Overvåkingsmetoder - prosjekttittel
	Utredning om prøvetakingsrutiner for persistente miljøgifter i arktiske sjøfugl og pattedyr
Koordinerende institusjon
	Norsk Polarinstitutt
Sluttrapport
	Bare på engelsk - se her
Sammendrag og resultater
	Prosjektsammendrag (bare på engelsk) During the 1990s, persistent organic pollutants have been quantified in hundreds of samples collected from polar bears Ursus maritimus and glaucous gulls Larus hyperboreus in the Norwegian Arctic. Based on an overall objective to detect temporal changes in pollutant loads, the primary objective of the present report is to give advice on alternative strategies for continued sampling. Special attention was given to statistical power as a measure of the performance of a monitoring programme. In the polar bear dataset, the abundant PCB-congener PCB-153 was less variable in plasma than in blood cells or subcutaneous fat. Therefore, we suggest that blood plasma may be a preferable sample type for monitoring. Significant associations were found between concentrations of PCB-153 in polar bear plasma and reproductive status, sampling location, sampling season, and nutritional condition. A statistical model was used to adjust for the influence of these confounding variables. Using the adjusted data, we found that PCB 153 decreased significantly in polar bear plasma from Svalbard during the 1990s. Furthermore, the within-year and between-year variation in the polar bear data for PCB-153 were used to estimate statistical power of various sampling regimes. Due to random variation between years, we found it unlikely to make significant findings on temporal trends with less than 7-8 years of sampling. About 15 years of sampling are needed to be >90% sure to detect a trend with an average change rate of 5% per year. For the glaucous gull, the different possible sample types were compared and the merits of repeated sampling on the same individuals were also discussed. For monitoring of temporal trends in glaucous gulls, we recommend the use of eggs samples. Both the polar bear and the glaucous gull results indicate that long-term dedicated effort is crucial for successful monitoring. "Dedicated effort" implies that the basic requirement in all monitoring, i.e. to get a fixed number of similar samples from the same location/colony at regular time intervals, must not be relaxed in order to accommodate other research objectives. Oppnådde faglige resultater Målsetting 1: Undersøke og sammenligne variabiliteten for forskjellige prøvetyper fra isbjørn og polarmåke (f. eks. blodprøver vs. fettprøver). For isbjørn er PCB 153 brukt som utgangspunkt for vurderingene som er gjort. PCB-153 er den PCB-kongeneren med høyest konsentrasjoner, og mengdene er sterkt korrelerte med sum PCB. Ut fra sammenligning av varians i forskjellige prøvetyper ble det funnet at plasma var mer stabile enn verdiene i blodceller og underhudsfett. Melkefett viste like god stabilitet, men de åpenbare begrensningene i tilgjengelighet begrenser nytteverdien av denne prøvetypen. For polarmåke ble erfaringer med forskjellige prøvetyper vurdert, og det ble konkludert med at egg er lettest tilgjengelig og at prøver fra egg gir verdier som er mindre sårbare for påvirkning av utenforstående faktorer. Det er imidlertid ekstremt viktig at eggene tas fra nøyaktig samme koloni ved hver prøvetaking, og ikke bare fra en koloni i umiddelbar nærhet. Egg fanger ikke opp høye verdier i hannfugler, men dette bør ikke ha betydning hvis målsettingen er å overvåke for å påvise endringer over tid. Målsetting 2: Utrede konsekvensene av forskjellige prøvetakingsregimer (antall prøver per år, antall år med prøvetaking, forskjellige prøvetyper, gjentatte prøver fra samme individ) for isbjørn og polarmåke ut fra variasjonen i eksisterende materiale. For isbjørn er det vist grafisk hvordan statistisk "power" utvikler seg over tid ved forskjellige realistiske nivå av tilfeldig variasjon mellom år; ved forskjellige realistiske nivå av variasjon innen år; ved forskjellige utvalgsstørrelser per år, og ved prøvetaking annet hvert år i forhold til hvert år. Tilfeldige variasjoner i PCB-nivå mellom år gjør det helt usannsynlig å kunne påvise klare endringer over tid før