Hazard assessment of chemicals in soil

Proposed ecotoxicological test strategy
  • Jörg Römbke
  • Christa Bauer
  • Annette Marschner
Commentary Articles

Abstract

Based on a stepwise (tiered) approach, degradation, adsorption and leaching tests as well as various effect tests (using plants, microorganisms and animals) are recommended for the testing of environmental chemicals. If, after the tests of tiers 1 and 2, the results of a monospecies-effect-test (including a safety factor) are within the range of the predicted exposure, the ecotoxicological hazard should be determined using a terrestrial model ecosystem. Some of the tests for the proposed strategy were selected from practical experience in testing environmental chemicals in the laboratory, and some on the basis of a comprehensive literature review.

Key words

Environmental chemicals soil test methods test strategy hazard assessment 
This is a preview of subscription content, log in to check access.

References

  1. ASTM (American Society for Testing and Materials) (1987): Standard guide for conducting a terrestrial soil-core microcosm test. Annual Book of ASTM 1104: 743–755Google Scholar
  2. BBA (Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft) (1984a): Verfahrensvorschlag “Phytotoxizitätstest an einer monokotylen (Avena sativa) und einer dikotylen Pflanzenart (Brassica rapa (DC.) METZG.). (EC 50 14 Tage)”. BerlinGoogle Scholar
  3. BBA (Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft) (1984b): Verfahrensvorschlag: Toxizitätstest am RegenwurmEisenia fetida in künstlichem Boden (LC 50, 14 Tage)Google Scholar
  4. BBA (Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft) (1986a): Richtlinien für die amtliche Prüfung von Pflanzenschutzmitteln (Nr. IV, 4-1): Bestimmung des Verbleibs von Pflanzenschutzmitteln im Boden. Erlassen im Dezember 1986Google Scholar
  5. BBA (Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft) (1986b): Richtlinien für die amtliche Prüfung von Pflanzenschutzmitteln (Nr. IV, 4-2): Versicherungsverhalten von Pflanzenschutzmitteln. Erlassen im Dezember 1986Google Scholar
  6. BBA (Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft) (1990a): Richtlinien für die Prüfung von Pflanzenschutzmitteln (Nr. VI, 1–1 (2. Auflage)) Auswirkungen auf die Bodenmikroflora. Erlassen im März 1990Google Scholar
  7. BBA (Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft) (1990b): Richtlinien für die Prüfung von Pflanzenschutzmitteln (Nr. IV, 6–1): Prüfung des Verflüchtigungsverhaltens und des Verbleibs von Pflanzenschutzmitteln in der Luft. Erlassen im Juli 1990Google Scholar
  8. BBA (Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft) (1991): Richtlinien für die Prüfung von Pflanzenschutzmitteln (Nr. VI, 23-2.1.8): Auswirkungen von Pflanzenschutzmitteln auf Imagines vonPoecilus cupreus L. als Vertreter der Familie Carabidae (= Laufkäfer) im Laboratorium. Erlassen im Juni 1991.Google Scholar
  9. BBA(Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft) (1994a): Richtlinienvorschlag für die Prüfung von Pflanzenschutzmitteln (Nr. VI, 23-2.1.9): Auswirkungen von Pflanzenschutzmitteln auf Spinnen der GattungPardosa (Araneae, Lycosidae) im Laboratorium. Erlassen im Februar 1994Google Scholar
