From biomonitoring to integrated observation of the environment - The multi-markered bioindication concept

• Autorzy: Markert B.

Warianty tytułu

PL

Od biomonitoringu do zintegrowanego systemu obserwacji środowiska - koncepcja bioindykacji wielorakiej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

For a number of years "classical" programs for environmental monitoring are being supplemented by bioindication measures already. Here, investigations on living organisms or their remains (eg peat) are used to indicate the environmental situation in either qualitative (bioindication) or quantitative (biomonitoring) terms. This provides pieces of information on environmental burdens of a region at a given point of time or on its changes with time (trend analysis). Classical bioindication often deals with observation and measurements of chemical noxae (both inorganic and organic ones) in well-defined bioindicator plants or animals (including man). Both for reconstruction of farmer situations (in retrospect) and the investigation of future trends similar approaches in the field of methods between environmental specimen banks and more general bioindication protocols are used. Thus environmental specimen banks are just one specific instrument of bioindication or biomonitoring, respectively. In terms of analytical procedures and results there are parallel developments between progresses in bioindication and innovation in analytical methods, too. After same 30 years of development in bioindication there are now following lines of further development: 1) more frequent inclusion of multi-element total analyses for a thorough investigation of mutual correlations in the sense of the Biological System of Elements, 2) more work on (analytical) speciation issues to proceed into real effect-oriented environmental sciences, and 3) there should and most be a focus on integrative bioindication methods because for a large number of environmental monitoring problems a single bioindicator will not provide any meaningful information: a single bioindicator is about as good as none at all. Integrative concepts such as the Multi-Markered Bioindication Concept (MMBC) provide basic means to get into precautionary environmental protection effects drawing upon such a second-generation bioindication methodology.

PL

Od wielu lat klasyczne metody monitorowania środowiska przyrodniczego są uzupełniane metodami bioindykacyjnymi. Badania organizmów żywych lub ich pozostałości (np. torfu) są używane do zarówno jakościowej (bioindykacja), jak i ilościowej (biomonitoring) oceny stanu środowiska. W ten sposób uzyskuje się informacje o środowisku w rozpatrywanym regionie w danym momencie lub o jego zmianach w czasie (analiza trendów). Klasyczna bioindykacja zajmuje się obserwacjami i pomiarami działania szkodliwych czynników chemicznych (organicznych i nieorganicznych) w stosunku do ściśle określonych gatunków wskaźnikowych roślin lub zwierząt (w tym człowieka). Zarówno rekonstrukcja stanu przeszłego (retrospekcja), jak i analiza trendów przyszłościowych są wykorzystywane w podobny sposób, poczynając od oceny banku próbek środowiskowych i metod ich analizy. W zakresie procedur analitycznych i interpretacji wyników pomiarów także ma miejsce postęp dotyczący zarówno bioindykacji, jak i metod analitycznych. Po około 30 latach rozwoju bioindykacji obecnie można wyróżnić następujące kierunki dalszego rozwoju: 1) częstsze łączenie analizy wielu składowych do badania wzajemnych korelacji pomiędzy nimi w ramach Systemu Składowych Biologicznych, 2) dalsze prace nad analityką specjacyjną, aby przejść do badania realnych wpływów różnych czynników na środowisko i 3) konieczność integracji metod bioindykacyjnych, ponieważ ze względu na złożoność środowiska przyrodniczego monitorowanie pojedynczego gatunku wskaźnikowego nie dostarcza jednoznacznych informacji. Metody zintegrowane, takie jak Koncepcja Bioindykacji Wieloindykacyjnej (MMBC) umożliwiają postęp w zakresie ochrony środowiska naturalnego za pomocą metod bioindykacji drugiej generacji.

Słowa kluczowe

EN

environmental specimen banking; biomonitoring; bioindication; biological system of the elements; integrative biomonitoring; multi-markered-bioindication-concept (MMBC)

PL

bank próbek środowiskowych; biomonitoring; bioindykacja; biologiczne elementy systemu; integracja biomonitoringu; koncepcja bioindykacji wieloindykacyjnej (MMBC)

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. S
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 15, nr 3
• Strony: 315--333
• Opis fizyczny: Bibliogr. 69 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Markert B.

