The Project deals with the possibilities of performing mixture toxicity assessment within the environmental risk assessment of the authorization of biocide and plant protection products. To this end a review on the state of scientific knowledge about the predictivity of combined effects is collated. Central in this context is the reference model of Concentration Addition which allows extrapolating combined effects for mixtures based on knowledge about the effects of the components. Building on this, options for risk regulation are developed. Their applicability is considered in the context of those data that are currently available within the authorization process for biocide and plant protection products. Deficits with respect to a – scientifically sensible – homogeneous data base can often be overcome with pragmatic decisions if additional requirements for the authorization process are not an option. Tiered schemes to specifically account for combined effects during environmental risk assessment of biocide and plant protection product authorization are suggested, accompanied with a software tool for its implementation. Veröffentlicht in Texte | 92/2013.
Die Umweltrisikobewertung (ERA) bezieht sich üblicherweise auf einzelne Chemikalien, während Organismen in der Umwelt einer Vielzahl verschiedener Substanzen aus unterschiedlichen Quellen gleichzeitig ausgesetzt sind. Kläranlagenabläufe stellen einen Haupteintragspfad für unbeabsichtigte Mischungen von Chemikalien dar. Die Umweltwirkungen solcher Mischungen wurden in dem vorliegenden Projekt näher untersucht. Basierend auf einer Literaturrecherche und eigenen Daten zum Vorkommen von Arzneimitteln und anderen Chemikalien in Kläranlagenabläufen wurden 20 Substanzen für das Projekt ausgewählt. Insgesamt wurden 33 Einzelsubstanzen und 24 Mischungen in chronischen Toxizitätsstudien mit Cyanobakterien, Grünalgen, der Wasserpflanze Lemna minor und dem Süßwasser-Kleinkrebs Daphnia magna untersucht. Die Ergebnisse der Mischungstests belegen, dass die aquatische Toxizität von Mischungen im Hinblick auf chronische Endpunkte mit dem Konzept der Konzentrations-Additivität mit einer weniger als dreifachen Abweichung vorhergesagt werden kann. Es wurden Hinweise für eine synergistische Interaktion zwischen den zwei Antibiotikawirkstoffen Sulfamethoxazol und Trimethoprim in Primärproduzenten gefunden, die weitere Untersuchungen notwendig erscheinen lassen. Weiterhin wurde gezeigt, dass ein Anteil von 50% Kläranlagenablauf (v:v) in der Testlösung die Vorhersagbarkeit der Mischungstoxizität nicht beeinträchtigt. In Bezug auf die typischerweise schwankenden Mischungskonzentrationen in Kläranlagenabläufen, zeigten die Untersuchungen, dass die Mischungsvorhersage basierend auf mittleren Konzentrationen zu einer Unterschätzung der chronischen Effekte auf die Reproduktion von D. magna führen kann, während die Annahme der maximalen Konzentrationen zu einer besseren Vorhersage führt. Umweltrisikoabschätzungen auf Einzelstoff-Ebene wurden mit denen verschiedener Mischungsszenarien verglichen, basierend auf den verschiedenen Konzepten. Ein Sicherheitsfaktor für Mischungen, der in der Einzelstoffbewertung anzuwenden wäre, und seine angemessene Größe wird diskutiert als prospektiver Ansatz zur Berücksichtigung der Risiken von unbekannten Umweltmischungen. Quelle: Forschungsbericht
Viele Pflanzenschutzmittel (PSM), die in der Europäischen Union für den landwirtschaftlichen und privaten Gebrauch zugelassen sind, enthalten mehr als einen Wirkstoff. Solche Kombinationsprodukte und auch Monoformulierungen mit einem Wirkstoff werden häufig mit anderen Pflanzenschutzmitteln in Tankmischungen in einer Sequenz von Feldanwendungen eingesetzt. Daher stellt die Bewertung von realistischen Behandlungsregimes einen wesentlichen Bestandteil der Umweltrisikobewertung von PSM dar. Seit Jahrzehnten beschäftigen sich viele Studien mit den Effekten von Schadstoffmischungen auf verschiedene Organismen