Bevezetés „MIKROELEMTERHELÉSEK TEREPI ÖKOTOXIKOLÓGIAI VIZSGÁLATA SZABADON ÉL Ő FONÁLFÉRGEKKEL ” DOKTORI ÉRTEKEZÉS DR. NAGY PÉTER ISTVÁN Gödöll ő, 2004 1 Bevezetés DOKTORI ISKOLA : BIOLÓGIAI TUDOMÁNYOK TUDOMÁNYÁGA : BIOLÓGIA VEZET Ő: PROF . DR. TUBA ZOLTÁN Tanszékvezet ő egyetemi tanár, a MTA doktora SZIE MKK Növénytani & Növényélettani T. TÉMAVEZET Ő: PROF . DR. BAKONYI GÁBOR Tanszékvezet ő egyetemi tanár a Biol. Tud. Kandidátusa SZIE MKK Állattani és Ökológiai T. ………………………………… ……………………………….. ISKOLAVEZET Ő JÓVÁHAGYÁSA TÉMAVEZET Ő JÓVÁHAGYÁSA 2 Bevezetés TARTALOMJEGYZÉK 1. Bevezetés 1 1.1. A talajszennyezések kutatásának aktualitása, jelent ősége 1 1.2. A bioindikációs vizsgálatok el őzményei 3 1.3. Fonálférgek a bioindikációs vizsgálatokban 5 1.3.1. A Maturity Index-módszer 7 1.3.2. A Structure Index 10 1.3.3. Egyéb nematológiai paraméterek 11 1.4. A 13 mikroelem nematológiai hatásvizsgálata 13 1.4.1. Célkit űzés 13 1.4.2. Irodalmi áttekintés 13 1.5. Dózishatások vizsgálata 15 1.5.1. Célkit űzés 15 1.5.2. Irodalmi áttekintés 15 1.6. Hosszú távú hatások vizsgálata 18 1.6.1. Célkit űzés 18 1.6.2. Irodalmi áttekintés 18 2. Anyag és módszer 21 2.1. A kísérleti terület leírása 21 2.2. Nematológiai módszerek 22 2.2.1. A mikroelemek hatásvizsgálatának specifikus módszerei 22 2.2.2. A dózishatások vizsgálatának specifikus módszerei 23 2.2.3. A hosszú távú hatások vizsgálatának specifikus módszerei 25 3. Eredmények 27 3 Bevezetés 3.1.1. A mikroelemek hatásvizsgálatának eredményei 27 3.1.2. A mikroelem-hatásvizsgálat eredményeinek értékelése 32 3.2.1. A dózishatások vizsgálatának eredményei 40 3.2.2. A dózishatás-vizsgálat eredményeinek értékelése 51 3.3.1. A hosszú távú hatások vizsgálatának eredményei 58 3.3.2. A hosszú távú hatásvizsgálat eredményeinek értékelése 65 3.4. Új tudományos eredmények 72 4. Következtetések, javaslatok 75 5.1. Összefoglalás 77 5.2. Summary 79 Melléklet I. – Irodalomjegyzék 83 Melléklet II. Alaptáblázatok, fényképek 97 Köszönetnyilvánítás 104 1 Bevezetés 1. BEVEZETÉS 1.1. A talajszennyezések kutatásának aktualitása, jelent ősége „Mind fizikai, mind spirituális szempontból talán legértékesebb és legfontosabb forrásunk az a közönséges anyag, amelyet lábunkkal tapodunk és amelyet jószerivel észre sem veszünk, s őt olykor „sárnak” hívunk, de amely valójában a földi élet f ő telére, az a tisztítóközeg, amelyben a hulladék felbomlik és visszatér a körforgásba, a termelékenység pedig megújul.” (David Hillel: Távol a Földt ől) Ha a fenti gondolatoknál valamivel prózaibban közelítjük is meg a talaj jelent őségét mindennapi életünkben és a természeti folyamatok körforgásában, számos olyan funkciót lehet elkülöníteni, melyek közül a fontosabbak: „Ökológiai” funkciók: biotóp (biológiai élettér), biomassza termel ő terület (term őtalaj) , szabályozó (pufferoló) közeg, illetve Emberi tevékenységhez köt ődő funkciók: fizikai közeg (építési telkekt ől a pihen őhelyekig), nyersanyagforrás (és más források lel őhelye), valamint archeológiai-paleontológiai információk hordozója (Kádár, 1998). A változatos funkciókat számos (els ősorban emberi tevékenységb ől adódó) veszélyforrás fenyegeti. Ezeket felismerve az Európa Tanács 1972-ben öszeállította a „Talaj Európai Kartá”-jának (European Soil Chart) irányelveit. Ez a – kés őbbiekben az európai Unió tagországai által elfogadott – dokumentum kimondja többek között, hogy a talaj az emberiség egyik legértékesebb kincse, amely korlátozottan áll rendelkezésre és könnyen tönkre tehet ő, ezért védeni kell az erózió, a szennyezések és más emberi behatások ellen. Er őforrásainak leltárát el kell készíteni, a beruházások során törekedni kell minimális szint ű károsodására, objektumok telepítésekor a hatástanulmányoknak a talajvédelmi intézkedések költégeire is ki kell terjedniük. Megóvása érdekében további kutatásokra és 1 Bevezetés interdiszciplináris együttm űködésre van szükség, védelmének fontosságát be kell építeni a köztudatba és a kormányoknak, valamint a helyi hatóságoknak céltudatos intézkedésekkel kell el ősegíteniük védelmét. Gyakorlati szempontból úttör ő jelent őség ű volt a holland talajvédelmi törvény, amely a multifunkcionalitás elvére alapozva fogalmazta meg el őírásait. A „multifunkcionalitás” alatt itt olyan talajállapotokat kell érteni, amelyek mellett egy adott terület még korlátozások (illetve a felhasználókat ért károsodások) nélkül alkalmas bármilyen célú használatra. A talajszennyezettségi határértékekre vonatkozó táblázatokban ennek az állapotnak a jelölése az „A”-érték („meg őrizend ő állapot”). A „B” szennyezettségi küszöbértéket meghaladó minták az adott terület korlátozott hasznosíthatóságát jelzik („tolerálható állapot”). Végezetül a „C” beavatkozási határértéknek („helyrehozandó állapot”) több típusát is megkülönböztetik. A „B” és a „C” értékek nagyságát jelent ősen befolyásolja a terület hasznosításának a módja is. Nem közömbös, hogy például gyermekjátszótérre, vagy ipari területre vonatkozik egy adott min ősítés. Ennek megfelel ően a „C1”-es értékek fokozottan érzékenynek min ősített területeken, a „C2” érzékenynek min ősített területen, míg a „C3” kevésbé érzékeny egyéb területeken értelmezhetőek. Léteznek további (D= kármentesítési, E= egyedi) határértékek is, azonban ezek a gyakorlatban kevésbé elterjedtek (Kádár, 2001a). A Magyarország talajaira javasolt ideiglenes „felvehet ő” határérték-szintek a vizsgálatban szerepl ő elemekre a Melléklet II. 1. táblázatában találhatók meg (Kádár, 2001a nyomán). Ennek a táblázatnak a relevanciája jelen dolgozat szempontjából abban áll, hogy a javasolt határértékek megállapítására – többek között – a Nagyhörcsökön kapott eredmények alapján került sor. Így a fonálférgekre kapott eredményeket különösen relevánsan lehet tükröztetni ezekkel a határértékekkel. A talaj nehézfémekkel és egyéb növényi mikroelemekkel történt szennyezése olyan súlyos gondot jelent, amely az él ő szervezetek legkülönböz őbb csoportjait, az embert is beleértve, károsodásokkal fenyegeti. Mivel egy, a talajra épül ő tápláléklánc általában igen összetett és a saját szabályozórendszereinek megfelel ő 2 Bevezetés bonyolult válaszokat ad az egyes bolygatásokra, ezért egy ilyen tárgyú alapos vizsgálatnak ki kell terjednie az adott tápláléklánc különböz ő szintjeire. Ez különösen fontos szempont napjainkban, amikor mind a környezetvédelmi jogszabályalkotás, mind a közvélemény megbízható adatokat vár el a különböz ő