New Toxicological Approaches for Establishing Safer Water Quality Criteria

Abstract

The most common form of entry of xenobiotics into the aquatic environment is by intermittent pulse. Some pulse discharges result directly from man’s agricultural and industrial activities such as periodic applications of larvicides and industrial spills. Others are more indirect and are associated with naturally occurring periodic events such as the spring run-off of contaminated melt waters and the spring or fall turnover of previously separated water bodies. All of these can result in a short-term exposure of aquatic organisms to compounds that are not present on a day-to-day basis. The most sensitive indicators of toxicant impact to fish are usually reproduction and embryo/larval survival, both of which are often closely associated in time with pulse events. The majority of toxicological research, however, is done under conditions of continuous toxicant exposure using juvenile/adult animals. Accordingly, most water quality criteria are derived from data obtained during continuous exposure experiments. Based on recent work, it is felt that intermittent exposure of fish to low levels of pesticides such as methoxychlor may be partly responsible for the decline of fish populations. It is recommended that future research include work on the effects of pulse administered xenobiotics on fish, using the embryo/larval life stages for determining acute effects, and undertaking life-cycle studies to assess chronic effects. Since differences in toxicity can be extremely large between species at the embryo/larval life stages, two methodologies are suggested. The first is to predetermine selected "target" species of value, and establish water quality criteria based on that species. The second more flexible approach is to experimentally determine species application factors using embryo/larval fish, life-cycle studies and "type" toxicants. If species-specific impact can be predicted from "type" toxicants, water quality criteria can be established based on the most sensitive or most valuable indicator species, depending on the type and level of protection desired. These criteria would be based on temporal as well as concentration values, and would raise the level of realistic protection.

Les éléments xénobiotiques pénètrent le plus souvent dans les cours d’eau par flux intermittents. L’agriculture et l’industrie, l’une par l’application périodique de larvicides et l’autre par le déversement de contaminants, sont directement responsables de l’introduction de certains de ces éléments. De plus, on ne saurait ignorer la pollution indirecte provenant d’événements naturels périodiques tels que le ruissellement printanier au moment de la fonte des neiges ou l’écoulement automnal de masses d’eau distinctes. Ces incidents exposent périodiquement les organismes aquatiques à des combinaisons d’éléments qui ne sont pas normalement présentes dans l’eau.La reproduction et la survie embryolarvaire, étroitement associées à ces incidences temporelles, représentent habituellement l’indicateur le plus sensible de l’impact d’un élément toxique sur les poissons. Toutefois, la recherche en toxicologie s’effectue en majeure partie sur des sujets jeunes et adultes exposées de façon continue aux éléments toxiques. Les critères relatifs à la qualité de l’eau sont aussi établis dans les mêmes conditions. Néanmoins, des travaux récents ont démontré qu’une exposition intermittente des poissons à de faibles niveaux de pesticides, tels que le méthoxychlore, pouvait être partiellement responsable de la diminution de la densité de leurs populations. Les recherches futures devraient comporter des travaux relatifs aux effets sur les poissons de l’administration intermittente d’éléments xénobiotiques; les effets les plus néfastes apparaîtront au stade embryolarvaire et l’étude de leur cycle de vie permettra d’en mesurer la toxicité chronique. Étant donné que le niveau de toxicité peut différer grandement entre des espèces au stade embryolarvaire, les chercheurs pourraient procéder de deux façons. La première consisterait à choisir à l’avance une espèce-cible et à établir les critères relatifs à la qualité de l’eau à partirde cette espèce. La seconde, plus flexible, consisterait à déterminer, au moyen d’expériences scientifiques, des facteurs applicables à toutes les espèces en étudiant le stade embryolarvaire et le cycle de vie des poissons, de même que les produits toxiques les plus fréquemment rencontrés dans l’eau. Si on arrivait à prévoir l’impactde ces produits sur des espèces spécifiques, il s’agirait alors d’établir les critères relatifs à la qualité de l’eau à partir des espècescibles les plus sensibles ou les plus valables, selon le degré de protection désiré. Ces critères seraient par conséquent fondés autant sur des concentrations temporaires que continues et la protection atteindrait alors une niveau plus réaliste.