stresoru a další šíření Vymezení priorit s nejvyšší nebezpečností Vysoce nebezpečné látky s velkým potenciálem expozice Primární cesty expozice a nejvíce ohrožené jednotky Pozaďový stav zájmového území Dle okolností lze provést: Investigativní průzkum lokalit Monitoring aktivity zdrojů Screeningové hodnocení EcoRA
Základní pravidla pro třídění údajů při konstrukci koncepčních modelů EcoRA Validace prostorových jednotek v zájmovém území Hodnocení cest expozice Hodnocení pravděpodobného účinku Účelové a hodnotové kategorie Narůstající priorita jednotky pro hodnocení EcoRA Rostoucí pravděpodobnost významného poškození III. I. IV. II. Určení prioritních stresorů Míra existující zátěže Narůstající hodnotový, ekologický nebo hospodářský význam jednotky A B C D Rostoucí míra kontaminace I. Požadovaný stav II. Akumulace nebo transport stresoru III. Velmi citlivé nebo významné prvky ekosystémů IV. Vysoce riziková situace, receptorové jednotky Rizikové kategorie (se vzrůstající rizikovostí) A: Pozaďové lokality, mimo vliv expozice B-C: Zvýšené riziko kumulace stresoru, transport stresoru, přechodové oblasti D: Oblast s pravděpodobným zásadním biologickým účinkem
Popis zájmového území parametrický standard lokality Lokalita Geografické vymezení, rozsah území Využití území Hydrologické a klimatologické charakteristiky Hydrogeologické a geochemické vlastnosti Geobotanické charakteristiky, krajina, ochrana přírody Zoologický průzkum Biotopy a významné receptory kartografické souřadnice, politické jednotky, charakteristické hranice (řeka či její určitá část, pohoří apod.), významné prvky a objekty, zanesení do mapy současné a minulé využití okolní využití daného místa blízkost území s vysokou environmentální cenou topografie a drenážování důležité klimatické a hydrologické charakteristiky typy hydrogeologického prostředí chemismus podzemních vod biologická / chemická spotřeba kyslíku stupeň a typ využití podzemních vod stanovení zdrojů pitné vody typy habitatů přírodní i antropogenní habitaty habitaty významné z hlediska ochrany přírody seznam taxonů typ společenstev, definice přenosu energie a hmoty (potravní řetězce), změna oproti dřívějšímu stavu výskyt citlivých biotopů a organismů, např. mokřady a bažiny chráněné a ohrožené druhy, jinak důležité druhy dominantní druhy Investigativní a screeningový průzkum pozorované ekologické účinky prostorová distribuce charakteristických rysů zjištěný rozsah stávající kontaminace lokalit Vytvořil TOCOEN, s.r.o., ve spolupráci s výzkumným centrem RECETOX
Formulace problému pro EcoRA vzorkovací a monitorovací plány při iniciální rekognoskaci terénu Vytvořil TOCOEN, s.r.o., ve spolupráci s výzkumným centrem RECETOX A. Stratifikace zájmového území na prostorové jednotky B. Vypracovat plán průzkumu a odběrů respektující prostorové jednotky a jejich stav dle následujícího klíče Hlavní zdroj Hodnotitelnost účinků k1b k4 k1 k2 k3 k1a Stupeň kontaminace k2 k1 k2 k3 k1a k1b k4 Přechodové vrstvy rozhraní Screening na pozaďový stav systému (expozice) Bioindikace/screening na pozaďový stav lokality Oblast maximálního očekávaného účinku ( hot spot ) Další jednotkové zdroje Ideální stav pro screening je, pokud v rámci zájmového území je možná komparace následujících ploch: k1a-k1b k1-k3 k1b-k4
METODIKA HODNOCENÍ EKOLOGICKÝCH RIZIK Design hodnocení EcoRA Projekt IDRIS II (VaV/340/1/00) Hodnocení účinků a expozice Jednotlivé komponenty metodických kroků Vytvořil TOCOEN, s.r.o., ve spolupráci s výzkumným centrem RECETOX
Další významná kritéria určující vlastní design hodnocení v rámci scénáře EcoRA Vytvořil TOCOEN, s.r.o., ve spolupráci s výzkumným centrem RECETOX Retrospektivní EcoRA design Prospektivní 1. Čas Havárie 2. Biologický rozsah Single - species Multi - species 3. Komplexnost hodnocení Prescreening Screening Konečný test 3. Návaznost na scénáře EcoRA Biologický systém Expozice Proces hodnocení
Hierarchický detailní přehled biologických receptorů Vstup stresoru do ekosystému Testy toxicity Biodegradace Transformace Detoxikace Vstup do živého organismu Biotransformace Indukce enzymů (GST, MFO, hydrolázy, enzymy reparace DNA Detoxikace Vyloučení/ uložení Molekulární místo toxického působení Fosfolipidy buněč. membrán Membránové receptory Buněčné receptory Klíčové enzymy Biochemická integrita Iontová, ph a redoxní rovnováha Biochemické parametry působení Stresové proteiny (Hsp, metalothioneiny) Indikátory narušení metabolismu (zásoby ATP ) Inhibice a změny enzymových aktivit Narušení iontové, ph, redoxní rovnováhy Změny v signálech v/mezi buňkami Reparace Detoxikace Vyloučení/ uložení Organismus (fyziologie a chování) Působení na úrovni organismu Poškození chromozómů, buněčné léze a nekrózy Metabolismus (respirace, fotosyntéza) Růst a možnosti pro růst ( scope for growth ) Indukce nádorů, teratogenita, endokrinní disrupce Reprodukční (ne)úspěšnost, imunosuprese/toxicita Změny chování a příjmu potravy, adaptace Mortalita Reparace Detoxikace Vyloučení/ uložení