det er gått minst 7-8 år, forutsatt at den reelle gjennomsnittlige endringen er rundt 5% per år. Ut fra antagelser om tilfeldige variasjonen mellom individer og mellom år, og med et prøvetall på 20 per år, anslår vi at det vil gå rundt 14 år før man kan være 90% sikre på at en 5% per års endringsrate kan påvises med statistisk signifikans. Den eneste måten å kompensere for problemet med tilfeldig variasjon mellom år er å ta prøver i tilstrekkelig antall år. Det hjelper altså ikke å ta et stort antall prøver hver sesong. Gevinsten av hver ekstra prøve synker raskt når antall per år overstiger 20. Et "8 prøver per år"-program trenger bare to ekstra år for å oppnå en statistisk "power" som overstiger ytelsen til et "20 prøver per år"-program. Mellom 10 og 25 prøver per år bør derfor være passende, avhengig av merkostnad for ekstra prøver og tilgjengelige ressurser. Ressurser kan spares ved å begrense prøvetakingen til annet hvert år, men det anbefales ikke. Dette fordi tiden for å oppnå statistisk "power" er så lang selv ved årlig prøvetaking. Det er dessuten ikke sikkert at endringer i miljøgiftbelastning skjer med en jevn takt, og prøvetaking annethvert år vil medføre at det tar svært lang tid å oppdage om utviklingen endrer seg. For polarmåke ble det vurdert om det har noe for seg å ta gjentatte prøver fra samme individ (eller egg fra samme reir) over en periode på flere år. Rapporten begrunner hvorfor en slik framgangsmåte trolig ikke vil være hensiktsmessig. Målsetting 3: Lage en statistisk modell for POPs i isbjørn som gir mulighet til å korrigere for effekt av ernæringstilstand, kjønn og evt. reproduktiv status. En slik modell vil minske den uforklarte variasjonen og øke muligheten for å påvise trender i tid og rom når det gjelder konsentrasjoner av POPs. Det er tilpasset en regresjonsmodell for PCB-153 i isbjørnplasma der ca. halvparten av variasjonen i kan tilskrives fettinnhold i plasma, ernæringstilstand, reproduktiv status, østlig lengde for prøvetaking og bjørnens alder. Etter å ha justert for disse faktorene anslås det at PCB-153 i isbjørnplasma har vært ca. 45 % lavere i perioden 1994-97 sammenlignet med perioden 1990-93. Denne forskjellen er signifikant (p < 0.0005). Rapporten går videre inn på i hvilken grad man kan estimere en gjennomsnittlig årlig endring ut fra dataene. Dette er problematisk når utvalgsstørrelsen er svært forskjellig mellom år. For å teste årlig endring på en formelt korrekt måte ble tilfeldige data utvalgt slik at utvalgsstørrelsen ble standardisert. I de fleste tilfeller resulterte dette i en signifikant årlig nedgang for PCB 153 i isbjørnplasma, gjennomsnittlig rundt 10% per år. Målsetting 4: Utvikle et generelt dataprogram for beregning av statistisk "power" for forskjellige prøvetakingsregimer ut fra variasjon og hypotetisk endringsrate. Kostnad og ytelse for alternative prøvetakingsregimer kan da enkelt vurderes for overvåking av biologisk materiale der variasjon innenfor år er kjent. Beregning av statistisk "power" krevde mer avanserte statistiske funksjoner enn opprinnelig enn opprinnelig forutsatt. For å bruke Visual Basic måtte i tilfelle tilleggsmoduler (altså ytterligere programvare) innkjøpes. Utregningene kan utføres i et regneark i statistikkprogrammet JMP, som NP disponerer en lisens for. Dette regnearket kan gjøres tilgjengelig for NP (med instruksjoner) om ønskelig. Hovedpoenget er likevel at man for å beregne "power" trenger gode estimat ikke bare for variasjon innen år, men for tilfeldig variasjon mellom år. Sistnevnte er ikke mulig å estimere på forhånd, og man kan dermed ikke forutse "power" uten å gjøre antagelser om denne variasjonen. Størrelsen på variasjonen mellom år er mer avgjørende enn antall prøver per år. Det vil være villedende å lage et dataprogram der man finregner på antall prøver og antall år, så lenge den viktigste størrelsen er veldig usikker. Relevans for overvåking (kun på engelsk) The document gives first hand information on sampling procedures including numbers of samples for monitoring studies. The document is based on the last ten years of ecotox studies of glaucous gulls and polar bears at the Norwegian Polar Institute and the Norwegian Institute for Nature Research (NINA).
