Den toksikologi av landskapet er en vitenskapelig disiplin som dukket opp på 1990-tallet for å studere effekter av miljøgifter i økosystemer som økotoksikologi men utbredte bruk av verktøy og konsepter for landskapsøkologi . Hun er derfor interessert i innflytelsen av landskapskarakteristikker (romlige og tidsmessige parametere, fordeling av geografiske variasjoner i biologisk mangfold, etc.) og strukturen til matnett på overføring og effekter av forurensende stoffer.
Dette konseptet er relativt nylig, og behovet for å gjøre det til et forskningstema ble artikulert av John Cairns Jr og BR Niederlehner i 1996 i artikkelen: Developing a field of landscape ecotoxicology . Denne disiplinen av studien ble opprettet for bedre å forklare hvordan visse stoffer kan påvirke et landskap via de forskjellige strømningene som er tilstede mellom økosystemer, og den er basert på vurdering av potensielle miljørisiko. Landskapsskalaen som tar sikte på å svare på tendensen til forskning på økosystemnivå for å målrette sine handlinger på en helhet for liten temporalt og romlig til å forklare og oppdage alle prosessene som er tilstede i dette miljøet. Til slutt tar denne disiplinen sikte på å gi tilleggsinformasjon for beslutningstaking for ledelsen av forskjellige områder som studeres.
I de første dagene av denne disiplinen ble identifiseringen av forstyrrede miljøer gjort ved å identifisere spesifikke egenskaper, dokumentert som til stede i høyt endrede systemer. Et godt eksempel på et sterkt forstyrret miljø er området rundt et støperi , som raskt endres i struktur og sammensetning etter etableringen. For øyeblikket har forbedring av beregningskapasiteten til dataverktøy, avvikling av militære satellitter, forbedring av sensorenes finhet og bruken av geografiske informasjonssystemer kombinert med prediktive modeller gjort det mulig å lokalisere forstyrrede miljøer som kan forekomme på en større skala og over større områder.
Dette domenet utgjør forholdet mellom to skalaer av ulik størrelse: det molekylære mot de levende, spesielt flercellede organismer. Å etablere en årsakssammenheng mellom disse to fagene på nivået av en enkelt art er allerede etablert, og mange studier støtter det . På den annen side krever å utlede denne toksisiteten til et økosystem eller til og med et større, til et landskap mer grundig undersøkelse av alle forholdene som er der. Tradisjonelle økotoksikologiske undersøkelser av mikrokosmos eller mesokosmer eksisterer allerede, men det er foreløpig ikke mulig å ekstrapolere dem til landskapskalaen med sikkerhet. Til tross for dette har det blitt utført svært informative studier på økosystemnivå, men de er vanskelige å reprodusere og veldig dyre. De nedenfra og opp metoder , som gjør ekstrapolere virkningen av et molekyl på en art og deretter i et økosystem, er meget brukbare ved risikovurdering men er begrenset.
De komplekse interaksjonene mellom arter i økosystemer gjør oppgaven vanskelig fordi det kan oppdages et forurensende stoff i mange av innbyggerne. uten å påvirke andre eller på en annen måte. Et giftig stoff kan også endre økosystemer gjennom dyrebevegelser i forskjellige biologiske systemer eller gjennom trofiske forhold. Interaksjoner mellom økosystemkomponenter kan ha en effekt på nivåer som er høyere eller lavere enn de studerte artene. For å illustrere disse interaksjonene godt, kan vi tenke på en art hvis populasjon synker på grunn av et giftig stoff som er tilstede i sitt område i en konsentrasjon som er høy nok til å påvirke den. Hvis det er et bytte, kan nedgangen i befolkningen redusere populasjonene som er forut for det, enten ved rus av sistnevnte til det samme produktet eller ved reduksjon av en av deres matkilder. Fenomenet bioakkumulering kan også spille en viktig rolle for visse arter som er tilstede i et forurenset landskap.
Det bør også tas i betraktning at flertallet av jordens økosystemer allerede har blitt og fortsatt er forstyrret, og dette på et nivå som er tilstrekkelig til å gjøre det vanskelig å bestemme hvilket spesifikt forurensende stoff som virker på økosystemet eller om det er. samhandling mellom flere forurensende stoffer. En organisme kan være mindre motstandsdyktig mot et eller flere gitte giftige stoffer hvis den allerede er påvirket av en eller flere andre. Noen stoffer kan også ha en synergistisk effekt når de kombineres.
