Toxikologie krajiny je vědecká disciplína, která se objevila v roce 1990 ke studiu účinků znečišťujících látek v ekosystémech, jako jsou toxikologie , ale rozšíření prostřednictvím nástroje a pojmy krajinné ekologie . Zajímá ji proto vliv krajinných charakteristik (prostorové a časové parametry, distribuce geografických variací biologické rozmanitosti atd.) A struktura potravinových sítí na přenos a účinky znečišťujících látek.
Tento koncept je relativně nový a potřebu udělat z něj výzkumné téma vyjádřili John Cairns Jr a BR Niederlehner v roce 1996 v článku: Rozvoj oboru krajinné ekotoxikologie . Tato studijní disciplína byla vytvořena s cílem lépe vysvětlit, jak mohou určité látky ovlivňovat krajinu prostřednictvím různých toků mezi ekosystémy, a je založena na hodnocení potenciálních environmentálních rizik. Krajinná stupnice, jejímž cílem je reagovat na tendenci výzkumu na úrovni ekosystémů zaměřit své akce na soubor, který je příliš malý v čase a prostoru, aby vysvětlil a detekoval všechny procesy přítomné v tomto prostředí. Cílem této disciplíny je v konečném důsledku poskytnout další informace pro rozhodování při řízení různých studovaných oblastí.
V počátcích této disciplíny byla identifikace narušeného prostředí prováděna identifikací konkrétních charakteristik, dokumentovaných jako přítomné ve vysoce pozměněných systémech. Dobrým příkladem vysoce narušeného prostředí je oblast kolem slévárny , která se po založení rychle mění ve struktuře a složení. V současné době zlepšení výpočetních kapacit počítačových nástrojů, vyřazení vojenských satelitů z provozu, zlepšení jemnosti senzorů a využití geografických informačních systémů ve spojení s prediktivními modely umožnily identifikovat narušená prostředí, která se vyskytují na ve větším měřítku a na větších plochách.
Tato doména vytváří vztah mezi dvěma šupinami různé velikosti: molekulární vůči živým, zejména mnohobuněčným organismům. Stanovení příčinné souvislosti mezi těmito dvěma subjekty na úrovni jediného druhu již bylo prokázáno a podporuje to řada studií . Na druhou stranu, odvodit tuto toxicitu na ekosystém, nebo dokonce na větší, na krajinu, vyžaduje důkladnější výzkum všech vztahů, které tam existují. Tradiční ekotoxikologické výzkumy na mikrokosmech nebo mezokosmech již existují, ale zatím není možné je s jistotou extrapolovat do krajinného měřítka. Navzdory tomu byly na úrovni ekosystémů provedeny vysoce informativní studie, ale je obtížné je reprodukovat a jsou velmi nákladné. Metody zdola nahoru , stejně jako extrapolují účinek molekuly na druh a poté na ekosystém, jsou při hodnocení rizik velmi užitečné, ale jsou omezené.
Složité interakce mezi druhy v ekosystémech tento úkol ztěžují, protože u mnoha jeho obyvatel lze detekovat znečišťující látku. aniž by to ovlivnilo ostatní nebo jiným způsobem. Toxická látka může také změnit ekosystémy pohybem zvířat v různých biologických systémech nebo trofickými vztahy. Interakce mezi složkami ekosystému mohou mít vliv na úrovně vyšší nebo nižší než studované druhy. Abychom tyto interakce dobře ilustrovali, můžeme si představit druh, jehož populace klesá kvůli toxické látce přítomné v jejím rozmezí v koncentraci dostatečně vysoké, aby ji ovlivnila. Pokud se jedná o kořist, pokles její populace může snížit počet populací, které jí předcházejí, a to buď intoxikací této populace stejným produktem, nebo snížením jednoho z jejich zdrojů potravy. Fenomén bioakumulace může také hrát důležitou roli pro určité druhy přítomné ve znečištěné krajině.
Mělo by se také vzít v úvahu, že většina ekosystémů Země již byla a stále je narušena, a to na úrovni dostatečné k tomu, aby bylo obtížné určit, která konkrétní znečišťující látka na ekosystém působí, nebo zda ano. “ interakce mezi několika znečišťujícími látkami. Organismus může být méně odolný vůči jedné nebo více daným toxickým látkám, pokud je již ovlivněn jednou nebo více dalšími. Některé látky mohou mít při kombinaci také synergický účinek .
