Toksisuustesti

Toksisuustesti maaperäeliöillä

Ville Selonen & Josefiina Ruponen
ville.selonen@helsinki.fi, josefiina.ruponen@helsinki.fi
Helsingin yliopisto

Työn ideana on suunnitella ja toteuttaa tutkimus hyönteistorjuntaan käytettävän deltametriinin haittavaikutuksista maaperän selkärangattomiin ja mikrobeihin. Tämän harjoitustyön avulla oppii hyödyntämään ja soveltamaan maaperätutkimuksessa yleisesti käytettyjä menetelmiä sekä tunnistamaan selkärangattomia eliöitä. Työssä voi harjoitella esimerkiksi maan mikrobien aktiivisuutta kuvastavan maahengityksen määrittämistä.

Avainsanat: kemikaalit, maahengitys, maaperätutkimus, mikrobibiomassa, mikrobit, niveljalkaiset, toksisuus, torjunta-aineet

PDF: Toksisuustesti maaperäeliöillä

Kurssilaiset merkkaavat koeruutuja ja levittävät torjunta-ainetta pihanurmella.
Toksisuustestin toteutus Helsingin yliopiston ympäristöekologian kurssilla. Kuva: Ville Selonen CC BY-SA (4.0)

Johdanto

Deltametriini on yleinen, enimmäkseen niveljalkaisten torjuntaan käytettävä torjunta-aine. Sitä hyödynnetään muun muassa maataloudessa ja malarian torjunnassa. Deltametriini on synteettinen pyretroidi, joka vaikuttaa hyönteisiin sekä sisäisen että ulkoisen altistuksen kautta estäen hermon natriumionikanavien sulkeutumisen ja lamauttaen hermoston. Tämän seurauksena hermoimpulssin normaali eteneminen estyy. Deltametriini on teoriassa nisäkkäillekin myrkyllistä, mutta suurempi ruumiinkoko ja korkeampi lämpötila lieventävät vaikutuksia. Deltametriinin puoliintumisaika vaihtelee aerobisissa oloissa 11–72 vuorokauden välillä. Anaerobisissa oloissa deltametriinin puoliintumisaika on 31–36 päivää. Aine on erittäin myrkyllinen vesieliöille ja voi aiheuttaa pitkäaikaisia vaikutuksia vesistöihin joutuessaan.

Työn tavoitteena on suunnitella ja toteuttaa tutkimus, jossa selvitetään, miten deltametriini vaikuttaa torjuttavaan eliöryhmään kuulumattomiin selkärangattomiin, esimerkiksi niiden yksilömääriin ja aktiivisuuteen. Oletuksena on, että deltametriini vaikuttaa haitallisesti tutkittaviin eliöihin.

Ajankohta

Harjoitus on mahdollista toteuttaa sulan maan aikana. Tutkimus kannattaa kuitenkin ajoittaa kesäaikaan, jolloin mikrobit ja selkärangattomat ovat aktiivisia, ja niitä on runsaammin. Harjoitukseen tarvittava aika riippuu suunnitellusta tutkimuksesta, mutta aikaa olisi hyvä varata yksi työviikko. Pitkäaikaisvaikutuksia tutkittaessa tarvitaan pidempi aikajakso, jolloin koe on käynnissä. Mahdollisen kroonisen vasteen aikaansaamiseksi altistus kannattaa tehdä esimerkiksi yhden kerran kolme kuukautta ja toisen kerran kaksi kuukautta ennen vasteen määrittämistä. Akuuttivaikutusten tutkimiseen riittää yhden vuorokauden altistus.

Menetelmät

Ennen työn toteuttamista tutustu deltametriinin käyttöohjeisiin ja kemikaalikorttiin sekä suunnittele tutkimuskysymykset ja kokeen toteutus. Tutkimusaluetta valitessa kannattaa huomioida, että alueella ei ole aiemmin käytetty deltametriinitorjuntaa. Tutkimuksessa on mahdollista vertailla akuutti- ja pitkäaikaisvaikutuksia, jolloin tarvitaan kolmenlaisia alueita kontrollia ja kahta eri käsittelyä varten. Koeruutuja voi olla esimerkiksi 5 kutakin käsittelyä kohden (yhteensä 15) ja yhden ruudun koko 0,5 x 0,5 m. Kontrolli- ja käsittelyruudut tulee kastella ennen deltametriiniliuoksen lisäämistä. Altistuksessa käytetään deltametriinivalmisteen ohjepitoisuutta.