környezetszennyez ő anyagok/tevékenységek biológiai hatásait illet ően. Ráadásul könnyen belátható, hogy a term őhelyi, klimatikus és egyéb különbségekb ől adódóan a fent említett határértékekre, kockázatbecslési sarokszámokra vonatkozó kutatások eredményeit nem lehet „globalizálni”, azaz az ilyen kísérleteket lehet őség szerint különböz ő talajtípusokon is érdemes beállítani (Kádár, 1995). Egy-egy ilyen kísérlet beállításával és megfelel ően komplex szemlélet ű kezelésével az ismereteink b ővüléséb ől adódó el őnyök jóval meghaladják a terület valamilyen szint ű elszennyezéséb ől adódó esetleges hátrányokat. Ilyen komplex tápláléklánc kísérlet zajlik a MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézetének kezelésében, Kádár Imre Professzor irányításával három különböz ő magyarországi term őhelyen (Nagyhörcsök: meszes vályogtalaj, Őrbottyán: meszes homoktalaj, Gyöngyös- Taspuszta: savany ű erd őtalaj). Jelen dolgozat ezek közül az els őként elindított kísérlet helyszínén, Nagyhörcsökön 1996 és 2001 közötti években gy űjtött minták nematológiai eredményeit közli. 1.2. A bioindikációs vizsgálatok el őzményei A nagy tengeri tankhajó katasztrófák, a folyók és term őtalajok elszennyezése ipari és kommunális hulladékokkal, az intenzív iparosodás és mez őgazdasági m űvelés hátulüt ői (például egyes növényvéd ő szerek, m űtrágya- és hígtrágya helytelen adagolása okozta talaj- és talajvízszennyezés), valamint a közlekedésb ől adódó környezetterhelés látszólag egymástól távol es ő problémái korunknak. Közös vonásuk azonban, hogy alapos felderítésükhöz nem elégséges pusztán a szennyez ő anyagok koncentrációjának kémiai analitikai megállapítása. Az okozott károk biológiai hatásának felméréséhez szükség van olyan vizsgálati módszerekre, amelyek gyorsan, relatíve olcsón, nem destruktív módon (további károkat nem 3 Bevezetés okozva), túlzott specializálódás nélkül is rutinszer űen elvégezhet őek. Az ilyen vizsgálatokra alkalmas él ő szervezetek körét fejlettebb (és szennyezéssel jobban sújtott) országokban, így például az Egyesült Államokban, Hollandiában, Németországban, illetve Nagy-Britanniában már mintegy két-három évtizede intenzíven kutatják. Ennek köszönhet ően a legkülönböz őbb él ő szervezeteket lehet alkalmazni bioindikációs vizsgálatok céljaira (Cairns, 1982; Markert, 1983; Kovács, 1992; Markert, 1994). Változatos él őhelyek; tengerek (Boucher, 1980), folyók (Zullini, 1976) és folyami torkolatvidékek (Tietjen és Lee, 1984), valamint talajok (Sturhan, 1986) szennyezésének problémái hívták fel a figyelmet egy olyan állatcsoportra, a szabadon él ő fonálférgekre, amelyet számos tulajdonság nagyon alkalmassá tesz biológiai min ősítési vizsgálatok céljaira. Ezek a szempontok a következ őkben foglalhatóak össze (Bongers és Yeates, 1988, illetve Bongers, 1990 alapján). A szabadon él ő fonálférgek általában nagy egyedszámban és rendszertani változatosságban fordulnak el ő, ráadásul kiemelked ő kolonizációs képességük révén gyakorlatilag minden él őhelyet benépesítenek a Földön. Életmód, f őleg szaporaság, táplálkozási stratégiák és környezeti tűrőképesség szempontjából nagymértékben heterogén állatcsoport. Tagjai kutikulájuk átereszt őképessége és a talajszemcsék