Transport av kadmium frfln vflxter till insekteri en terrester miljtiLARS LINDOVIST

Inledning

Ka d miumn e dfa ll dve r Sv e ri ge

Kadmium dr en metall, vars industriella betydelsedkat under de senaste 20 iren. Av det kadmiumsom produceras kommer endast en mycket litendcl frdn dtervinning. Silunda hamnar i stort settallt kadmium pa avfallsupplag cller sprids i miljon.Det foljer sedan med vattnct i dess kretslopp mothavet, ivars depositionsbottnar det slutligen stan-nar. Vigen dit ar dock mycket ling. Det kan dess-forinnan ligga bundet i jordar i hundratals Ar(Anon. 1987).

I Svcrige sprids kadmium, bide till luft och vat-ten, till stor delfrAn gruv- och mctallindustri. Sop-forbriinning bidrar Aven mcd relativt stora utslapptill luft. Dessa punktutslipp ger ofta en forhtijdkadmiumbelastning i kiillans niiromride. De bi-drar iivcn till en l6ngviiga spridning av luftburetkadmium. Nedfall av sadant kadmium, till stor delfrin utliindska kiillor, utgdr dct storsta kadmium-tillskottet till miljon iSverige, Arligen deponerasca 20 ton kadmium. mest over Gdtaland och minstiivcr Norrland (Ross 1986). Hur detta stora kad-miumtillskott piverkar och sprids i levande orga-nismer dr endast fragmentariskt klarlagt.

Lindqvisi. L.: Transport av kadmium fr6n viixter till insekter i en terrester miljd. [Transponof cadmium from herbs to insects in a terrestrial environment.l - Ent. Tidskr. 109: I l9-122.Umei. Sweden 1988. ISSN 0013-886x.

Cadmium contents were analyscd in l4 herb species and in adults ofsix insect species, one alsoas larvae, from two central Swedish sites with equal cadmium burdens. The cadmium concen-trations of hcrbivorous insects were about twice as high as those recorded from herbs. In cami-vorous insccts the cadmium concentrations were still higher. These results indicate that cadmi-um is biumagnified in the food-chain herbs - herbivorous insects - carnivorous insects.

L. Lindqvist, Dept. oJ Zoophysiology, P.O. Box 560, S-751 22 Uppsala, Sweden.

'[ransport friin mark till vijxter

Kiinsligheten for kadmium varierar mellan olikaorganismer, men det iir giftigt frir alla. Vilken ef-fekt det har pi en organism dr inte enbart beroen-de av totalhalten kadmium i den miljo organismenIever i, utan i htig grad dven av kadmiums kemiskaform. I jorden fdreligger kadmium dels som friajoner l<ista i markvatskan, dels i form av hydroxi-dcr. adsorberat till partiklar eller organiskt mate-rial. Hur stor del kadmium som ir bundet dr bero-ende av jordarten. Excmpelvis har lerjordar ochjordar rika pi organiskt material storre formigaatt binda kadmium iin sandjordar (Poelstra et al,1979). Vidare har faktorer sisom markens vatten-omsettning och markvatskans pH stor inverkan pikadmiums loslighet (Anon. 1987). Endast detkadmium som ir lost i markvltskan ar tillgangligtfor vaxter. Vid iikad forsurning av marken tikarandelen ldst kadmium ijorden. Det fer till fdljd attforutom en okad tillganglighet av kadmium forvaxtrotter, kommer kadmium istdrre utstrack-ning att lakas ur de tivre jordlagren och transpor-teras till djupare lager ddr dct fllls ut.

Vextrotter tar laitt upp fria kadmiumjoner urmarkvitskan. Olika vaxtarter tar dock upp kadmi-

12\l Lars Lindqt'ist

um i olika grad (Maclcan 1975). Endast en be-grAnsad del av detta kadmium transporters tillvixtens ovanjordiska delar. Rritterna har diirfcirhdgre kadmiumhalt an stam och blad (Jarvis et al.

1976, Balsberg Pihlsson 191i5). Forutom upptagfrin jorden pivcrkas vaxternas halter dirckt av

kadmiumnedfall frin luften. Kadmium kan kom-ma in genom bladens kutikula och tas upp dirckt(l-ittle 1973). Enligt Ilovmand et al. (1983) kandetta upptag utgdra 2H0 7o av totala kadmium-mingden i bladen. Tentlcnscr tillhogre kadmium-halter i blad hos ortcr jemfiirt med trad har iaktta-gits (Martin et al- 19t32. Balsberg Pihlsson 1985).