Käytettävät menetelmät ja työn suoritustapa riippuvat harjoituksessa tehtävästä tutkimussuunnitelmasta ja siinä esitetyistä tutkimuskysymyksistä. Tutkimuksessa voidaan tarkastella deltametriinin vaikutuksia esimerkiksi änkyrimatojen (Enchytraeidae) ja mikroniveljalkaisten yksilömääriin, mikrobien biomassaan ja/tai maahengitykseen. Näiden mittaamista varten koeruuduista kerätään altistuksen jälkeen kolme maaperänäytettä maaperäkairalla. Yhdestä näytteestä erotellaan änkyrimadot, yhdestä mikroniveljalkaiset ja yhdestä näytteestä mitataan maahengitys ja mikrobibiomassa.

Änkyrimatojen erotteluun maaperästä voi käyttää märkäsuppilomenetelmää ja mikroniveljalkaisten erotteluun puolestaan ”high gradient” -menetelmää. Maahengityksen määrittäminen perustuu tutkittavan maaperän tuottaman hiilidioksidipitoisuuden mittaamiseen, ja siihen tarvitaan hiilianalysaattoria. Mikrobiaktiivisuutta voi mitata käyttämällä SIR-menetelmää (SIR = substrate-induced respiration), jossa maaperään lisätään glukoosia. Tällöin glukoosi ei toimi rajoittavana tekijänä ja aktivoi myös passiiviset mikrobit. Edellä mainitut menetelmät ovat kuvattu tarkemmin pdf-tiedoston Liitteessä 1.

International Chemical Safety Cards (ICSCs), deltametriinin kemikaalikortti:
http://kappa.ttl.fi/kemikaalikortit/khtml/nfin0247.htm

Aineiston analysointi

Aineiston analysointiin voidaan käyttää esimerkiksi IBM SPSS Statistics- ja PAST-ohjelmia. Tulosten käsittelyyn sopii parametrinen tai tarvittaessa ei-parametrinen yksisuuntainen varianssianalyysi. PAST-ohjelmalla voi koko aineistosta tehdä ANOSIM-monimuuttujakuvaajan sekä SIMPER-taulukon, joiden avulla voidaan kuvata käsittelyn mahdollisia suoria ja välillisiä vaikutuksia eri parametreihin.

Harjoituksen muokkausmahdollisuudet

Harjoitusta voi soveltaa monipuolisesti erilaisiin eliöryhmiin, ja sen avulla voidaan tutkia deltametriinin vaikutuksia myös eliöryhmien keskinäisiin suhteisiin. Harjoitus on mahdollista toteuttaa muullakin kemikaalilla kuin deltametriinillä.

Lähteet

Tutkimusviitteitä:

Everts, J. W., Aukema, B., Hengeveld, R., & Koeman, J. H. 1989: Side-effects of pesticides on ground-dwelling predatory arthropods in arable ecosystems. Environmental Pollution, 59(3), 203-225.

Graefe, U., Schmelz, R.M. 1999: Indicator values, strategy types and life forms of terrestrial
Enchytraeidae and other microannelids. — Newspaper on Enchytraeidae 6: 59-67.

Laakso, J. and Setälä, H. 1999: Sensitivity of primary production to changes in the
architecture of belowground food webs — Oikos 87: 57-64.

Liiri M., Hasa, M., Haimi, J, Setälä, H., 2011: History of land-use intensity can modify the
relationship between functional complexity of the soil fauna and soil ecosystem services – A
microcosm study —Applied Soil Ecology 55: 53-61.

Ponge, J.F. 1991: Food resources and diets of soil animals in a small area of Scots pine litter. — Geoderma 49: 33-62.

Seastedt, T.R. 1984: The role of microarthropods in decomposition and mineralization
processes. — Annual Review on Entomology 29: 25-46.