und Endpunkte. Das Modell der Konzentrationsadditivität (CA) gilt in vielen Fällen als geeignet die Wirkung von Schadstoffmischungen vorherzusagen. Dennoch fehlt es an Kenntnissen zur Vorhersagbarkeit von chronischen Mischungseffekten und von Effekten auf aquatische oder terrestrische Gemeinschaften. Zur Beantwortung dieser Fragestellung haben wir im COMBITOX-Projekt vorhandenes Wissen und Daten zu chronischen Effekten sowie für aquatische und terrestrische Gemeinschaften ausgewertet. Zudem haben wir verfügbare Modelle und Ansätze (z.B. HAIR 2014, SYNOPS-WEB, PRIME-beta etc.) kritisch evaluiert, um deren Nutzen für eine Risikovorhersage von Behandlungsregimes in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen zu bewerten. Weiterhin wurde ein einzigartiger und großer Datensatz von agrarwirtschaftlichen Spritzfolgen für verschiedene Agrarkulturen in Deutschland analysiert. Aus diesem Datensatz haben wir vier Spritzfolgen ausgewählt, die verschiedene Behandlungsszenarien (Worst-Case- und Typical-Case-Spritzfolgen) für Apfel- und Winterraps darstellen. Für diese Spritzfolgen wurde das zusätzliche Umweltrisiko im Vergleich zur Einzelanwendung von PSM quantifiziert. Das zusätzliche Risiko wurde mit dem maximalen kumulativen Verhältnis (MCR) berechnet (Verhältnis des geringsten toxicity exposure ratio, TER, für die toxischste Substanz zum kumulativen TER einer Mischung oder Spritzfolge). Unsere Analysen ergaben, dass CA chronische Mischungseffekte auf Individuenebene in vielen Fällen vorhersagen kann, wenn die Toxizitätsdaten auf ECX-Werten im Vergleich zu weniger präzisen NOEC-Werten basieren. Aus der verfügbaren wissenschaftlichen Literatur und regulatorischen Studien konnten keine klaren Aussagen zur Anwendbarkeit von CA oder Effektaddition für die Vorhersage von Mischungseffekten auf Gemeinschaftsebene getroffen werden. Anhand der Spritzfolgendaten haben wir kulturspezifische Muster bezüglich der angewandten PSM-Klassen und der Behandlungshäufigkeit identifiziert. Für die vier Spritzfolgen wurde ein zusätzliches Risiko der Behandlungsregime mit einem Faktor von 2,18 (50. Perzentil) bis 5,26 (90. Perzentil) über alle untersuchten Risikoindikatoren und Spritzfolgen ermittelt. Darüber hinaus wurde ein neuer Ansatz, MITAS, entwickelt, um die zeitabhängige Mischungstoxizität in einem Behandlungsregime bewerten zu können. Es wird geschlussfolgert, dass das zusätzliche Risiko von PSM-Anwendungen in Spritzfolgen ökotoxikologisch relevant ist und für eine protektive Risikobewertung von PSM berücksichtigt werden muss. Unsicherheiten bestehen noch hinsichtlich des Einflusses von Synergismen, indirekten Effekten, Saatgutbehandlung, wiederholter Exposition oder Umweltstressoren auf die Effekte von PSM-Spritzfolgen. Quelle: Forschungsbericht
Die Bewertung der stofflichen Belastung der Gewässer in NRW basiert aktuell auf der Risikobewertung der in den Gewässern gemessenen Einzelsubstanzen. Um in Zukunft auch potentielle Mischungseffekte in die Bewertung des Gewässerzustands einzubeziehen, hat das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz (MULNV) ein Projekt zur Erfassung und Bewertung von Stoffmischungen in Gewässern in Nordrhein-Westfalen durchgeführt. In diesem Projekt wurden zwei umfangreiche Datensätze aus Sondermessprogrammen des Erftverbands und des Wupperverbands sowie Daten des im Rahmen der europäischen Wasserrahmenrichtlinie durchgeführten LANUV-Monitorings dieser beiden Gewässer ausgewertet. Es wurden verschiedene wissenschaftliche Konzepte zur Bewertung der Auswirkung von Stoffmischungen betrachtet und schließlich zwei Bewertungsansätze auf Basis der sogenannten Konzentrationsaddition auf die Datensätze angewendet: der RQmix und der SUM RQ. Die Ergebnisse dieser beiden Bewertungsansätze wurden verglichen und ihre Aussagekraft und Anwendbarkeit in der Praxis diskutiert. Mit diesen Methoden soll die Planung von Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerqualität unterstützt werden.