Prosjektbeskrivelse (English summary here.)
	Prosjektansvarlige Geir Wing Gabrielsen, Espen O. Henriksen og Andrew E. Derocher, Norsk Polarinstitutt, samt Jan Ove Bustnes, Norsk Institutt for Naturforskning Bakgrunn En sentral oppgave for MD/UDs Transport- og Effektprogram er å gi kunnskapsgrunnlag for å utforme en fremtidig overvåking av persistente organiske miljøgifter (POPs) i Arktis. Overvåking innebærer å følge utviklingen i samme type prøver med jevne mellom over en periode på mange år. Hovedformålet med en slik overvåking er å avdekke tidstrender i konsentrasjoner av de forskjellige miljøgiftene, dvs. hvilke forbindelser øker og hvilke forbindelser avtar over tid. Ved bruk av statistisk "power"-analyse kan man beregne sannsynligheten for å avdekke en hypotetisk endring i miljøgiftkonsentrasjoner ved forskjellige prøvetakingsrutiner. Alternativt kan man estimere hvor stor den årlige endringen må være for å kunne påvises med sikkerhet innenfor et gitt prøvetakingsopplegg. Isbjørn er en art som på grunn av sin spesielle betydning og utsatte posisjon vil inngå i et overvåkingsprogram for POPs i norsk Arktis. Fra norsk side har man i de senere år analysert flere hundre vevs-, melk- og blodprøver fra isbjørn i Svalbard-området for klororganiske miljøgifter. Polarmåke er også en art som akkumulerer særlig høye vevsnivåer av POPs. Den har mindre evne til å omsette POPs enn isbjørn og gir derfor et bredere bilde av miljøeksponeringen. For begge arter bør eksisterende måleresultater brukes til å finne ut hvordan videre prøvetaking kan gjennomføres med størst mulighet for å påvise eventuelle tidstrender i miljøgiftbelastningen. Et problem ved tilfeldig innsamling av dyr er at variasjonen mellom individer er svært stor. En reduksjon i utvalgsvariasjonen vil senke kostnadene til analyser betydelig fordi tidstrender i nivåer kan oppdages ut fra analyse av færre prøver. For langtlevende sjøfugl som kan gjenfanges i hekkekoloni bør det utredes hvor mye en kan redusere variasjonen i materialet ved gjentatt prøvetaking fra de samme individene. Foreløpige analyser av polarmåke tyder på at blodnivåer av PCB viser høy stabilitet mellom sesonger innen de samme individer. Kjemisk analyse for miljøgifter er kostbart. I tillegg er særlig isbjørnprøver ressurskrevende å innhente. For overvåkingen er det derfor viktig at tilgjengelige ressurser brukes på en optimal måte. Målsettinger Undersøke og sammenligne variabiliteten for forskjellige prøvetyper fra isbjørn og polarmåke (f. eks. blodprøver vs. fettprøver). Utrede konsekvensene av forskjellige prøvetakingsregimer (antall prøver per år, antall år med prøvetaking, forskjellige prøvetyper, gjentatte prøver fra samme individ) for isbjørn og polarmåke ut fra variasjonen i eksisterende materiale. Lage en statistisk modell for POPs i isbjørn som gir mulighet til å korrigere for effekt av ernæringstilstand, kjønn og evt. reproduktiv status. En slik modell vil minske den uforklarte variasjonen og øke muligheten for å påvise trender i tid og rom når det gjelder konsentrasjoner av