Ökotoxikologische Wirkungsabschätzung

Modelle und Methoden Okotoxikologie Modelle und Methoden Okotoxikologische Wirkungsabschitzung oo Das Problem der Extrapolation auf Okosysteme A priori Annahmen und Ungewif~heiten Karin Mathes Universitat Bremen, Zentrum fiir Umweltforschung und Umwelttechnologie, Postfach 330440, D-28334 Bremen Zusammenfassung Um die Umweltgefahrlichkeit einer Chemikalie prospektiv beurteilen zu k6nnen, sind sowohl hinsichtlich der Exposition als auch hinsichtlich der Wirkung Extrapolationen fiir die Ebene des Okosystems erforderlich. Im Bereich der Wirkungsabschatzung stehen hierzu drei verschiedene Modelltypen zur Verfiigung: die Quotientenmethode, die Verteilungsmethode und die Methode der Computersimulation. Es werden die for den Wirkungsaspekt zugrundegelegten Prinzipien beschrieben und die dahinter stehenden Annahmen mit dem Ziel diskutiert, verschiedene Kategorien von Unsicherheiten bzw. Ungewiflheiten abzugrenzen. Sie reichen yon solchen, die sich aus der Ausblendung bekannter, aber nicht quantifizierbarer Einfluf~gr6f~enwie Kombinationswirkungen ergeben, fiber solche, die aus unrealistischen oder nicht validierten Annahmen resultieren, bis hin zu solchen, die aus den Charakteristika yon Okosystemen selbst ableitbar sin& Diejenigen Risiken, die sich aus der begrenzten Vorhersagbarkeit 6kologischer Zusammenhfinge und dernur partiellen Kenntnis der Gesamtheit der Wirkungsbeziehungen ergeben, sollten in Zukunft rechtlich-administrativ starker Beriicksichrigung finden. Vorschliige zur Realisierung eines am Vorsorgeprinzip orientierten Umgangs sowohl in Hinblick auf administrative Entscheidungsstrategien als auch die Rechtskonzeption werden vorgestellt. Schlagw6rter: Computersimulation; Extrapolationsmodell; Okosystem; Okotoxikologie; 6kotoxikologische Modelle; Prognose; Quotientenmethode; Risikoabschatzung; Ungewif~heit;Verteilungsmethode; Vorsorgeprinzip; Wirkungsabschatzung Abstract Ecotoxicological Effect Assessment The Problem of Extrapolation to Ecosystems: A priori Assumptions and Uncertainties Extrapolation is one of the most severe problems in ecotoxicological risk assessment. The protection of the environment requires the prediction of exposure to the ecosystem as well as the resulting changes in structural and functional properties. Three types of extrapolation models for effect assessment are discussed: ratio tests, empirical statistical models and the computer simulation of mathematical models. It has been demonstrated that the extrapolations used to regulate the release of chemicals into the environment are not supported scientifically.Aside from unrealistic or invalidated assumptions, problems are seen to result from the irreducible uncertainties inherent in the prediction of such ecological effects. Keeping precautionary principles in mind, some consequences concerning UWSF - Z. Umweltchem. Okotox. 9 (1) 1%23 (1997) © ecomed vertagsgesellschaft AG & Co.KG Landsberg the decision-making processes in pre or post-marketing regulation as well as the legal aspects of such processes are introduced. Keywords: Computer simulation; extrapolation model; ecosystems; ecotoxicology; ecotoxicological models; prognosis; effect assessment; empirical statistical model; precaution principle; risk assessment; uncertainties 1 Einfiihrungund Problemstellung Die Giite der im Rahmen der staatlichen Chemikalienkontrolle d u r c h z u f i i h r e n d e n 6 k o t o x i k o l o g i s c h e n R i s i k o a b sch/itzung ist eng mit dem U b e