A táj toxikológiája egy olyan tudományos diszciplína, amely az 1990-es években jelent meg a szennyező anyagok olyan ökoszisztémákban kifejtett hatásainak tanulmányozására, mint az ökotoxikológia, de széles körben alkalmazva a tájökológia eszközeit és koncepcióit . Ezért érdekli a tájjellemzők (térbeli és időbeli paraméterek, a biológiai sokféleség földrajzi variációinak eloszlása stb.) És az élelmiszer-hálózatok szerkezete a szennyező anyagok átvitelére és hatásaira gyakorolt hatása.
Ez a koncepció viszonylag új keletű, és annak kutatási témává tételének szükségességét John Cairns Jr és BR Niederlehner fogalmazta meg 1996-ban a „Tájökotoxikológia terének fejlesztése” című cikkben . Ezt a tudományterületet azért hozták létre, hogy jobban megmagyarázzák, hogy egyes anyagok hogyan befolyásolhatják a tájat az ökoszisztémák közötti különféle áramlások révén, és a lehetséges környezeti kockázatok értékelésén alapul. A táj nagysága, amelynek célja az ökoszisztémák szintjén folytatott kutatási tendencia megválaszolása, hogy tevékenységeiket időben és térben túl kicsi irányba irányítsák, hogy megmagyarázzák és észleljék az ebben a környezetben jelenlévő összes folyamatot. Végül ennek a tudományágnak célja, hogy kiegészítő információkat nyújtson a döntéshozatalhoz a különböző vizsgált területek irányításához.
Ennek a tudományágnak a kezdeteiben a zavart környezetek azonosítását meghatározott jellemzők azonosításával végezték, dokumentálva, hogy jelen vannak a nagyon megváltozott rendszerekben. Az erősen zavart környezet jó példája az öntöde körüli terület , amelynek felépítése és felépítése gyorsan megváltozik. Jelenleg a számítógépes eszközök számítási kapacitásának javulása, a katonai műholdak leszerelése, az érzékelők finomságának javítása és a földrajzi információs rendszerek prediktív modellekkel történő használata lehetővé tette a zavart környezetek azonosítását egy nagyobb léptékben és nagyobb területeken.
Ez a tartomány két különböző méretű skála közötti kapcsolatot hozza létre: a molekulát az élőkkel, különösen a többsejtű szervezetekkel. Az ok-okozati összefüggés megállapítása e két alany között egyetlen faj szintjén már megállapításra került, és számos tanulmány alátámasztja . Másrészt ennek a toxicitásnak a következtetése egy ökoszisztémára vagy akár egy nagyobbra, a tájra mélyebb kutatást igényel az ott fennálló összes kapcsolat mélyebb kutatására. A mikrokozmoszokon vagy mezokozmoszokon végzett hagyományos ökotoxikológiai vizsgálatok már léteznek, de még nem lehet őket biztosan a táji skálára extrapolálni. Ennek ellenére rendkívül informatív tanulmányokat végeztek az ökoszisztéma szintjén, de ezeket nehéz reprodukálni és nagyon drágák. Az alulról felfelé építkező módszerek , csakúgy, mint a molekula fajokra, majd egy ökoszisztémára gyakorolt hatásának extrapolálása, nagyon hasznosak a kockázatértékelésben, de korlátozottak.
Az ökoszisztémákban található fajok közötti bonyolult kölcsönhatások megnehezítik a feladatot, mivel egy szennyező anyag sok lakójában kimutatható. anélkül, hogy másokat érintene vagy más módon. A mérgező anyag megváltoztathatja az ökoszisztémákat az állatok különböző biológiai rendszerekben történő mozgása vagy trofikus kapcsolatok révén is. Az ökoszisztéma-összetevők közötti kölcsönhatások hatással lehetnek a vizsgált fajoknál magasabb vagy alacsonyabb szintekre. Ezen kölcsönhatások jól szemléltetésére gondolhatunk egy olyan fajra, amelynek populációja csökken, mivel egy mérgező anyag elég nagy koncentrációban van jelen a tartományában ahhoz, hogy befolyásolja azt. Ha ez egy zsákmány, akkor népességének csökkenése csökkentheti az azt megelőző populációkat, akár az utóbbi ugyanannak a terméknek a mérgezésével, akár az egyik táplálékforrásuk csökkenésével. A bioakkumuláció jelensége fontos szerepet játszhat a szennyezett tájon jelenlévő egyes fajok esetében is.
Figyelembe kell venni azt is, hogy a Föld ökoszisztémáinak többségét már zavarták és még mindig zavarják, és ez olyan szinten van, amely megnehezíti annak meghatározását, hogy melyik szennyező anyag hat az ökoszisztémára, vagy sem. több szennyező anyag kölcsönhatása. Egy szervezet kevésbé lehet ellenálló egy vagy több adott mérgező anyaggal szemben, ha egy vagy több másik már befolyásolja. Egyes anyagoknak szinergetikus hatása is lehet kombinálva.