Hierarchický detailní přehled biologických receptorů Bioindikace Populace Působení na úrovni populací Populační hustota a demografie Produktivita, rozmnožovací úspěšnost Změny v genetice populací Změny kompetice Reparace Migrace/introdukce Společenstva Působení na úrovni společenstev Struktura a diverzita, stabilita Přenos energií a hmoty Stadium sukcese Resistence/resilience Migrace/introdukce Ekosystém
Primární kategorizace scénáře EcoRA Základní prvky systému vedoucí k projevu rizika Konkrétní situace Možnost sekundárních účinků stresoru ovlivňuje proces EcoRA Účinek Receptor Stresor Primární vstup stresoru Sekundární vstupy stresoru Půda Půda Stresor může vstupovat (primárně i sekundárně) na nejrůznějších úrovních prostředí Sediment Voda Vzduch Biota Sediment Voda Vzduch Biota
Typy účinků hodnocených ve standardních testech (obecné schéma) Akutní Subchronický ÚČINEK Lokální Chronický Systémový Pozdní Podle časového schématu Podle komplexnosti
Typy účinků hodnocených ve standardních testech (detailní schéma) ÚČINEK Testy toxicity Individuum Nespecifická toxicita Subletální účinek Růst/inhibice Nepolární narkóza Polární narkóza Blokování respiračního řetězce (respiratory blocator) Inhibitor AchE Membránové iritanty Poškození CNS Specifická toxicita Letální účinek Vitalita/mortalita Mutagenita Karcinogenita Endokrinní toxicita Neurotoxicita Teratogenita Reprodukční toxicita
Typy účinků hodnocených ve standardních testech (detailní schéma) ÚČINEK Populace Parametry populace Reprodukce Věková struktura Populační dynamika Společenstvo Strukturní a funkční diverzita Indikátorové druhy Počet druhů Struktura abundancí druhů Funkční skupiny ve společenstvu Dynamika společenstva Sukcese Ekosystém Homeostáze a homeorhéza Produkční schopnosti Stabilita ekosystému Resilience Inertia Bioindikace
Expoziční cesty A. Expoziční cesta od vstupu kontaminantu do prostředí až po expozici receptoru Vstup kontaminantu do prostředí Transport prostředím Kontakt s receptorem (bod expozice) Expoziční cesta v bodě expozice Expozice receptoru B. Expoziční cesta v bodě expozice v různých prostředích Povrchová voda Přímý kontakt Příjem kořeny Ingesce Podzemní voda Příjem kořeny Ingesce Kontaminant Potravní řetězec Ingesce Sedimenty Přímý kontakt Příjem kořeny Ingesce Půdy Dermální kontakt Foliární depozice Příjem kořeny Ingesce Vzduch Inhalace par Inhalace prachu Foliární příjem par Foliární depozice prachu
Hodnocení expozice (obecné schéma) Hodnocení expozice Vzorkování a chemická analýza abiotických vzorků Chemická analýza bioty a biomarkery Vzorkování a analýza obsahu kontaminantů na sledovaných lokalitách Nezbytná je opatrnost při interpretaci dat pod detekčním limitem a využití starších dat, Důležité je korektní provedení analýz, Postihnutí časových a prostorových vlivů na distribuci kontaminantu v různých prostředích Posouzení interní kontaminace Expozice na různých místech trofického řetězce Využití biomarkerů limituje jejich nízká specifičnost a nelinearita vztahu ke kontaminantu Modely osudu a transportu látek v prostředí Užitečné při posouzení čerstvých kontaminací Jedno nebo vícesložkové Je třeba mít na paměti, že obecně jsou zaměřeny na podzemní vody a další cesty expozice člověka Expoziční modely Umožňují odhadnout aktuální příjem naměřeného kontaminantu různými organismy Empirické (mechanismy příjmu) Mechanistické (toxokinetické modely)
Modelování expozice volně žijících organismů 3. Novější modely - další parametry (např. prostorová distribuce a chování organismů) 1. Potravní řetězce a pyramidy 2. Abiotická expozice (viz. B4.4) Dermální kontakt Inhalace plynu nebo částic Ingesce Osmotický příjem atd. Expoziční algoritmus Model expozice
Web EcoRA http://www.recetox.muni.cz/projekty/ecora
Web EcoRA - struktura Úvod Projekt IDRIS Metodika hodnocení ekol. rizik Softwarové nástroje hodnocení Praktická realizace EcoRA Diskusní klub EcoRA http://www.cba.muni.cz/phorum/list.php?f=16 Odkazy na Internetu Spolupracující centra