POPs. Utvikle et generelt dataprogram for beregning av statistisk "power" for forskjellige prøvetakingsregimer ut fra variasjon og hypotetisk endringsrate. Kostnad og ytelse for alternative prøvetakingsregimer kan da enkelt vurderes for overvåking av biologisk materiale der variasjon innenfor år er kjent. Et slikt program vil være anvendelig ikke bare for overvåkingen av POPs i isbjørn og polarmåke, men også for overvåking av POPs i andre arter. Metodikk Fra 1988 er det årlig analysert isbjørnprøver for miljøgifter. Prøveantallet og prøvetypen har vært varierende fra år til år, men totalt dreier det seg om flere hundre prøver. Norsk Polarinstitutt har tilgang på dette materialet og har mulighet til å gjennomføre en total gjennomgang med tanke på mulighet for å avdekke tidstrender. For polarmåker disponerer Norsk Institutt for Naturforskning et datasett der PCB-nivåer er målt gjentatte ganger innenfor de samme individer i en koloni på Bjørnøya. Muligheten for å avdekke tidstrender i miljøgiftkonsentrasjoner avhenger av en rekke faktorer. Sannsynligheten for å observere en signifikant endring (b) avhenger av: hvor kraftig er endringen (f.eks. prosentvis endring per år)? hvilket signifikansnivå (a) er ønskelig, dvs. hvor sikker ønsker man å være på at en observert endring ikke skyldes tilfeldig variasjon? Strenge krav på dette punktet øker muligheten for at en reell endring ikke oppdages. hvor lenge har overvåkingen pågått, og hvor ofte er prøver samlet inn? hvor mange prøver er tatt ved hver innsamling? hvor stor er variasjonen mellom prøver tatt på samme tid? (dvs. innenfor et utvalg), noe som igjen avhenger av karakteristika ved utvalget (dvs. hvor ensartet utvalget er med hensyn på f.eks. størrelse, ernæringstilstand, alder og kjønn og reproduktiv status). Ved hjelp av et enkelt Windows data-program (kan lages f. eks. i Visual Basic) vil det være mulig å synliggjøre hvordan sannsynligheten for observere signifikant endring (b) avhenger av de ovennevnte faktorer. Ved å sette inn kjente verdier for variasjon, krav til a og b, samt hvor raskt man krever at en trend skal avdekkes, kan man finne hvor mange prøver som bør samles inn per år. Organisering og gjennomføring Utredningen vil utføres av dr.scient Espen O. Henriksen med bidrag fra Jan Ove Bustnes (NINA) når det gjelder polarmåke. Geir Wing Gabrielsen og Andrew E. Derocher vil bidra med å kvalitetssikre arbeidet. Prosjektet vil koordineres med den øvrige aktiviteten som drives i Polarinstituttet og NINA når det gjelder miljøgifter i isbjørn og polarmåker. Sluttproduktet vil bli publisert som NP-rapport og som et dataprogram som evt. kan gjøres allment tilgjengelig på Polarinstituttets Web-sider. Det vil også bli vurdert om arbeidet kan gi grunnlag for en vitenskapelig publikasjon. Tidsplan September - oktober 1999 Litteratursøk, sammenstilling og organisering av data, undersøkelse av variasjon for forskjellige prøvetyper November 1999 Lage generell data-modell, utrede "power" for alternative prøvetakingsregimer. Desember 1990 Sammenstilling og rapportering.