A táj nagysága olyan nagy, hogy a molekuláris szinten bekövetkező kölcsönhatásokból nehéz következtetni. Például nehéz elkülöníteni az antropogén eredetű szennyező anyagok hatásait az ökoszisztéma természetes evolúciójában rejlő okokból fakadó egyéb hatásoktól. Ebben az esetben képesnek kell lennie összehasonlítani egy kontrollrendszerrel (például egy orvosi kísérlet kontrollcsoportjával ), vagy hosszú távon széles adatsorral kell rendelkeznie egy adott rendszer számára a természetes variáció kiküszöbölése érdekében. a megfigyelt zavar jellegének meghatározása érdekében.
A táj szempontja nagy jelentőséggel bír ebben a tudományágban, mert jellemzői nagyban befolyásolják a mérgező anyagok eloszlását benne. A környezet ökológiai szerkezete befolyásolja rugalmasságát, míg a topográfiai jellemzők fontos szerepet játszanak az anyagok környezetben történő eloszlásában. Végül a tájhoz kapcsolódó bizonyos tényezők, például a rendszer pufferkapacitása is fontosak.
A különböző zavarok eloszlását befolyásolja a terep többféle fizikai jellemzője. Pontosabban, ezek azok a különböző tényezők, amelyek befolyásolhatják a zavarók, az energia és az anyagok eloszlását a környezetben, mint például a magasság, a lejtő, az éghajlati tényezők vagy a vízfolyások jelenléte.
A kémiai stressz intenzitása, kiújulása, az érintett terület és a perzisztencia különbözik. A nagy intenzitású és egyedülálló megismétlődésű stresszor, mint például a csernobili nukleáris katasztrófa , nagyon különbözik a műtrágyák és növényvédő szerek évenkénti szántóföldi alkalmazásától. Ezért fontos meghatározni azokat a kémiai stresszorokat, amelyek megváltoztatják a táj jellemzőit. Ez a feladat nem mindig könnyű, mert egyes ökoszisztémákra egyszerre több szennyező anyag hat, főleg, hogy egyes esetekben az expozíció diffúz. Az is lehetséges, hogy bizonyos szennyezők idővel változó módon befolyásolják a tájat.
A környezet tájképi jellemzése lehetővé teszi a szennyező anyagok időbeli eloszlásának megfigyelését, akár gyorsan terjed, akár nem. Ez azt is lehetővé teszi, hogy megértsük, hogyan válhat a kis léptékű hatás emellett fő kérdéssé. Ez a tágabb szintű megfigyelés azt a tényt is figyelembe veszi, hogy az ökoszisztémában jelen lévő mérgező anyag közvetett módon befolyásolhatja az ökoszisztéma egy másik entitását. Ezért a szennyező anyag diszperziójának időbeli és térbeli megfigyelése nagy jelentőséggel bír. Az időbeli adatok lehetővé teszik annak figyelembevételét, hogy több expozíció után egy stresszornak, akinek eredetileg nem volt hatása, hogyan lehet. A térbeli aspektus lehetővé teszi az adott faj által elfoglalt vagy lakott zavart ökoszisztémák számának összehasonlítását annak megjósolása érdekében, hogy a zavart követően lehetséges-e a populáció által a környezet újratelepítése.
A kémiai stresszor terjedésének megfékezésére való képesség szintén az egyik olyan intézkedés, amely tájékoztatja a táj integritását. Valójában a különböző ökoszisztémák különböző mértékben tartják vissza és méregtelenítik a különböző anyagokat. Az ökoszisztémák térszerkezete és egészsége ezért nagyon fontos ezen a területen.
A tájökotoxikológia segíthet megjósolni a szennyező anyagok mobilitásában bekövetkező változásokat, amelyeket az éghajlatváltozás okozna, amelyek megváltoztathatják az időjárási szokásokat, a tengerszint emelkedését, a globális hőmérséklet felmelegedését és a globális ökoszisztémák állat- és növény-összetételét.
A továbbfejlesztett távérzékelési technológiák nagy hasznát veszik a potenciálisan érintett területek azonosításában. Ezeknek a technikáknak az az előnye, hogy térbeli és időbeli léptékű információkat szolgáltatnak anélkül, hogy beavatkozást igényelnének a területen, ami gazdasági és időbeli előny. Lehetővé teszik a nagyszabású problémák szisztematikusabb felderítését a heterogenitás és a táj lefedettség mutatóinak felhasználásával. A napvilágra került zavarok azonban a környezeti kémiai stresszeknek tulajdoníthatók, de a természeti zavaroknak vagy akár a táj ember általi módosításainak is. Ezért más indexeket is kell használni annak megállapításához, hogy a táj szerkezete kémiai stressz hatására módosult-e. A távérzékelési adatokat ezért fel lehet használni a terepi vizsgálatokra szoruló területek azonosítására, amelyek célja a faji összetétel vagy a mérgező termékek koncentrációjának változásainak pontosabb kimutatása.