• Chair of Environmental High Technology, International Graduate School Zittau (IHI), Markt 23, D-02763 Zittau, F.R.G., presently: Fliederweg 17,49733 Haren/Erika, Germany,

Bibliografia

• [1] Markert B., Breure A. and Zechmeister H.: Definitions, Strategies and Principles for Bioindication/Biomonitoring of the Environment, [In:] Markert B., Breure A. and Zechmeister H.: Bioindicators & Biomonitors. Elsevier, Amsterdam 2003, 3-39.
• [2] Mueller P.: Biogeographie. UTB, Ulmer-Verlag, Stuttgart 1980.
• [3] Roots E.F.: Environmental Inormation - autobahn or maze? [In:] Schroeder W., Fraenzle O., Keune H. and Mandy P.: Global monitoring of terrestrial ecosystem. Emst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH, Berlin 1996,3-31.
• [4] Roots E.F.: Environ. Monit. Assess., 1992,50 (4),87-94.
• [5] Markert B.: Instrumental Element and Multi-Element Analysis of Plant Samples. Wiley-VCH, Weinheim 1996.
• [6] Adriano D.C.: Trace Elements in the Terrestrial Environment. Springer, Berlin 1986.
• [7] Adriano D.C.: Biogeochemistry of Trace Metals. Lewis, Boca Raton 1992.
• [8] Lieth H.: Ecosystem principles for ecotoxicological analyses, [In:] Schüürmann G. and Markert B.: Ecotoxicology. Wiley & Sons and Spectrum Akademischer Verlag, New York, Stuttgart 1998, 17-73.
• [9] Markert B., Fraenzle S. and Fomin A.: From the Biological System of the elements to Biomonitoring, [In:] Merian E., Anke M., Ihnat M. and Stoeppler M.: Elements and Their Compounds in the Environment (2nd ed.). Wiley- VCH, Weinheim 2004, 235-254.
• [10] Wittig R: General aspects of biomonitoring heavy metals by plants, [In:] Markert B. (ed.): Plants as biomonitors. VCH-Publisher, Weinheim 1993, 3-27.
• [11] Altenburger R. and Smitt M.: Predictions based on a single species, [In:] Markert B., Breure A. and Zechmeister H.: Bioindicators & Biomonitors. Elsevier, Amsterdam 2003, 153-198.
• [12] Arndt U.: Key reactions in forest disease used as effects criteria for biomonitoring, [In:] McKenzie D.H., Hyatt D.E. and McDonald V.J.: Ecological indicators. Elsevier, Applied Science Publishers London 1992, 829-840.
• [13] Bargagli R.: Trace Elements in Terrestrial Plants. Springer, Berlin, Heidelberg 1998.
• [14] Breulmann G., Markert B., Leffler U., Weckert V., Herpin U., Lieth H., Ogino K., Ashton P.S., La Frankie J.V., Hua Sang Lee and Ninomiya L: Tropical Ecology, 1997, 38(2), 181-191.
• [15] Breulmann G., Ogino K., Ninomiya I., Ashton P.S., La Frankie J.V., Leffler U., Weckert V., Lieth H., Konschak R. and Markert B.: Sci. Total Environ., 1998,215,85-100.
• [16] Markert B., Breure A. and Zechmeister H.: Bioindicators & Biomonitors. Elsevier, Amsterdam 2003.
• [17] Carreras H.A., Gudino G.L and Pignata M.L: Environ. Poll., 1998, 103,317-325.
• [18] Djingova R and Kuleff I.: Instrumental techniques for trace analysis, [In:] Markert B. and Friese K.: Trace elements, their distribution and effects in the environment. Elsevier, Amsterdam 2000, 137-185.
• [19] Farago M.E.: Plants and the Chemical Elements. VCH, Weinheim 1994.
• [20] Figueiredo A.M.G., Saiki M., Ticianelli R.B., Domingos M., Alves E.S. and Markert B.: J. Radioanal. Nuclear. Chem., 2001, 249(2), 391-395.