  10. BBA (Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft) (1994b): Richtlinienvorschlag für die Prüfung von Pflanzenschutzmitteln (Nr. VI, 2–2): Auswirkungen von Pflanzenschutzmitteln auf die Reproduktion und das Wachstum vonEisenia fetida/Eisenia andrei. Erlassen im Januar 1994Google Scholar
  11. BBA (Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft) (1994c): Richtlinienvorschlag für die Prüfung von Pflanzenschutzmitteln (Nr. VI, 23-2.1.10): Auswirkungen von Pflanzenschutzmitteln auf den KurzflügelkäferAleochara bilineata (Laborprüfung). Erlassen im Juni 1994Google Scholar
  12. Bocock, K.L. &Gilbert, OlJ. (1957): The disappearance of leaf litter under different woodland conditions. Plant and Soil 9: 179–185CrossRefGoogle Scholar
  13. Brümmer, G., Fränzle, O., Kuhnt, G., Kutowski, H. &Vetter, L. (1987): Fortschreibung der OECD-Prüfrichtlinie “Adsorption/desorption” im Hinblick auf die Übernahme im Anhang V der EG-Richtlinie 79/831: Auswahl repräsentativer Böden im EG-Bereich und Abstufung der Testkonzeption nach Aussagekraft und Kosten. Bericht im Auftrag des Umweltbundesamts F+E-Vorhaben Nr. 106 02 045, Universität KielGoogle Scholar
  14. Debus, R. &Niemann, R. (1976): The microcosm as a tool for estimation of environmental transport of toxic materials. Int. J. Envir. Stud. 10: 65–70CrossRefGoogle Scholar
  15. ECETOC (1992): Estimation environmental concentrations of chemicals using fate and exposure models. Technical Report No. 50; 80 S.Google Scholar
  16. Eujsackers, H. (1978) Side effects of the herbicide 2,4,5-T affecting mobility and mortality of the springtailOnychiurus quadriocellatus (Collembola). Z. Angew. Entomol. 86: 349–37Google Scholar
  17. Eujsackers, H. (1980): Assessment of toxic effects of the herbicide 2,4,5-T on the soil Fauna by laboratory tests. Proc. VII. Int. Coll. Soil Zoology. 427–440Google Scholar
  18. EPA (Environmental Protection Agency) (1982): Pesticide Assessment Guidelines Standards, Subdivison N, Section 163: Mobility Studies, Chemistry: Environmental Fate. Office of Pesticides and Toxic Substances, Washington, D.C.Google Scholar
  19. EPA (Environmental Protection Agency) (1987): Soil Core Microcosm Test 797.3995. Federal Register (USA) 52 (187), 36363–36371. Washington, D.C.Google Scholar
  20. Figge, K., Klahn, J. &Koch, J. (1983): Testing of Chemicals by Evaluation of Their Distribution and Degradation Patterns in an Environmental Standard System. Regulat. Toxicol. Pharm. 3: 199–215CrossRefGoogle Scholar
  21. Foissner, W. (1987): Soil Protozoa: Fundamental Problems, Ecological Significance, Adaptations in Ciliates and Testaceans, Bioindicators and Guide to the Literature. Progress in Protistol. 2: 69–212Google Scholar
  22. Förster, B., Römbke, J., Knacker, T. &Morgan, E. (1995): Microcosm study of the interactions between microorganisms and enchytraeid worms in grassland soil and litter. Eur. J. Soil Biol. 31: 21–27Google Scholar
  23. Furlong, J. (1995): EC approach to environmental risk assessment of new substances. The Science of the Total Environment 171: 275–279CrossRefGoogle Scholar
  24. Gledhill, W.E. (1987): Microbial Toxicity and Degradation Test Methodology: An Industrial Perspective. Toxicity Assessm. 2: 89–96CrossRefGoogle Scholar
  25. Graefe, U. (1991): Ein Enchytraeentest zur Bestimmung der Säure- und Metalltoxizität im Boden. Mittl. Deut. Bodenkdl. Ges. 66: 487–490Google Scholar