A táj szerkezeti vonatkozása elsősorban a fajok szerkezetét, összetételét és sokféleségét érinti. Az ökotoxikológiai stressz jelenléte nagy mértékben kimutatható a populáció csökkenésének vagy növekedésének, valamint egyes fajok életciklus-jellemzőinek megfigyelésével. Az ilyen típusú mutatóknak figyelembe kell venniük a trofikus szintet , a kémiai stresszre való érzékenységet és az e fajok által használt élőhely típusát. Így egy régió toxikológiai zavarai tanulmányozhatók bizonyos taxonómiai csoportok megfigyelésével, amelyeket bioindikátorként határoznak meg . Ahhoz, hogy egy adott fajt indikátornak lehessen minősíteni, ideális esetben meg kell felelnie a következő három jellemzőnek: nagy tartomány, stresszérzékenység és egy vagy több fontos ökoszisztéma-funkció. Meg lehet figyelni egy vegyi anyagot károsító anyag jelenlétét az úgynevezett rezisztens fajok elterjedési területének megnövekedésével az úgynevezett érzékeny fajok kárára is.
A legszélesebb körben alkalmazott funkcionális indexek a tápanyagok újrafeldolgozásának aránya, a tápanyagok elvesztése, a közösségi légzés és a biomassza termelésének aránya a teljes biomasszához viszonyítva. Ezek az intézkedések elveszítik relevanciájukat az ökotoxikológia szempontjából, ha a tájképi skálán térben összesítik őket, mert a különböző ökoszisztémák esetében az értékek nagy heterogenitással bírnak. Az elsődleges termelékenység azonban összehasonlítható egyes rendszerek ismert értékeivel, így nagy léptékben hasznos lehet. Még távérzékeléssel is megfigyelhető, mert a mérgező termékek jelenléte csökkenti a termelékenységet, míg a rendelkezésre álló tápanyagok növekedése növeli.
A hasznosságra és érzékenységre vonatkozó strukturális és funkcionális indexek közötti gyakoriság nincs megállapítva. Ez a kétféle index kapcsolatba hozható, különös tekintettel azokra az ökoszisztémákra, amelyek toleránsak a szerkezetük változásával szemben, ha funkcionális redundancia van jelen. Ebben az esetben a zavarok hatásai csak akkor észlelhetők, ha a környezet funkciói károsodnak.
A tájökotoxikológia célja egy szennyező anyag kibocsátásának eloszlásának és hatásának nagyobb megjósolása, mint az ökoszisztémáké, azáltal, hogy elmélyítjük ismereteinket a kémiai stresszoroknak való tájképi expozíció jelenségeiről. Az ilyen előrejelzések elvégzéséhez négy módszer használható: végezzen toxicitási vizsgálatokat, általánosítson hasonló rendszerektől, amelyeket egy szennyező anyag megzavart, végezzen biomonitoringet az érintett helyeken, vagy használjon előrejelzési modelleket.
A legjobb eredményt azonban e négy módszer kombinációja adja. A káros anyagok által károsított környezetekre vonatkozó toxikológiai tesztek vagy helyszíni felmérések lehetővé teszik annak megállapítását, hogy a környezet jelenlegi környezete negatív hatással volt-e a szerkezetére és funkcióira. Okozati összefüggés egy kémiai anyag és egy biológiai változás között csak toxicitási vizsgálattal valósítható meg. A biológiai monitorozás lehetővé teszi a prediktív modellek felállítását. Miután ezeket a modelleket nagyszámú adatból kalibrálták, meg lehet jósolni egy anyag hatását az ökoszisztémára, de mindenekelőtt extrapolálni különböző térbeli és időbeli skálákra.
Négy utat javasoltak az e fegyelem előtt álló akadályok kiküszöbölésére. Először is releváns lenne az erőfeszítéseket a szennyező anyag által érintett ökológiai funkciókra és funkcionális jellemzőkre összpontosítani, ahelyett, hogy az általa érintett fajok felkutatására összpontosítanánk, vagyis leszálló megközelítést alkalmaznánk.
Érdekes lenne ekkor az ökoszisztémában a szennyező anyag elfogadható dózisának kiszámításakor figyelembe venni a környezetben már jelenlévő stresszorok kombinációjának hatását, nem pedig előre meghatározni bizonyos anyagokat, amelyeknek elemzés tárgyát kell képezniük.
Kívánatos lenne feltenni a kérdést, hogy hogyan lehet felhasználni a természetes ökoszisztémákon végzett dózis-reakció témában végzett kutatások adatait bizonyos válaszok előrejelzése érdekében, ahelyett, hogy arra lennénk kíváncsi, hogyan lehet bizonyos mérgező anyagok hatását felhasználni az előrejelzéshez, miközben kevés empirikus vizsgálat a dózis-válasz témájában. A fejlődés további útja abban rejlik, hogy a természetes ökoszisztémákon összegyűjtött dózis-válasz témájára vonatkozó kutatási adatok alapján jósoltak . Végül a szerzők azt javasolják, hogy inkább a közösségek szennyező anyagaira vagy az ökoszisztéma-funkciókra való érzékenységre összpontosítsanak, és ne kizárólag azokra a fajokra vagy taxonómiai csoportokra összpontosítsanak, amelyek érzékenyek lennének.