Exposure assessment of animals to sediments contaminated by pulp and paper mills

Abstract

Sellu- ja paperiteollisuuden jätevesillä on haittavaikutuksia kaloihin ja muihin vesieläimiin vielä senkin jälkeen, kun vierasaineet ovat hautautuneet vesistön pohjaan osaksi sedimenttiä eli järven pohjaan kerrostunutta ainesta. Vierasaineet voivat vapautua takaisin eliöille saatavaan muotoon, jos vesi sekoittuu voimakkaasti esimerkiksi ruoppauksen tai rajujen myrskyjen yhteydessä. Myös sedimentissä asustaviin pohjaeläimiin kertyy sellu- ja paperiteollisuuden vierasaineita. FM Päivi Meriläinen tutki väitöskirjassaan sellu- ja paperiteollisuuden saastuttamien sedimenttien altistamia vesieläimiä Etelä-Saimaan alueella. Sellu- ja paperiteollisuuden jätevesien haittavaikutuksia kaloihin ja muihin vesieläimiin on tutkittu vuosikymmeniä, mutta niiden saastuttamien sedimenttien tutkimus on noussut merkittävään asemaan vasta viime aikoina. – Vesistön pohjan sedimenttikerrosten vierasaineet muodostavat riskin vesistön eläimille, joten tutkimus on tärkeää, Meriläinen toteaa. Kalojen sappi ja geenit tutkimusvälineinäKalojen sappinesteestä on mahdollista mitata niiden vierasaineiden pitoisuuksia, joille kala on altistunut. Vierasaineet rikastuvat sappinesteeseen, josta ne poistuvat aineenvaihdunnan tuloksena. Sapen vierasainepitoisuuksien mittausta voidaan hyödyntää muun muassa päästötilanteissa.– Aineet rikastuvat sappinesteeseen jopa satatuhatkertaisesti vedessä olevaan pitoisuuteen verrattuna. Rikastuminen mahdollistaa sen, että sappinesteestä voidaan havaita sellaisiakin pitoisuuksia, jotka olisivat liian matalia suoraan vedestä löydettäviksi, Meriläinen kertoo. Meriläinen tutki kesäkuussa 2003 Etelä-Saimaalla tapahtuneen mustalipeäpäästön vaikutuksia alueen kalapopulaatioihin tarkkailemalla ahventen ja särkien sappien hartsihappopitoisuuksia. Päästön altistusvaikutukset olivat ohi viimeistään kolme kuukautta päästön jälkeen. Särki, joka viihtyy lähellä vesistön pohjaa, eritti hartsihappojen aineenvaihduntatuotteita sappeen enemmän kuin ahven, mikä viittaa särjen lisääntyneeseen altistumiseen hartsihapoille sedimentin kautta.– Myös geenitekniikan hyödyntäminen on lisääntymässä ekotoksikologiassa ja muussa ympäristöntutkimuksessa. Tulevaisuudessa se voi mahdollistaa nopean ja laaja-alaisen seurannan jopa niin tarkasti, että geenitekniikka osoittaisi, mille haitta-aineryhmälle tutkittu eläin on altistunut, Meriläinen kertoo.

Bioavailability, exposure status and ecotoxicological effects of pulp and paper mill effluent (BKME) -contaminated sediments were studied in the recipient area of a pulp and paper mill and at reference areas in Southern Lake Saimaa, Finland. By dissolution of contaminants into water-sediment elutriate and uptake to feral and laboratory-exposed benthic invertebrates. Additionally, genomic and biotransformation effects of resin acids (RAs) on brown trout were investigated. Differences in biotransformation between fish species was done by measuring RAs in the bile. To compare responses of RA exposed fish to lake conditions, a caging experiment with brown trout was conducted in Southern Lake Saimaa. Finally, exposure status of perch and roach populations was investigated after occurrence of a black liquor spill in June 2003 from a pulp and paper mill in the Southern Lake Saimaa area. Dissolution of RAs and wood sterols (WS) from BKME-sediment into the water phase indicated their potential bioavailability. Uptake and bioaccumulation of RAs, WSs and chlorophenolics in resident populations of invertebrates showed increased body burdens in areas downstream from the mill compared to reference areas, similarly in laboratory-exposed benthic invertebrates to sediments collected from the same areas. The RA concentration in bile of brown trout showed time and concentration dependences. Transcriptomic changes induced by RAs implied high sensitivity to genes implicated in the metabolism of iron and in reactive oxygen species. According to RAs in fish bile, Southern Lake Saimaa had recovered at the latest by three moths, after the black liquor spill. Roach showed the ability to excrete conjugated RAs in higher concentrations than perch. The overall conclusion is that the bioavailability and exposure of aquatic animals to contaminants from BKME sediments indicate that BKME contaminated sediments pose a risk to aquatic environment.