  26. Hassan, S.A. (1992) (ed.): Guidelines for testing the effects of pesticides on beneficial organisms: Description of test methods. IOBC/WPRS Bulletin XV: 1–186Google Scholar
  27. Hof, A., Heimann, D. &Römbke, J. (1995): Further Development for Testing the Effects of Pesticides on Wolf Spiders. Ecotox. Environ. Safety 31: 264–270CrossRefGoogle Scholar
  28. Kegel, B. (1989): Laboratory experiments on the side effects of selected herbicides and insecticides on the larvae of three sympatricPoecilus-species (Col., Carabidae). J. Appl. Ent. 108: 144–155CrossRefGoogle Scholar
  29. Kiss, I. &Bakonyi, G. (1992): Guideline for testing the effects of pesticides onFolsomia Candida Willem (Collembola): Laboratory tests. In: Hassan, S.A.: Guidelines for testing the effects of pesticides on beneficial organisms: Description of methods. IOBC/WPRS Bulletin XV/e: 131–138Google Scholar
  30. Klein, M. (1991): Application and Validation of Pesticide Leaching Models. Pesticide Sci. 31… 389–398CrossRefGoogle Scholar
  31. Knacker, T., Römbke, J., Förster, B., Marcinkowski, A. &Schall-naß, H-J. (1991): Die Wirkung von Pestiziden auf die Mesofauna und den CO2-Gas-Austausch eines terrestrischen Ökosystems. Bericht im Auftrag des Umweltbundesamts F+E-Vorhaben Nr. 106 03 069/01, Batteile Institut FrankfurtGoogle Scholar
  32. Loekke, H. & van Gestel, C.A.M. (1993): Manual of SeCOFASE. Development, improvement and standardization of test systems for assessing sublethal effects of chemicals on fauna in the soil ecosystem. Natl. Environmental Research Inst., SilkeborgGoogle Scholar
  33. Marschner, A. (1992a): Phytotoxizitätsuntersuchungen an Wildkräutern und einer Kulturpflanze. Schriftenreihe des Vereins für Wasser-, Boden- und Lufthygiene. Hrsg.:R. Leschber undE. Lahmann. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart/New YorkGoogle Scholar
  34. Marschner A. (1992b): Phytotoxizitätsuntersuchungen mit zwei anionischen Detergentien (TPBS, LAS) und einem Herbizid (Atrazin). Schr.-Reihe Verein WaBoLu 89: 459–483Google Scholar
  35. Morgan, E. &Knacker, T. (1994): The Role of Laboratory Terrestrial Model Ecosystems in the Testing of Potentially Harmful Substances. Ecotoxicology 3: 213–233CrossRefGoogle Scholar
  36. OECD (Organisation for Economic Development) (1981): OECD-Guideline for Testing of Chemicals No. 106. Adsorption/Desorption. ParisGoogle Scholar
  37. OECD (Organisation for Economic Development) (1984a): OECD-Guideline for Testing of Chemicals No. 207. Earthworm Acute Toxicity Test. ParisGoogle Scholar
  38. OECD (Organisation for Economic Development) (1984b): OECD-Guideline for Testing of Chemicals No. 208. Terrestrial Plants, Growth Test. ParisGoogle Scholar
  39. Pederdsen, F. &Samsoe-Petersen, L. (1993): Discussion Paper Regarding Guidance for Terrestrial Effects Assessment (1. Draft). Water Qual. Inst. Aarhus, pp. 48Google Scholar
  40. Pestemer, W., Auspurg, B. &Günther, P. (1987): Vergleich des OECD-Entwurfs “Terrestrial Plant Growth Test” mit den Ergebnissen aus Freilandversuchen. BMFT Forschungsbericht (FK2: 0373912) BBA BraunschweigGoogle Scholar
  41. Pfleeger, T., McFarlane, C., Sherman, R. &Volk, G. (1991): A short-term bioassay for whole plant toxicity. In:Gorsuch, J.W., Lower, W.R., Wang, W. &Lewis, M.A. (eds.) Plants for Toxicology Assessment: Second Volume. ASTM Philadelphia, PA 258–266Google Scholar