Rozsah krajiny je tak velký, že je těžké odvodit z interakcí, ke kterým dochází na molekulární úrovni. Například je obtížné izolovat účinky znečišťující látky antropogenního původu od jiných účinků vyplývajících z příčin přirozeného vývoje ekosystému. V tomto případě je nutné být schopen porovnat s kontrolním systémem (jako je kontrolní skupina v lékařském experimentu) nebo vlastnit širokou škálu dat po dlouhou dobu pro daný systém, aby se eliminovala přirozená variace prostředí pro určení povahy pozorovaného rušení.
Aspekt krajiny má v této disciplíně velký význam, protože její vlastnosti výrazně ovlivňují distribuci toxických látek v ní. Ekologická struktura prostředí ovlivňuje jeho odolnost, zatímco topografické rysy hrají důležitou roli v distribuci látek v životním prostředí. A konečně jsou důležité také určité faktory související s krajinou, jako je vyrovnávací kapacita systému.
Distribuce různých poruch je ovlivněna mnoha fyzikálními vlastnostmi terénu. Konkrétněji se jedná o různé faktory, které mohou ovlivnit distribuci rušivých prvků, energie a materiálů v životním prostředí, jako je nadmořská výška, sklon, klimatické faktory nebo přítomnost vodních toků.
Chemické napětí se liší intenzitou, opakováním, postiženou oblastí a perzistencí. Stresor s vysokou intenzitou a jedinečným opakováním, jako je černobylská jaderná katastrofa, se velmi liší od každoroční regionální aplikace hnojiv a pesticidů na pole. Je proto důležité identifikovat chemické stresory, které mění charakteristiky krajiny. Tento úkol není vždy snadný, protože některé ekosystémy jsou ovlivňovány několika znečišťujícími látkami současně, zejména proto, že v některých případech je expozice rozptýlená. Je také možné, že určité kontaminující látky v průběhu času proměnlivým způsobem ovlivňují krajinu.
Charakterizace prostředí v krajinném měřítku umožňuje pozorovat distribuci znečišťující látky v čase, ať už se rychle šíří nebo ne. Také to umožňuje pochopit, jak se malý dopad může navíc stát hlavním problémem. Tato širší úroveň pozorování rovněž zohledňuje skutečnost, že toxická látka přítomná v ekosystému může nepřímo ovlivnit jinou entitu v ekosystému. Proto má časové a prostorové pozorování rozptylu znečišťující látky velký význam. Časová data umožňují vzít v úvahu, jak po několika expozicích mohl mít stresor, který původně neměl dopad. Prostorový aspekt umožňuje spojit počet narušených ekosystémů, které daný druh zabírá, nebo které může obývat, aby bylo možné předpovědět, zda je po narušení možná opětovná kolonizace prostředí populacemi.
Schopnost omezit šíření chemického stresoru je také jedním z opatření, která mohou informovat o celistvosti krajiny. Různé ekosystémy skutečně zadržují a detoxikují různé látky různou rychlostí. V této oblasti je proto velmi důležitá prostorová struktura a zdraví ekosystémů.
Ekotoxikologie krajiny může pomoci předvídat změny v mobilitě znečišťujících látek, které by byly způsobeny změnami klimatu, které mohou změnit povětrnostní vzorce, způsobit vzestup hladiny moře, zahřát globální teplotu a změnit složení fauny a flóry globálních ekosystémů.
Vylepšené technologie dálkového průzkumu Země mají velkou užitečnost při identifikaci potenciálně postižených oblastí. Výhodou těchto technik je poskytování informací v prostorovém a časovém měřítku bez nutnosti zásahu v terénu, což je ekonomická a časová výhoda. Umožňují systematičtější detekci velkých problémů pomocí indexů heterogenity a pokrytí krajiny. Poruchy vycházející ze světla však lze přičíst chemickému namáhání v prostředí, ale také přírodním poruchám nebo dokonce změnám v krajině člověkem. Je proto nutné použít i jiné indexy ke stanovení, zda byla struktura krajiny upravena v důsledku chemického stresu. Data dálkového průzkumu Země lze proto použít proti proudu k identifikaci oblastí vyžadujících terénní průzkum zaměřený na přesnější detekci změn v druhovém složení nebo koncentracích toxických produktů.