• [21] Fraenzle O.: Contaminants in Terrestrial Environments. Springer, Berlin 1993.
• [22] Fraenzle S. and Markert B.: Sci. Total Environ., 2000, 249, 223-241.
• [23] Fraenzle S. and Markert B.: UWSF - Z Umweltchem Ökotox, 2000, 12,97-103.
• [24] Fraenzle S. and Markert B.: Environ. Pollut., 2002, 120,27-45.
• [25] Freitas M.C., Reis M., Alves L.C. and Wolterbeek H.T.: Environ. Pollut., 1999, 106,229-235.
• [26] Garty J.: J. Environ. Quality, 1998, 27,973-979.
• [27] Genβler L, Rademacher J. and Rammert U.: Z Umweltchem Ökotox, 2001,13(6),375-378.
• [28] Herpin U., Markert B., Weckert V., Berlekamp J., Friese K., Siewers U. and Lieth H.: Sci. Total Environ., 1997,205, 1-12.
• [29] Herpin U., Siewers U., Kreimes K. and Markert B.: Biomonitoring - evaluation and assessment of heavy metal concentrations from two German mass surveys, [In:] Burga C.A and Kratochwil A: General and applied aspects on regional and global scales. Kluwer Academic Publishers, Tasks for Vegetation Science, 2001, 35, 73-95.
• [30] Klumpp A., Domingos M. and Pignata M.L: Air pollution and vegetation damage in South America, [In:] Agrawal S.B. and Agrawal M.A: Environ. Pollut. and Plant Responses. Lewis, Boca Raton 2000, 38-59.
• [31] Kostka-Rick R, Leffler U.S., Markert B., Herpin U., Lusche M. and Lehrke J.: UWSF - Z Umweltchem Ökotox, 2001,12(1),5-12.
• [32] Markert B.: Plants as Biomonitors. VCH, Weinheim 1993.
• [33] Siewers U. and Herpin U.: Geol. Jb. Sonderheft, Hannover 1998, SD 2, 1-200.
• [34] Siewers U., Herpin U. and Strassburg S.: Geol. Jb. Sonderheft, Hannover, 2000, 3,1-121.
• [35] Stoeppler M., Duerbeck H.W. and Nuernberg H.W.: Environmental specimen banking. Talanta, 1982, 29, 963-972.
• [36] Vtorova V., Kholopova L, Markert B. and Leffler U.: Multi-Elemental Composition of Tropical Plants and Bioindication of the Environmental Status, [In:] Russian Academy of Sciences. Biogeochem. Geochem. Ecol., 2001, 177-189.
• [37] Vutchkov M.: Biomonitoring of air pollution in Jamaica through trace-element analysis of epiphytic plants using nuclear and related analytical techniques, [In:] Co-ordinated research project on validation and application of plants as biomonitors of trace element atmospheric pollution, analyzed by nuclear and related techniques. IAEA, NAHRES-63, Vienna 2001, 57-68.
• [38] Wolterbeek H.A.T., Kuik P., Verburg T.G., Herpin U., Markert B. and Thöni L: Environ. Monit. Assessment, 1995, 35, 263-286.
• [39] Markert B., Wappelhorst O., Weckert V., Herpin U., Siewers U., Friese K. and Breulmann G.: J. Radioanal. Nucl. Chem., 1999, 240, 425-429.
• [40] Markert B., Oehlmann J. and Roth M.: General aspects of heavy metal monitoring by plants and animals, [in:] Subramanian G. and Iyengar V.: Environmental Biomonitoring. ACS Symp. Ser. 654, American Chemical Society, Washington DC., 1997, 19-29.
• [41] Oehlmann J. and Markert B.: Humantoxikologie. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, Stuttgart 1997.
• [42] Blanck H., Wängberg S.A and Molander S.: Pollution-Induced Community Tolerance. A new ecotoxicological tool [In:] Cairns J.J. and Pratt J.R.: Functional testing of aquatic biota for estimating hazards of chemicals. American Society for Testing and Materials, Philadelphia 1988, 219-230.
