Ecological theory meets soil ecotoxicology: Challenge and chance

The degradation of soils due to various anthropogenic stress factors is alarming. Although chemicals are a major reason for soil degradation, most ecologists are not interested in studying such effects. We try to wake their interest by addressing a number of unsolved soil ecotoxicological problems that are related to disturbance ecology, biodiversity, ecosystem functioning and modelling. Features distinguishing chemical from natural stress render promising new aspects in disturbance ecology. Ecotoxicological studies are ideal models of disturbance, particularly regarding frequency, intensity or multitude of stress. Patterns of secondary succession after a major chemical damage can directly be related to the intermediate disturbance hypothesis. More knowledge on altered life history patterns following stress could support both evolutionary ecology and risk assessment. We raise the question if inherent resource competition makes communities more vulnerable to stress. Three aspects of ecotoxicological risk assessment are introduced: (1) exposure and bioavailability, which is directly connected to environmental heterogeneity; (2) tests on ecosystem functioning, suffering from major drawbacks; and (3) modelling. Here, promising approaches exist but need substantial input for being applicable to soils. Ecological modelling should put more emphasis on simulating both natural and chemical disturbances, including behavioural aspects and environmental variability. Finally, research needs for ecological risk assessment in soils are derived such as a simple system to assess the impact of chemicals on soil biodiversity, the inclusion of behavioural changes of keystone species or the consideration of density-dependent effects. Common research efforts of basic ecologists and soil ecotoxicologists could render a lot of mutual benefits.

ZusammenfassungDie durch verschiedene anthropogene Stressoren verursachte Degradation von Böden ist erschreckend. Obwohl Chemikalien eine Hauptursache für Bodendegradation sind, interessieren sich die meisten Ökologen nicht für die Untersuchung solcher Effekte. Wir versuchen ihr Interesse zu wecken indem wir eine Reihe ungelöster ökotoxikologischer Probleme aufzeigen, die Bezug zu Störungsökologie, Biodiversität, ökosystemaren Funktionen und Modellierung haben. Eigenschaften, die chemischen von natürlichem Stress abgrenzen.Liefern vielversprechende neue Aspekte für die Störungsökologie. Ökotoxikologische Untersuchungen sind ideale Störungsmodelle, insbesondere was Häufigkeit, Intensität oder Vielfalt der Einwirkungen betrifft. Muster der Sekundärsukzession nach einem größeren chemischen Schaden lassen sich direkt auf die intermediate disturbance hypothesis beziehen. Mehr Wissen zu veränderten Lebensdaten nach Stresseinwirkung wäre sowohl für Evolutionsökologie als auch für die Risikoabschätzung von Nutzen. Wir werfen die Frage auf, ob starke Ressourcenkonkurrenz Gemeinschaften empfindlicher gegenüber Stress macht. Drei Aspekte der ökotoxikologischen Risikoabschätzung werden vorgestellt: (1) Exposition und Bioverfügbarkeit, die in direkter Verbindung zur Umweltheterogenität stehen, (2) Tests zu ökosystemaren Funktionen, die erhebliche Nachteile aufweisen, (3) Modellierung. Hier gibt es vielversprechende Ansätze, die aber noch erheblich erweitert werden müssen um in Böden anwendbar zu sein. Ökologische Modellierung sollte sich vermehrt mit der Simulation sowohl natürlicher als auch chemischer Störungen befassen, einschließlich Verhaltensaspekten und Umweltheterogenität. Schließlich wird Forschungsbedarf für ökologische Risikoabschätzung in Böden abgeleitet, darunter ein einfaches System, um den Einfluss von Chemikalien auf die Biodiversität abzuschätzen, die Einbeziehung von Verhaltensänderungen von Schlüsselarten oder die Heranziehung dichteabhängiger Effekte. Gemeinsame Forschungsanstrengungen von Grundlagen- und anwendungsorientierten Ökologen könnten eine Menge gegenseitigen Nutzens hervorbringen.