Strukturální aspekt krajiny se týká hlavně struktury, složení a rozmanitosti druhů. Přítomnost ekotoxikologického stresu lze detekovat ve velkém měřítku sledováním úbytku nebo růstu populace a charakteristik životního cyklu určitých druhů. Tento typ ukazatele musí brát v úvahu trofickou úroveň , citlivost na chemický stres a typ stanoviště používaného těmito druhy. Toxikologické poruchy v oblasti lze tedy studovat pozorováním určitých taxonomických skupin, které jsou definovány jako bioindikátory . Aby mohl být určitý druh kvalifikován jako indikátor, měl by v ideálním případě mít všechny tři z následujících charakteristik: velký rozsah, citlivost na stres a jednu nebo více důležitých funkcí ekosystému. Je také možné pozorovat přítomnost chemického disruptoru zvětšením distribuční oblasti tzv. Rezistentních druhů na úkor tzv. Citlivých druhů.
Nejpoužívanějšími funkčními indexy jsou rychlost recyklace živin, ztráta živin, rychlost dýchání komunit a rychlost produkce biomasy v poměru k celkové biomase. Tato opatření ztrácejí svůj význam z hlediska ekotoxikologie, když jsou prostorově agregovány v krajinném měřítku, protože pro různé ekosystémy existuje velká heterogenita hodnot. Nicméně, primární produktivita může být ve srovnání se známými hodnotami pro některé systémy, tak to může být užitečné, ve velkém měřítku. Je dokonce možné jej pozorovat pomocí dálkového průzkumu Země, protože přítomnost toxických produktů snižuje produktivitu, zatímco nárůst dostupných živin ji zvyšuje.
Prevalence mezi strukturálními a funkčními indexy užitečnosti a citlivosti není stanovena. Tyto dva typy indexů mohou být ve vzájemném vztahu, zejména pro ekosystémy tolerantní ke změnám jejich struktury, pokud je přítomna funkční redundance. V takovém případě lze účinky poruch detekovat, pouze pokud jsou narušeny funkce prostředí.
Ekotoxikologie krajiny si klade za cíl předpovědět distribuci a účinek uvolňování znečišťující látky ve větším měřítku než u ekosystémů prohloubením našich znalostí o jevech expozice chemickým stresorům na úrovni krajiny. K vytvoření takových předpovědí lze použít čtyři metody: provádět testy toxicity, generalizovat z podobných systémů, které byly narušeny znečišťující látkou, provádět biomonitoring na postižených místech nebo používat predikční modely.
Nejlepších výsledků však dává kombinace těchto čtyř metod. Testy toxicity nebo terénní průzkumy prostředí poškozeného škodlivými látkami umožňují určit, zda současné životní prostředí mělo nepříznivé dopady na jeho strukturu a funkce. Příčinnou souvislost mezi chemickou látkou a biologickou změnou lze dosáhnout pouze studií toxicity. Biologické monitorování umožňuje nastavit prediktivní modely. Jakmile jsou tyto modely kalibrovány z velkého množství dat, je možné předpovědět účinek látky na ekosystém, ale především extrapolovat na různé prostorové a časové měřítka.
Ve snaze odstranit překážky, kterým tato disciplína čelí, byly navrženy čtyři cesty. Nejprve by bylo důležité zaměřit úsilí spíše na ekologické funkce a funkční vlastnosti, které jsou ovlivňovány znečišťující látkou, než na hledání druhů, které jsou touto látkou ovlivněny, tj. Zaujmout přístup sestupně.
Bylo by tedy zajímavé usilovat o to, aby se při výpočtu přijatelné dávky znečišťující látky v ekosystému spíše než předem definovaly určité látky, které musí být předmětem analýzy, vzít v úvahu účinek kombinace stresorů již přítomných v životním prostředí.
Bylo by žádoucí se ptát, jak využít údaje z výzkumu týkajícího se odezvy na dávku prováděného na přírodních ekosystémech za účelem předpovědi určitých odpovědí, místo toho, abychom přemýšleli nad tím, jak lze použít účinek určitých toxických látek. existuje několik empirických studií na téma reakce na dávku. Další cesta ke zlepšení spočívá v předpovědi z výzkumných údajů o předmětu reakce na dávku shromážděných v přírodních ekosystémech. Nakonec autoři navrhují zaměřit se spíše na citlivost na znečišťující látky v komunitách nebo na funkce ekosystému, než se zaměřit výhradně na druhy nebo taxonomické skupiny, které by byly citlivé.