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Título: Metal mixture effects related to soils contaminated with copper, nickel and zinc
Autores: Boudreau, Michele
Fecha: 2014
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Health And Environmental Sciences - Environmental Sciences
Descripción: The lack of information about the interaction of metal mixtures in soils encouraged us to improve the knowledge on the toxicity of mixtures of copper (Cu), nickel (Ni), and zinc (Zn). Risk assessors estimate the concentration of trace metals that poses a threat to environmental and human health. But the effects of the metal mixture are not as well understood as individual metals. The overall goal of this thesis is to test the effects of Cu, Ni and Zn in single, binary, and tertiary combinations using barley (Hordeum vulgare). The first objective was to determine the effects concentrations resulting in 50% growth reduction (EC50) for each metal and three soils. This was achieved by conducting ecotoxicity assays where barley's root elongation was used as the endpoint. Four soil replicates were spiked with five increasing concentrations and the spiked soils and a control were leached after 24 h of equilibration. After a 14-day bioassay, plants were harvested and roots were washed and measured. These results were used to generate dose-response curves for each metal and each soil to determine EC50 values. Results showed that the EC50 values were a function of soil properties; St-Bernard soil was found to have the highest EC50 values for the three metals. The Zn EC50 values for the three soils were the highest of the three metals.A second experiment compared the interaction of Cu, Ni and Zn in binary and tertiary mixtures. The concentration additive model and the response additive models are used to predict the toxicity of these metal combinations. The hypothesis is that one of the models will show that the observed toxic response is as predicted, that is to say, additive. Fourteen-day bioassays were conducted where barley seedlings were exposed to spiked soils in the same way as for the dose-response curve experiment. In this experiment, eight different combinations, each with five replicates, were tested. Root elongation was selected as the endpoint and was used for calculating the difference between the observed and the predicted values of the CA and RA models. The CA model predicted antagonistic result for all the combinations tested for the three soils. The RA model predicted synergistic, antagonistic and additive toxic response. Both models proved to have strengths and weaknesses; the strength of the CA model was that it predicted safe metal concentrations for environmental health and the RA model predicted values that were closer to the observed toxic responses. The weakness of the CA model was that the difference between the observed and predicted values was greater than the difference predicted with the RA model; and with the RA model, the prediction resulted in synergistic response that could be detrimental to environmental health.
Le manque d'information au sujet de l'interaction entre les mélanges de métaux et les sols nous a encouragé d'étudier davantage la toxicité du cuivre (Cu), nickel (Ni) et zinc (Zn) lorsqu'ils sont utilisés en combinaisons binaires et tertiaires. Il est souvent nécessaire lors de l'évaluation de risque environnemental d'estimer la concentration des élément-traces constituant une menace potentielle à l'environnement ainsi que sur la santé des humains. Par contre, les effets des mélanges de métaux dans le sol ne sont pas bien connus comparés aux effets des métaux individuels. L'objectif de ce mémoire est de tester la toxicité sur l'orge (Hordeum vulgare) du Cu, Ni et Zn en combinaisons binaires et tertiaires. Le premier objectif était de déterminer la concentration effective résultant d'une réduction de croissance de 50% (EC50) pour chacun des métaux et trois sols étudiés. Cet objectif fut atteint en menant des expériences d'écotoxicité où l'élongation des racines de l'orge fut prise comme point de référence. Les sols furent amendés avec cinq concentrations croissantes de Cu, Ni, ou Zn (quatre réplicas). Ces sols ainsi que le contrôle ont été lessivés après 24 heures d'équilibration. Après des tests biologiques de 14 jours, les plantes ont été récoltées et leurs racines furent ensuite nettoyées et mesurées. Les résultats obtenus furent utilisés afin de générer une courbe dose-réponse pour chacun des métaux et sols. Par la suite, cette courbe nous a permis de déterminer les valeurs EC50. Les résultats montrent que les valeurs EC50 étaient une fonction des propriétés des sols. Des trois sols étudiés, St-Bernard fut le sol ayant les valeurs EC50 les plus élevées. Les valeurs EC50 du Zn pour les trois sols furent les plus élevées des trois métaux étudiés.Une deuxième expérience cherchait à comparer l'interaction du Cu, Ni et Zn dans des mélanges binaires et tertiaires. Afin de déterminer le niveau de toxicité des différentes combinaisons de métaux, deux modèles furent utilisés : le modèle de concentration additive (CA) et le modèle de réponse additive (RA). L'hypothèse suggère qu'un des modèles démontrera que la réponse toxique observée était additive. Comme dans l'expérience qui cherchait à déterminer les courbes de dose-réponse, des tests biologiques d'une durée des 14 jours furent menés où des pousses d'orge ont été exposées aux sols amendés de différentes combinaisons de Cu, Ni, et Zn. Au total huit combinaisons de métaux sont utilisés avec chacun 5 réplicas. L'élongation des racines fut choisie comme point de référence et utilisée pour calculer la différence entre les valeurs prédites et observées provenant des modèles CA et RA. Le modèle CA a prédit des résultats antagonistes pour toutes les combinaisons testées pour les trois sols. Le modèle RA a prédit des réponses toxiques synergiques, antagonistes et additives. Les deux modèles ont chacun leurs forces et faiblesses. La force du modèle CA est qu'il a prédit une concentration de métaux sécuritaire pour l'environnement tandis que la force du modèle RA est de prédire des valeurs plus proches des réponses toxiques observées. La faiblesse du modèle CA est que la différence entre les valeurs prédites et observées est plus élevée que la différence prédite avec le modèle RA. La faiblesse du modèle RA est que sa prédiction a résulté en une réponse synergique qui peut avoir des effets négatifs sur l'environnement.
Idioma: en