Increasing scrutiny on the ecological risk assessment of xenobiotics brings about an increasing demand for refined, higher tier investigations, which evaluate potential effects on aquatic ecosystems at the population or community level of organization. However, the use of test systems such as microcosms and mesocosms meets considerable difficulty in the regulatory context due to unresolved questions related to the design and interpretation of these complex studies and the natural variability of the populations sampled. The present study attempts to make a contribution to resolve these questions. An array of 28 aquatic outdoor microcosms in Stein, Switzerland was available for the investigation. Twelve microcosms were left untreated to investigate the inherent temporal and spatial variability of the test system. The remaining 16 microcosms were subjected to controlled disturbances to assess "natural" (run-off, shadow, turbulence) or xenobiotic (diazinon) effects on the system-inherent variability and to compare these "natural" disturbances to those related to the specific biological activity of a model plant protection product. Key objectives of the investigation were to optimize the design of micrososm studies with a view to minimize errors related to inherent variability and to identify the optimal taxonomic resolution for accurate data interpretation. It was found that the range of system-inherent variability in microcosms was similar to the variability in natural ecosystems and that the variance of population densities was tightly correlated to the mean. Among the non-metric multivariate statistical tools implemented, the Principal Response Curves method (PRC) appeared to be the most comprehensive way of displaying community response, however, the sensitivity critically depended on the selection of an appropriate time-frame for the analysis. Natural variability had a strong impact on the interpretability of the majority of findings, namely for taxa occurring at densities below 10 individuals per litre and those, which were represented in less than 50% of the samples at a given time point. If statistically sound data are needed for particular species occurring at these critical limits, specific sampling and counting strategies should be considered. The grouping of samples according to ´time-windows´ did not increase precision levels in the pertinent study, but may be promising if a more frequent sampling schedule is used. Grouping data at higher taxonomic levels did increase the statistical power of the analysis, in particular for the phytoplankton community. The assessment at higher taxonomic levels can also display changes, which are otherwise not observable. The influence of seasonality and secondary effects must be carefully considered in the interpretation of data from static microcosm systems. A specific follow-up experiment simulating a moderate re-inoculation may be suitable to determine more realistic environmentally acceptable concentrations (EAC) of xenobotics in aquatic ecosystems.     «

Increasing scrutiny on the ecological risk assessment of xenobiotics brings about an increasing demand for refined, higher tier investigations, which evaluate potential effects on aquatic ecosystems at the population or community level of organization. However, the use of test systems such as microcosms and mesocosms meets considerable difficulty in the regulatory context due to unresolved questions related to the design and interpretation of these complex studies and the natural variability of...     »

Die zunehmende Verschärfung von Auflagen zum Nachweis der Umweltverträglichkeit von Fremdstoffen bringt eine zunehmende Nachfrage nach Untersuchungen in aquatischen Systemen auf der Ebene der Populationen und Lebensgemeinschaften mit sich. Im regulatorischen Kontext stösst die Bewertung solcher Mikrokosmos- und Mesokosmos-Studien jedoch auf Schwierigkeiten, da Fragen zum optimalen Aufbau und zur Interpretation dieser komplexen Studien offen sind, die insbesondere die Unterscheidbarkeit von Effekten von der natürlichen Variabilität der untersuchten Populationen betreffen. Die vorliegende Untersuchung leistet einen Beitrag zur Klärung einiger dieser Fragen. Es stand eine Anlage aus insgesamt 28 Mikrokosmen in Stein (Syngenta AG, Schweiz) zur Verfügung. Zwölf dieser Teiche blieben unbehandelt, um die inhärente, zeitliche und räumliche Variabilität des Systems zu untersuchen. Die verbleibenden 16 Teiche wurden kontrollierten Störungen ausgesetzt, um den Einfluss „natürlicher“ (Eintrag von Schwebstoffen, Beschattung, Turbulenz) oder xenobiotischer (Insektizid) Faktoren auf die inhärente Variabilität zu untersuchen, und „natürliche“ Störungen mit solchen zu vergleichen, die auf die spezifische biologische Aktivität einer Modellsubstanz zurückzuführen sind. Zweck der Untersuchung war es insbesondere, einen Beitrag zur Optimierung der Planung solcher Studien zu leisten, indem Wege zur Minimierung möglicher Fehler aufgrund inhärenter Variabilität aufgezeigt werden. Der Einfluss der gewählten taxonomischen Auflösung der Daten auf deren statistische Auswertbarkeit wurde ebenfalls untersucht. Die inhärente Variabilität der untersuchten Mikrokosmen bewegte sich im Rahmen der Variabilität, die auch für natürliche Systeme berichtet wird, wobei die Varianz der beobachteten Populationsdichten eng mit deren Mittelwert korreliert war. Unter den angewandten nicht-metrischen, multivariaten statistischen Methoden erschien die Methode der „Principal Response Curves“ (PRC) als besonders gut geeignet, Effekte auf Lebensgemeinschaften darzustellen, wobei allerdings die Sensitivität der Analyse stark von der Auswahl eines geeigneten Zeitrahmens abhing. Die natürliche Variabilität beeinflusste die Interpretierbarkeit der Ergebnisse stark, vor allem für Taxa, deren Abundanz unter 10 Individuen pro Liter lag und solchen, die in weniger als der Hälfte der entnommenen Proben gefunden wurden. Für Spezies mit Abundanzen in diesem kritischen Bereich, sollten spezifische Probenahme-Strategien angewendet werden, um statistisch zuverlässige Daten zu erhalten. Die Gruppierung von Daten aus einzelnen Probenahmen in grössere Zeitfenster hatte im vorliegenden Fall keinen Einfluss auf die Präzision der Analysen, könnte sich aber als sinnvoll erweisen, wenn häufigere Probenahmen verfügbar sind. Dagegen beeinflusste eine Gruppierung der Funde auf höherer taxonomischer Ebene die statistische Auswertung vor allem des Phytoplanktons erheblich. Die Betrachtung höherer taxonomischer Ebenen kann in manchen Fällen Veränderungen deutlich machen, die sonst unbeobachtet bleiben. Die kritische Betrachtung der Ergebnisse unter ökologischen Gesichtspunkten ist zur sinnvollen Interpretation statischer Mikrokosmen-Versuche unabdingbar, da saisonale und sekundäre Veränderungen auftreten. Zur endgültigen Bestimmung ökologisch verträglicher Eintragsgrenzen kann es notwendig werden, in einem Nachfolge-Experiment auch moderate Re-inokulationen zu untersuchen.     «

Die zunehmende Verschärfung von Auflagen zum Nachweis der Umweltverträglichkeit von Fremdstoffen bringt eine zunehmende Nachfrage nach Untersuchungen in aquatischen Systemen auf der Ebene der Populationen und Lebensgemeinschaften mit sich. Im regulatorischen Kontext stösst die Bewertung solcher Mikrokosmos- und Mesokosmos-Studien jedoch auf Schwierigkeiten, da Fragen zum optimalen Aufbau und zur Interpretation dieser komplexen Studien offen sind, die insbesondere die Unterscheidbarkeit von Effek...     »