Landskapets målestokk er så stor at det er vanskelig å utlede fra interaksjoner som forekommer på molekylært nivå. For eksempel er det vanskelig å isolere virkningene av et forurensende stoff med menneskeskapt opprinnelse fra andre effekter som skyldes årsaker som ligger i den naturlige utviklingen av et økosystem. I dette tilfellet er det nødvendig å kunne sammenligne med et kontrollsystem (for eksempel en kontrollgruppe i et medisinsk eksperiment) eller å ha et bredt spekter av data over en lang periode for et gitt system for å eliminere den naturlige variasjonen av miljøet for å bestemme arten av den observerte forstyrrelsen.
Aspektet av landskapet er av stor betydning i denne disiplinen, fordi dens egenskaper i stor grad påvirker fordelingen av giftige stoffer i den. Miljøets økologiske struktur påvirker dets motstandskraft, mens topografiske trekk har en viktig rolle å spille i distribusjonen av stoffer i miljøet. Til slutt er visse faktorer knyttet til landskapet, som bufferkapasiteten til systemet, også viktige.
Fordelingen av de forskjellige forstyrrelsene påvirkes av de mange fysiske egenskapene til terrenget. Mer spesifikt er dette de forskjellige faktorene som kan påvirke fordelingen av forstyrrere, energi og materialer i miljøet, slik som høyde, skråning, klimatiske faktorer eller tilstedeværelse av vassdrag.
Kjemiske påkjenninger varierer i intensitet, gjentakelse, berørt område og utholdenhet. En stressfaktor med høy intensitet og en unik gjentakelse som Tsjernobyl-atomkatastrofen, er veldig forskjellig fra den årlige regionale påføringen av gjødsel og plantevernmidler til felt. Det er derfor viktig å identifisere den eller de kjemiske stressfaktorene som endrer landskapets egenskaper. Denne oppgaven er ikke alltid lett, fordi noen økosystemer påvirkes av flere forurensende stoffer samtidig, spesielt siden eksponeringen i noen tilfeller er diffus. Det er også mulig at visse forurensninger påvirker landskapet på en variabel måte over tid.
Karakteriseringen av miljøet i landskapsskalaen gjør det mulig å observere fordelingen av et forurensende stoff over tid, enten det sprer seg raskt eller ikke. Det gjør det også mulig å forstå hvordan en liten innvirkning kan, i tillegg, bli et stort tema. Dette bredere observasjonsnivået tar også hensyn til det faktum at et giftig stoff som er tilstede i et økosystem indirekte kan påvirke en annen enhet i økosystemet. Derfor er den tidsmessige og romlige observasjonen av spredningen av forurensningen av stor betydning. De tidsmessige dataene gjør det mulig å ta i betraktning hvordan en stressor som ikke hadde innvirkning i utgangspunktet etter flere eksponeringer. Det romlige aspektet gjør det mulig å relatere antall forstyrrede økosystemer som en gitt art okkuperer eller som den kan bo for å forutsi om en re-kolonisering av miljøet av befolkningen er mulig etter forstyrrelsen.
Evnen til å hindre spredning av en kjemisk stressor er også et av tiltakene som kan informere landskapets integritet. Ulike økosystemer beholder og avgifter forskjellige stoffer med ulik hastighet. Den romlige strukturen og helsen til økosystemene er derfor veldig viktig i dette området.
Landskapets økotoksikologi kan bidra til å forutsi endringer i mobiliteten til forurensende stoffer som vil være forårsaket av klimaendringer som kan endre værmønsteret, forårsake havnivåstigning, føre til at den globale temperaturen blir varm og endre sammensetningen av fauna og flora i globale økosystemer.
Forbedret fjernmålingsteknologi har stor nytte for å identifisere potensielt berørte områder. Disse teknikkene har fordelen av å gi informasjon i romlig og tidsmessig skala uten å kreve inngrep i feltet, noe som er en økonomisk og tidsmessig fordel. De tillater en mer systematisk påvisning av store problemer gjennom bruk av indekser av heterogenitet og av landskapsdekning. Forstyrrelsene som kommer frem i lyset kan imidlertid tilskrives kjemiske påkjenninger i miljøet, men også til naturlige forstyrrelser eller til og med endringer i landskapet av mennesker. Det er derfor nødvendig å også bruke andre indekser for å avgjøre om strukturen i landskapet er modifisert som et resultat av kjemisk stress. Fjernmålingsdata kan derfor brukes oppstrøms for å identifisere områder som krever feltundersøkelse rettet mot mer presist å oppdage endringer i artssammensetning eller konsentrasjoner av giftige produkter.