In the first tier risk assessment (RA) of pesticides, risk for aquatic communities is estimated by using results from standard laboratory tests with algae, daphnids and fish for single pesticides such as herbicides, fungicides, and insecticides. However, fungi as key organisms for nutrient cycling in ecosystems as well as multiple pesticide applications are not considered in the RA. In this study, the effects of multiple low pesticide pulses using regulatory acceptable concentrations (RACs) on the dynamics of non-target aquatic fungi were investigated in a study using pond mesocosm. For that, fungi colonizing black alder (Alnus glutinosa) leaves were exposed to multiple, low pulses of 11 different pesticides over a period of 60 days using a real farmer's pesticide application protocol for apple cropping. Four pond mesocosms served as treatments and 4 as controls. The composition of fungal communities colonizing the litter material was analyzed using a molecular fingerprinting approach based on the terminal Restriction Fragment Length Polymorphism (t-RFLP) of the fungal Internal Transcribed Spacer (ITS) region of the ribonucleic acid (RNA) gene(s). Our data indicated a clear fluctuation of fungal communities based on the degree of leaf litter degradation. However significant effects of the applied spraying sequence were not observed. Consequently also degradation rates of the litter material were not affected by the treatments. Our results indicate that the nutrient rich environment of the leaf litter material gave fungal communities the possibility to express genes that induce tolerance against the applied pesticides. Thus our data may not be transferred to other fresh water habitats with lower nutrient availability. Quelle: http://www.sciencedirect.com
Chemical mixture risk assessment has, in the past, primarily focused on exposures quantified in the external environment. Assessing health risks using human biomonitoring (HBM) data provides information on the internal concentration, from which a dose can be derived, of chemicals to which human populations are exposed. This study describes a proof of concept for conducting mixture risk assessment with HBM data, using the population-representative German Environmental Survey (GerES) V as a case study. We first attempted to identify groups of correlated biomarkers (also known as â€Ìcommunitiesâ€Ì, reflecting co-occurrence patterns of chemicals) using a network analysis approach (n = 515 individuals) on 51 chemical substances in urine. The underlying question is whether the combined body burden of multiple chemicals is of potential health concern. If so, subsequent questions are which chemicals and which co-occurrence patterns are driving the potential health risks. To address this, a biomonitoring hazard index was developed by summing over hazard quotients, where each biomarker concentration was weighted (divided) by the associated HBM health-based guidance value (HBM-HBGV, HBM value or equivalent). Altogether, for 17 out of the 51 substances, health-based guidance values were available. If the hazard index was higher than 1, then the community was considered of potential health concern and should be evaluated further. Overall, seven communities were identified in the GerES V data. Of the five mixture communities where a hazard index was calculated, the highest hazard community contained N-Acetyl-S-(2-carbamoyl-ethyl)cysteine (AAMA), but this was the only biomarker for which a guidance value was available. Of the other four communities, one included the phthalate metabolites mono-isobutyl phthalate (MiBP) and mono-n-butyl phthalate (MnBP) with high hazard quotients, which led to hazard indices that exceed the value of one in 5.8% of the participants included in the GerES V study. This biological index method can put forward communities of co-occurrence patterns of chemicals on a population level that need further assessment in toxicology or health effects studies. Future mixture risk assessment using HBM data will benefit from additional HBM health-based guidance values based on population studies. Additionally, accounting for different biomonitoring matrices would provide a wider range of exposures. Future hazard index analyses could also take a common mode of action approach, rather than the more agnostic and non-specific approach we have taken in this proof of concept. © 2023 by the authors
The Project deals with the possibilities of performing mixture toxicity assessment within the environmental risk assessment of the authorization of biocide and plant protection products. To this end a review on the state of scientific knowledge about the predictivity of combined effects is collated. Central in this context is the reference model of Concentration Addition which allows extrapolating combined effects for mixtures based on knowledge about the effects of the components. Building on this, options for risk regulation are developed. Their applicability is considered in the context of those data that are currently available within the authorization process for biocide and plant protection products. Deficits with respect to a – scientifically sensible – homogeneous data base can often be overcome with pragmatic decisions if additional requirements for the authorization process are not an option. Tiered schemes to specifically account for combined effects during environmental risk assessment of biocide and plant protection product authorization are suggested, accompanied with a software tool for its implementation.