• [43] Rutgers M., Van't Verlaat I., Wind B., Posthuma L. and Breure A.M.: Environ. Toxico. Chem., 1998, 17, 2210-2213.
• [44] Markert B.: Sd. Total Environ., 1994, 155, 221-228.
• [45] Duvigneaud P. and Denayer-De Smet S.: Ecol. Stud., 1973, 1, 199-225.
• [46] Ellenberg H., Mayer R. and Schauermann J.: Ökosystemforschung. Ulmer, Stuttgart 1986.
• [47] Likens G.E., Bormann EH., Pierce R.S., Eaton J.S. and Johnson N.M.: Bio-geochemistry of a forested ecosystem. Springer, Heidelberg 1977.
• [48] Kettrup A: Environmental Specimen Banking [In:] Markert B., Breure A and Zechmeister H.: Bioindicators & Biomonitors. Elsevier, Amsterdam 2003, 775-796.
• [49] Wagner G.: Ecoinforma, Bayreuth, 1992, 1-8.
• [50] Klein R: Retrospektive WirkungsJorschung mit lagerfiihigen Umweltproben, [In:] Oehlmann J. and Markert B.: Ökotoxikologie. Ecomed Landsberg, 1999, 285-293.
• [51] Berlin A, Wolff A.H. and Hasegawa Y.: The Use of Biological Specimens for the Assessment of Human Exposure to Environmental Pollutants. Martinus Nijhoff Publishers - The Hague, Boston, London 1979.
• [52] Emons H.: Chemosphere, 1997, 34, 9.
• [53] Lewis RA, Stein N. and Lewis C.W.: Environmental Specimen Banking and Monitoring as Related to Banking. Martinus Nijhoff Publishers, Boston - The Hague, Dordrecht, Lancaster 1984.
• [54] Luepke N.P.: Monitoring Environmental Materials and Specimen Banking, Martinus Nijhoff Publishers - The Hague, Boston, London 1979.
• [55] Rossbach M., Schladot J.D. and Ostapczuk P.: Specimen Banking, Environmental Monitoring and Modern Analytical Approaches. Springer, Berlin 1992.
• [56] Stoeppler M. and Zeisler R: Sci. Total Environ., 1993, 139-140.
• [57] Klein R and Paulus M.: Umweltproben für die Schadstoffana1ytik im Biomonitoring. Gustav Fischer Verlag, Jena, Stuttgart 1995.
• [58] Wuenschmann S., Oehlmann J., Delakowitz B. and Markert B.: UWSF-Z Umweltchem Ökotox, 2001, 13(5),259-265.
• [59] Wuenschmann S., Oehlmann J., Delakowitz B. and Markert 8.: UWSF-Z Umweltchem Ökotox, 2002, 14(2),96-103.
• [60] Markert B. and Weckert V.: Toxicol. Environ. Chem., 1993,40,43-56.
• [61] Sauberer N., Zulka K.P., Abensperg-Traun M., Berg H.M., Bieringer G., Milasowszky N., Moser D., Plutzar C., Storch C., Tröstl R., Zechmeister H.G. and Grabherr G.: Conservation Biology, 2004, 117, 181-190.
• [62] McGarigal K and Marks B.J.: FRAGSTATS: spatial pattern analysis program for quantifying landscape structure. US Forest Service General Technical Report PNV, 1995, 351.
• [63] Moser D., Zechmeister H.G., Plutzar C., Sauberer N. and Grabherr G.: Landscape Ecology, 2002, 17, 33-45.
• [64] Forman R.T. and Godron M.: Landscape Ecology. Wiley & Son, New York 1986.
• [65] Braun A: Agrarökologie im Spannungsfeld des Umweltschutzes. Ulf Pedersen, Braunschweig 1985.
• [66] Nentwig W.: Humanökologie. Springer, Berlin, Heidelberg, New York 1995.
• [67] Schroeder W., Hornsmann I., Pesch R., Schmidt G., Fraenzle S., Wünschmann S., Heidenreich H. and Markert B.: UWSF-Z Umweltchem Ökotox, 2008, 20(1), 62-74.
• [68] Markert B.: J. Trace Elements in Medicine and Biology, 2007, 21, 77-82.
• [69] Fraenzle S., Markert B. and Wuenschmann S.: Environ. Pollut., 2007, 150,23-33.