  42. Ratsch, H.C., Johndro, D.J. &McFarlane, J.C. (1986): Growth inhibition and morphological effects of several chemicals forArabidopsis thaliana (L.). Heynh. Environ. Toxicol. Chem. 5: 55–60CrossRefGoogle Scholar
  43. Riepert, F. (1991): Effects of soil pollutants on Collembola: Determination of the inhibition of reproduction. Biologische Bundesanstalt f. Land-und Forstwirtschaft, Berlin, Germany. Revised version 91/10Google Scholar
  44. Römbke, J. (1991): Entwicklung eines Reproduktionstests an Bodenorganismen — Enchytraeen. Bericht im Auftrag des Umweltbundesamts, F+E-Vorhaben Nr. 106 03 051/01, Battelle Institut FrankfurtGoogle Scholar
  45. Römbke, J., Bauer, C., Brodesser, J., Brodsky, J., Danneberg G., Heimann, D., Renner, I. &Schallnass, H-J. (1995): Grundlagen für die Beurteilung des ökotoxikologischen Gefährdungspotentials von Altstoffen im Medium Boden — Entwicklung einer Teststrategie. UBA-Texte 53/95: S. 369Google Scholar
  46. Römbke, J., Bauer, C. &Marschner, A. (1996): Teststrategie zur Beurteilung des Umweltgefährlichkeitspotentials von Umweltchemicalien im Kompartiment Boden. UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox. 8: 158–166CrossRefGoogle Scholar
  47. Rudolph, P. &Boje, R. (1986): Ökotoxikologie: Grundlagen für die ökotoxikologische Bewertung von Umweltchemikalien nach dem Chemikaliengesetz. ecomed Verlag, LandsbergGoogle Scholar
  48. Samsoe-Petersen, L. (1987): Laboratory method for testing side-effects of pesticides on the rove beetleAleochara bilineata — adults (Col., Staphylinidae). Entomophaga 32: 73–81CrossRefGoogle Scholar
  49. Scheunert, I. (1991): Langzeitverhalten von Chemicalien im Boden. UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox. 3: 28–32CrossRefGoogle Scholar
  50. Schreiber, B. &Brink, N. (1989): Pesticide Toxicity Using Protozoans as Test Organisms. Biol. Fert. Soils 7: 289–296CrossRefGoogle Scholar
  51. Schuphan, I., Schärer, M., Heise, M. &Ebing, W. (1987): Use of laboratory model ecosystems to evaluate quantitatively the behaviour of chemicals. In: Pesticide Science and Biotechnology. Greenhalgh, R.; Roberts, TR. (eds.), Blackwell Sci. Publ., 437–444Google Scholar
  52. Shimabuku, R.A., Ratsch, H.C., Wiese, C.M., Nwosu, J.U. &Kapustka, L.A. (1991): A New Plant Life-Cycle Bioassay of the Effects of Toxic Chemicals Using Rapid Cycling Brassica. In:Gorsuch, J.W., Lower, W.R., Wang, W., Lewis, M.A. (eds.) Plants for Toxicology Assessment: Second Volume, ASTM STP 1115. ASTM Philadephia, PA. 365–357Google Scholar
  53. Somerville, L. &Greaves, M.P. (eds.) (1987): Pesticide Effects on Soil Microflora. Taylor & Francis, London. 240 pp.Google Scholar
  54. Thompson, A.R., Gore, F.L. (1972): Toxicity of twenty-nine insecticides to Folsomia Candida: Laboratory studies. J. econ. Entomol. 65: 1255–1260Google Scholar
  55. UBA (Umweltbundesamt) (1994): UBA-Workshop on Terrestrial Model Ecosystems. UBA-Texte 54/94. BerlinGoogle Scholar
  56. Von Törne, E. (1990): Assessing feeding activities of soil-living animals. I. Bait-lamina tests. Pedobiologia 34: 89–101Google Scholar
  57. Walker, J.D. (1990): Effects of chemicals on microorganisms. Res. J. WPCF 62: 618–624Google Scholar

Copyright information

© Ecomed Publishers 1996

Authors and Affiliations

  • Jörg Römbke
    • 1
  • Christa Bauer
    • 1
  • Annette Marschner
    • 2
  1. 1.ECT Oekotoxikologie GmbHFlörsheimGermany
  2. 2.UmweltbundesamtBerlinGermany

Personalised recommendations