r t r a g b a r k e i t s p r o b l e m verknfipft: Wenn die Frage nach der Umweltgeffihrlichkeit einer Chemikalie gestellt wird, sind u.a. Absch~itzungen fiJr die Organisationsebene des Okosystems erforderlich. Er6rterungen zum Schutzgut N a t u r h a u s h a l t / U m w e l t belegen aus rechtlicher (WINTER 1995) und aus naturwissenschaftlich-6kologischer Sicht (SRU 1987, WEIDEMANN und MATHES 1991), daf~ das Okosystem zumindest einen wichtigen Aspekt des Schutzgutes abbildet. A n n a h m e n und Modelle mittels derer die erforderlichen Absch~tzungen vorgenommen werden, bauen darauf auf, eine Umweltgef~ihrlichkeit dann anzunehmen, wenn die zu erwartende Exposition in die N~he der W i r k k o n z e n t r a t i o n r 6 c k t ( O E C D 1989, SCHON 1991). Um die Umweltgef~ihrlichkeit beurteilen zu k6nnen, sind sowohl hinsichtlich der Exposition als auch hinsichtlich der W i r k u n g Extrapolationen yon bekannten Verh~iltnissen auf unbekannte erforderlich. Aufgrund vereinfachter und d a m i t in ihrer Komplexit~it reduzierter Versuchsansfitze miissen Aussagen fiir reale Okosysteme getroffen werden. Ein zus~itzliches P r o b l e m besteht darin, daf~ in Okosystemen immer mit K o m b i n a t i o n s w i r k u n g e n verschiedener Chemikalien zu rechnen ist. Hierdurch wird die P r o g n o s e m 6 g l i c h k e i t zusStzlich erschwert. Bei ca. 100 000 N o x e n , die in die Umwelt gelangen, sind ,,nahezu unendlich" viele Kombinationen m6glich. Selbst wenn man von jedem Gemisch wiif~te wie es wirkt, diirfte auch schon 17 ()kotoxikologie eine Abschfitzung, was wo in welchen Mengen zusammentrifft, mit enormen Unsicherheiten verbunden sein. So heif~t es in einer 1990 im Auftrag der EG durchgefiihrten Studie zu den Stoffen der Liste I der EG-Richtlinie 76/464/EWG (EURECO 1990): ,,Ein wichtiger Teil der Arbeit war die Priifung der Informationen zu Produktionsmengen und Produktionsstiitten. Zwar konnte der in- und ausliindischen Literatur, den Berichten der internen Gutachten fiir die meisten Stoffe Angaben entnommen werden, doch waren diese widerspriichlich, veraltet/iiberholt oder es fehlte jegliche Angabe, ob es sich um Produktions- oder Kapazitdtsdaten handelt bzw. aus welchem Jahr die Angabe stammt. Insofern muflten umfangreiche Nachforschungen bei den nationalen Chemieverbdnden, teilweise bei den einzelnen Unternehmen unternommen werden. Die Ergebnisse dieser Nachforschungen weisen eindeutig darauf bin, daft Produktionsdaten aus der europdischen Chemieindustrie groflen Fluktuationen unterliegen, so daft die in welcher Literatur auch immer zu findenden Angaben allenfalls eine allgemeine Vorstellung zu der mengenmiifligen Bedeutung des Stoffes vermitteln k6nnen." Mit Expositionsabschfitzungen, insbesondere diffuser Eintr/ige, und mit Kombinationswirkungen verbundene Ungewif~heiten werden im Rahmen der administrativen Chemikalienkontrolle ebenso wenig beriicksichtigt, wie diejenige Ungewit~heit, die aus unrealistischen oder nicht validierten Annahmen resultiert. Anhand der Modelle zur Wirkungsabsch~itzung sollen deren a priori-Annahmen dargestellt und diskutiert sowie die daraus ableitbaren Konsequenzen skizziert werden. Es werden nicht experimentelle Extrapolationsmethoden wie Mikro- und Mesokosmen, sondern theoretische Modelle er6rtert. Im Zentrum stehen dabei ihre jeweiligen Grenzen, mit dem Ziel, die Notwendigkeit verwaltungsstrategischer und rechtlicher Modifikationen zu motivieren. 2 Extrapolationsmodelle 2.1 Die Quotientenmethode Das am h~iuf (...truncated)