Det strukturelle aspektet av landskapet gjelder hovedsakelig artenes struktur, sammensetning og mangfold. Tilstedeværelsen av økotoksikologisk stress kan oppdages i stor skala ved å observere befolkningsnedgang eller -vekst samt livssyklusegenskaper for visse arter. Denne typen indikatorer må ta hensyn til det trofiske nivået , følsomheten for kjemisk stress og typen habitat som brukes av disse artene. Toksikologiske forstyrrelser i en region kan således studeres gjennom observasjon av visse taksonomiske grupper som er definert som bioindikatorer . For å kvalifisere en bestemt art som en indikator, bør den ideelt sett ha alle tre av følgende egenskaper: et stort utvalg, følsomhet for stress og en eller flere viktige økosystemfunksjoner. Det er også mulig å observere tilstedeværelsen av en kjemisk forstyrrelse via utvidelse av distribusjonsområdet for såkalte resistente arter til skade for såkalte sensitive arter.
De mest brukte funksjonelle indeksene er frekvensen av resirkulering av næringsstoffer, tap av næringsstoffer, frekvensen av respirasjon i samfunn og hastigheten på produksjon av biomasse i forhold til total biomasse. Disse tiltakene mister sin relevans når det gjelder økotoksikologi når de er samlet i landskapsskala fordi det er stor heterogenitet av verdier for de forskjellige økosystemene. Imidlertid kan primærproduktivitet sammenlignes med kjente verdier for noen systemer, så det kan være nyttig i stor skala. Det er til og med mulig å observere det via fjernmåling, fordi tilstedeværelsen av giftige produkter reduserer produktiviteten, mens økningen i tilgjengelige næringsstoffer øker den.
Forekomsten mellom strukturelle og funksjonelle indekser for nytte og følsomhet er ikke fastslått. Disse to typene indekser kan være sammenhengende, spesielt for økosystemer som er tolerante for endringer i strukturen hvis funksjonell redundans er til stede. I dette tilfellet kan effekten av forstyrrelser bare oppdages når funksjonene i miljøet er svekket.
Landskapets økotoksikologi tar sikte på å forutsi fordelingen og effekten av utslipp av et forurensende stoff i større skala enn økosystemene ved å utdype vår kunnskap om fenomenene eksponering for kjemiske stressfaktorer på landskapsnivå. For å lage slike spådommer kan fire metoder brukes: gjøre toksisitetstester, generalisere fra lignende systemer som er blitt forstyrret av et forurensende stoff, gjøre bioovervåking på berørte steder eller bruke prediksjonsmodeller.
Imidlertid er det kombinasjonen av disse fire metodene som gir best resultat. Toksisitetstester eller feltundersøkelser av miljøer som er skadet av skadelige stoffer gjør det mulig å avgjøre om det nåværende miljøet i miljøet har hatt negativ innvirkning på dets struktur og funksjoner. En årsakssammenheng mellom et kjemisk stoff og en biologisk endring kan bare realiseres ved en toksisitetsstudie. Biologisk overvåking gjør det mulig å sette opp prediktive modeller. Når disse modellene er kalibrert fra et stort antall data, er det mulig å forutsi effekten av et stoff på et økosystem, men fremfor alt å ekstrapolere til forskjellige romlige og tidsmessige skalaer.
Fire veier er blitt foreslått i et forsøk på å fjerne hindringene som denne disiplinen står overfor. Først og fremst vil det være relevant å fokusere innsatsen på de økologiske funksjonene og funksjonelle egenskapene som påvirkes av et forurensende stoff i stedet for å fokusere på å finne artene som er berørt av det, dvs. å ta en tilnærming nedadgående.
Det ville da være interessant å søke å ta i betraktning effekten av kombinasjonen av stressfaktorer som allerede er tilstede i miljøet ved beregningen av den akseptable dosen av et forurensende stoff i et økosystem i stedet for å definere på forhånd visse stoffer som må gjøre gjenstand for analyse.
Det ville være ønskelig å spørre hvordan man kan bruke data fra forskning om emnet doserespons utført på naturlige økosystemer for å forutsi bestemte responser, i stedet for å lure på hvordan effekten av visse giftige stoffer kan brukes. Til prediksjon, mens det er er få empiriske studier om emnet doserespons. En annen mulighet for forbedring ligger i spådommen fra forskningsdata om emnet for dose-responsen samlet på naturlige økosystemer. Til slutt foreslår forfatterne å fokusere på følsomheten for forurensende stoffer i samfunn eller økosystemfunksjoner i stedet for å fokusere utelukkende på arter eller taksonomiske grupper som vil være følsomme.