Kadmiumupptag i lundlevunde djur

VaxtAtande djur fir i sig kadmium med ftjdan ellervia medfdljande jordpartiklar. Det senarc gziller

framf<ir allt djur som bctar niira markcn, t ex ha-

re. Jord har vanligcn hdgre kadmiumhalt dn vix-ter (Thornton & Ahrahams 1981). Diiggdjur ochfilglar ackr.rmule rar mctallen di deras kadmiumut-sondring ar mycket lingsam (Nyholm 1985).I-'ramst upplagras kadmium injure och leve r. mcniiven i muskulatur. Rovlevandc ddggdjur och fdg-lar riskerar att fa hoga dossr kadmium da detta

upplagras imjukdelar. till skillnad fr6n de flestaandra metaller. vilka upplagras iben eller hlr.Bcn och hir smdlts cj i nagon storre grad, utan av-gcs med spillning eller spybollar (Nyholm 1985).

Om kadmium Aven dverfdrs frin viixter tillviixtatande evertebrater, frimst insekter, och vi-dare till insektiitande daggdjur och figlar iir inteutrett i samma grad. Det ar lafi att ftjrbisc insek-terna som vaxtAlare och ddrmed deras bctvdclscf<ir kadmiums transport i nlringskedjor. PA grundav sin hoga numerAr kan dock deras konsumtionav vaxter myckct vil (ivcrstiga diiggdjurens. ln-sckternas sdmrc f(irnriga att tillgodogora sig fo-dans energiinnclrbll kompenseras av ett hdgre f6-dointag (Price 1975).

Studier av kadmiumupptag hos insekter har cn-dast gjorts iett fetal fall. Van Hook & Yatcs(1975) fann ingen ackumulering av kadmium vidlaboratoriefdrsok metl grishoppor och spindlar.Maroni & Watson (1985) daremot fann att larverav bananfluga kvarhiill 80 7. av fridans kadmium.Gcnom jdmlrirandc fAltstudier av kadmiumhalterivextAtande och rovlevande insekter, fann Ro-berts & Johnson ( 1971J) hogre halter i de rovlevan-de insekterna. De skilde dock inte pi haltcr icn-skilda aner. Dessutom har grisuggor. cn annan

oo)1Ea.E

o(u:z

Fig. l. Kadmiumhalter i vaxtcr fren Knivsta (ofyllda staplar) och Borliinge {fyllda staplar).

Cadnrium concentrations in herbs from Knivsta (whilc hars) and Borliinge (filled bars). central Sweden.

lctldjursgrupp. visat sig ackumulcra kadmium(Martin et al. 1976, Williamson 1979). eventuclltpa grund av sitt stora hchov av kalcium. som ke-miskt liknar kadmium.

Maierial och meloder

Fdr att undersdka i vilken grad kadmium overfors.jamfordes halter i vaxter med halter i insekter. Frjrpr()vtagningen valdes tvri lokaler med likartadviixtlighct. Dcn ena lokalcn ir beliigen i Uppland.4 km siider om Knivsta samhillc och den andra i

Dalarna. 4 km norr om Borlingc. Under juni ochjuli 19t17 insamlades l4 allmint torekommanderirter och griis pi de tvl lokalerna. Vidare insamla-des 6 insektsarter. varav cn art iiven som larv. Avviixterna insamlades fem exemplar g,a bida loka-lerna. Frin varje insamlad vixt togs sedan samtli-ga blad och frystorkades. Dessa samlingsproveranalyserades sedan. Av insekterna insamlades 30-60 individer av varje art till samlingsprover vilkaanalyserades. Analyserna gjordes med atomab-sorptionsspcktrofotometri med flamma. Bidcviixtcr och insekter uppl0s(cs mcd konc. salpeter-svra och vdteperoxid cnligt svensk standard SS 02

t tt7.

Resultat

Samtliga halter idenna undcrsrikning avser pgkadmium per g torrvikt. Viixternas kadmiumhal-ter redovisas i Fig. 1. De varierade mellan 0,19 och0.67 p.glg i Knivsta och mellan 0,i0 och 0.90 pglgi Borldnge. Mellan de bida lokalerna forelAg ingastrirre skillnader. I genomsnitt var vdxternas kad-miumhalter 0,37 pgig (SD 0,13) i Knivsta och 0,35pdg (SD 0.18) i Borliinge, Lokalerna testadesmot varandra med Wilcoxon signed rank test.lngcn signifikant skillnad fcircltg.

Inscktcrnas kadmiumhalter. som redovisas i

Fig. 2, skilde sig inte heller signifikant mellan detvA lokalerna enligt samma test. Ddremot var degcnomgiende hOgre dn vaxternas. I synnerhet denrovlcvandc mj ukbaggcn Cantharis pellucida Fabr.och den asatande skorpionsliindan Panorpa com-nwtis L. hade hoga kadmiumhaltcr.