Three different wood preservative products, their eluates produced by leaching tests, mixtures of some of their ingredients and some of their ingredients as single substances were tested for growth inhibition of green algae as well as acute and chronic toxicity to Daphnia magna. The tests were conducted according to OECD standard guidelines and supported by analyticalchemistry. The model deviation ratio (MDR) was used as quantitative measure for the compliance between observed mixture toxicity and the toxicity predicted by concentration addition. An MDR considerably larger than 2 may indicate synergistic interactions or the necessity to include so-far neglected substances into the prediction. For the here investigated wood preservative products and their eluates, the importance of taking formulation additives and transformation products into account has been clearly demonstrated. Acute as well as chronic toxicity could be reliably predicted with less than 2fold deviation when all relevant ingredients were known and included in the prediction. Yet, there was a tendency to overestimate mixture toxicity for endpoints of sub-lethal toxicity at low effect levels.
Multiple pesticide residues in the environment originate from combination products with two or more active substances, from tank mixtures prepared by the farmers and from subsequent applications of pesticides in spray series. Consequently, mixtures of pesticide residues in agricultural soils are often detected long after application. To simulate the â€Ìaccumulated mixture riskâ€Ì towards earthworms resulting from a pesticide spray series for apple orchards, a model was applied considering both the dissipation of the applied pesticides over time and their individual toxicities. The model simulation for assessing the time-dependent mixture risk is applicable for several years and revealed that the â€Ìaccumulated mixture riskâ€Ì for earthworms clearly did not meet the threshold values for an acceptable risk according to the legal requirements in the EU approval procedure. Multiple pesticide residues from spray series are not yet considered in the environmental risk assessment (ERA) which is based on the application of single pesticide substances and products. We propose that the accumulation of residues during typical agricultural spray series should be included when assessing the risk of pesticides. © 2019 Elsevier B.V.
Seven-day composite effluent samples from a German monitoring campaign including 33 conventional wastewater treatment plants (WWTP) were analyzed for linear alkylbenzene sulfonates (LAS) and alkyl ethoxysulfates (AES) and were screened by wide-scope suspect screening for 1564 surfactants and their transformation products (TPs) by UHPLC-ESI-QTOF-MS. Corresponding seven-day composite influent samples of selected WWTPs showed high influent concentrations as well as very high removal rates for LAS and AES. However, average total LAS and AES effluent concentrations were still 14.4 ng/L and 0.57 ng/L, respectively. The LAS-byproducts di-alkyl tetralin sulfonates (DATSs), the TPs sulfophenyl alkyl carboxylic acids (SPACs) and sulfo-tetralin alkyl carboxylic acids (STACs) reached maximum effluent concentrations of 19 ng/L, 17 ng/L and 5.3 ng/L, respectively. In many cases the sum of the concentration of all LAS-related byproducts and TPs surpassed the concentration of the precursors. High concentrations of up to 7.4 ng/L were found for 41 polyethylenoglycol homologs. Quantified surfactants and their TPs and by-products together accounted for concentrations up to 82 ng/L in WWTP effluents. To determine the risk of individual surfactants and their mixtures, single homologs were grouped by a "weighted carbon number approach" to derive normalized Predicted No-Effect Concentrations (PNEC), based on experimental ecotoxicity data from existing risk assessments, complemented by suitable Quantitative Structure-Activity Relationships (QSAR) predictions. Predicted Environmental Concentrations (PEC) were derived by dividing effluent concentrations of surfactants by local dilution factors. Risks for all analyzed surfactants were below the commonly accepted PEC/PNEC ratio of 1 for single compounds, while contributions to mixture toxicity effects from background levels of LAS and DATS cannot be excluded. Maximum LAS concentrations exceeded half of its PNEC, which may trigger country-wide screening to investigate potential environmental risks. © 2019 Elsevier B.V. All rights reserved.
| Origin | Count |
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| Bund | 25 |
| Land | 3 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 9 |
| Text | 2 |
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