Diskussion

Bida Iokalerna iir att betrakta som opiverkade avlokala spridningskiillor for kadmium. Vaxternas

Trartsport at' kadnrium frdn viixter till insekter l7-l

Fig.2. Kadmiumhaltcr iinsektcr frdn Knivsta (rfylldasraplar) och Borlangc (fyllda staplar).

Cadmium concentrations in insects from Knivsta (whilebars) and Borld.nge (filled bars). central Sweden.

kadmiumhalter liggcr pa cn ftir Sverige normal ni-vi (Anon. 1987, Balsbcrg Pihlsson 1985). Nigontcndcns till h<igre cller lligrc halter i olika taxono-rniska grupper av vdxtcr har ej iakttagits. Inte hel-ler har negot samband mellan v:ixternas vattenbe-hov och kadmiumhalter kunnat upptackas. Atthalterna ien art kan variera mellan de tvi lokaler-na kan troligen tillskrivas det faktum att markfor-hdllandena pi de tvi lokalerna inte ar helt likarta-de.

Dolerus nigratus (Miiller) Ar en bladstekel vars

larver lever av olika griisarter (Muche 1969). Donadulta stekeln iir kortlivad och det ir oklart omden intar nAgon foda. Vid jrimforelse av kadmi-umhalterna i larver av I). nigratus med halterna igrzis, finner man att larver har ca dubbelt si hogahaltcr. Detta tyder pi att larverna ackumulerarkadmium. De adulta steklarna har haltersom fogaawiker frin larvernas. Det skall dock noteras attdessa ir en generation aldre in de Iarver med vilkade jiimfors och situnda var larver iret innan, var-fcir direkta jdmforelser skall goras med forsiktig-hct.

Angsstinkflyct .it enodema laevigatam L. har tillskillnad frin D. nigratus otullstiindig utvecklingmed nymfstadier vilka har samma levnadssatt somde adulta individerna. Aven denna insekt lever avgras, men till skillnad ften D. nigratus sugcr dcnendast vaxtsaft och riter inget av vdvnaderna hosgriiset (Kullenberg 1944). Kadmium ar i vextcrmcstadels bundet till ccllviiggar och protciner( Balsberg PAhlsson l9tt5). 'fiinkbart ar att insektersom suger vaxtsaft far en l6gre dos kadmium, di

oof.

E.E

!,d:z

122 Lars Lindqt,ist

koncentrationen i vdxtsaften sannolikt ar lagrc ani vaxtens vavnad. Resultaten av denna studie visardock inte att S. loevigotu,n har ldgre kadmiumhaltdn de insekter som dter vaxtens vavnad. Samma drforhillandet med birfisen Dolycoris baccarum L. ,

som aven den suger vaxtsafr. Till skillnad frin S.

laevigarum stger den inte pi griis, utan pi allehan-da orter (Butler 1923).

Den rovlevande (Chincry 1976) mjukbaggcn C.

pellut:idu och den as:itandc (Tjeder 1951) skor-pionslzindan P. r'omrnunis har dubbelt si h<iga

kadmiumhalter som dc viixtiitande insekterna.Aven Roberts & Johnson ( l97tt) fann hdgre halteri rovlevande insekter. En mellanstilllning intarskogskackerlackan Ectobius lapponicus L., somlever av ddtt organiskt material. fremst fren vaxtermen aven animaliskt (Landin 1967). bidc somnymf och adult.

I vilken utstrdckning insektcr tar upp kadmiurnur fddan ir inte klarlagt. rncn en fingervisning fisge nom cn jdmfrirelse av kadmiumhalterna i de ly-ra undersdkta grasarterna med halten ispillningfrin Dolerus-larverna. Dc undersokta larvernavar till stdrsta delen D. nigratus, men iiven en rela-tivt stor del D. gonager ingick. liksom ett fetal avnegra andra Dolerus-arter . AIla var dock griis;ita-re. I genomsnitt hade de fyra grdsarterna0,46 p.!gi Knivsta och 0,36 i Borlinge. Detta kan jimftirasmed de halter som uppmatts i larvernas spillning.vilka var 0,59 och 0.41 p.glg i Knivsta resp Bor-liingc. Di cn del av fodan absorberas av larven, irjiimlorclser mellan kadmiumhaltcrna i griis och i

larvcrnas spillning svera att gora. Troligen absor-hcras dock endast en mindrc dcl av fodans kadmi-um. Hos diiggdjur absorberas bara 5 ?'o.

I)iiggdjur och faglar har svArt atr utsondra kad-rnium p g a dess f6rmiga att hirt bindas till prote-iner. Eftersom kadmiumhalterna hos insekterna idenna undersOkning civerlag ar hOgre ln hos dcvexter som de iiter, indikerar detta att aven insek-ter har svirt att utsondra kadmium. Detta styrksav att halterna var h(igrc irovlevande dn iv:ixt-dtande insckter. lnscktcrnas ftirhrijda halter fiirsvidarc till insektdtande diiggdjur och figlar. Didessa dessutom har en snabb amnesomsattningoch diirmed ett stort naringsbehov. riskerar de attfi hoga kadmiumhalter. Hos ndbbmoss har hcigahalter uppmdtts i lever och njure i omrAdcn vilkaej dr onormalt kadmiumbr:lastade (Nyholm 19t15).

I lcvcr av nAgra insektiitande figlar (njure ej un-dersokt) var dock kadmiumhalterna ej anmirk-ningsvert hriga (Nyholm 1985).

LittemtulAnon.. 1987. Kadmium imiljirn. -SNV Rapport 3317.Balsbcrg Pihlsson, A. M. 1985. Effekter av kadmium

och koppar pl vixter. - SNV PM 1996.Butler. E. A. 1923. A biology of the British Hemiptera-

Heteroptera. London (Witherby).Chinery, M. 1976. Noldeuropas insekter. Stockholm

(Bonniers).Hovmand. M. F., Tjcll,J. C. & Mosbaek. H. 1983. Plant

uptake of airborne cadmium. - Environ. Pollut.(Ser. A) 30: 27-38.

Jarvis. S- C.,Jones. L. H. P. & Hopper. M. J. 1976. Cad-mium uptake from solutions bv plants and its trans-port from roots to shoots. - Plant and Soil 14: 179191 .

Kullcnberg, B. I 94.1. S tudieo uber die B iologie der Cap-siden. Uppsala (Almqvist & Wiksell).

Landin. B.-O. 1967. Filtfauna. Insekter L Stockholm(Natur & Kultur).

t-itrle. P. 1973. A study of heavv metal concenrrarion ofleaf surfaces. Environ. Pollut.5: 159-172.

Maclean, A. J. 1975. Cadmium in different plant spe-cies. Can. J. Soil. Sci.56; 129-138.

Maroni, G. & Watson, D. 1985. Uptake and binding ofcadmium, coppcr and zinc by Drosophila melanogas-ter laryae . - [nsect. Biochem. 15: 55-63.

Martin, M. H., Coughtrey, P. J. & Young, E. W. 1976.Ohservations on the availability of lead, zinc andcadmium by the woodlouse Oniscus asellus. -Chemosphere 5: 3 l3-3 I tl.

Martin. M. H.. Duncan, E. M. & Coughtrey. P. J. l9li2.The distribution of heavv metals in a contaminatedwoodland ccosvstcm. - Environ. Pollut. (Scr. B) 3:t47-157.

Muchc. W. H. 1969. Dic Blattwespen Deurschlands I[.Entomol. A bh. .16. suppl. II.

Nyholm, E. I985. Metaller i diiggdjur och figlar. - SNVPM 1986.

Poelstra, P., Frissel. M, J. & El-Bassam N. 1979. lrans-port and accumulation of Cd ions in soils and plants.

Z. Pflanzenernaerhr. Bodenkd. 142; 848-864.Price , W. P. 1975. Inscct ccology. New York (Wile v &

Sons).Roberts. R. D. & Johnson. M. S. 1978. Dispersal of

heavy mctals from ahandoned mine workings andtheir Iransference rhrough terrestrial food chains. -Environ. Pollut. 16: 29+ 3ltJ.

Ross. H. B. 19t16. 'I race metals in the atmosphere. Dok-toISavhandling, Meteorologiska institutionen vidStockholms universitet.

Thornton, I. & Abrahams, P. 1981. Soil ingestion as apathwav of metal irtak{,} into grazing livcstock. - ln:Proc- 3rd Intern. Conf. of heavv metals in the cnvi-ronment. Amstcrdam 272-27 6.

Tjeder, B. l9-51. Svensk inscktfauna 14. Entomologiskaf<ireningen. Stockholm.

Van Hook, R. L & Yatss, A. J. 1975. Transicnt beha-vior ol cadmium in a grassland arthropod food chain.- Environm. Res. 9: 7G{i3.

Williamson, P. 1979. C'omparison of metal levels in in-vertebrate detrivores and their natural diets: Con-centration factors reassaed. -Oecol. (Berlin) 44: 75-79.