An aquatic risk assessment of ethion and bromacil inputs to the C-25 Canal and Indian River Lagoon

Pesticide monitoring in St. Lucie County by various local, state and federal agencies has indicated consistent residues of several pesticides, including ethion and bromacil. Although pesticides have long been known to pose a threat to non-target species and much background monitoring has been done, no pesticide aquatic risk assessment has been done in this geographical area. Several recognized United States Environmental Protection Agency (USEPA) methods of quantifying risk are employed here to include hazard quotients (HQ) and probabilistic modeling with sensitivity analysis. These methods are employed to characterize potential impacts to aquatic biota of the C-25 Canal and the Indian River Lagoon (in St. Lucie County, Florida) based on current agricultural pesticide use and drainage patterns. The model used in the analysis incorporates available physical-chemical property data, local hydrology, ecosystem information, and pesticide use practices. HQ's, probabilistic distributions, and field sample analyses resulted in high levels of concern (LOCs), which usually indicates a need for regulatory action, including restrictions on use, or cancellation. ^

Reliability of methods used for the risk assessment of mixture of micropollutants in aquatic enviromments : from theoretical concepts to field observations

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques des micropolluants organiques pour les espèces de nos lacs et rivières. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, alors que les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange. Or les effets de ces cocktails ne sont pas négligeables. Cette thèse de doctorat s'est ainsi intéressée aux modèles permettant de prédire le risque environnemental de ces cocktails pour le milieu aquatique. Le principal objectif a été d'évaluer le risque écologique des mélanges de substances chimiques mesurées dans le Léman, mais aussi d'apporter un regard critique sur les méthodologies utilisées afin de proposer certaines adaptations pour une meilleure estimation du risque. Dans la première partie de ce travail, le risque des mélanges de pesticides et médicaments pour le Rhône et pour le Léman a été établi en utilisant des approches envisagées notamment dans la législation européenne. Il s'agit d'approches de « screening », c'est-à-dire permettant une évaluation générale du risque des mélanges. Une telle approche permet de mettre en évidence les substances les plus problématiques, c'est-à-dire contribuant le plus à la toxicité du mélange. Dans notre cas, il s'agit essentiellement de 4 pesticides. L'étude met également en évidence que toutes les substances, même en trace infime, contribuent à l'effet du mélange. Cette constatation a des implications en terme de gestion de l'environnement. En effet, ceci implique qu'il faut réduire toutes les sources de polluants, et pas seulement les plus problématiques. Mais l'approche proposée présente également un biais important au niveau conceptuel, ce qui rend son utilisation discutable, en dehors d'un screening, et nécessiterait une adaptation au niveau des facteurs de sécurité employés. Dans une deuxième partie, l'étude s'est portée sur l'utilisation des modèles de mélanges dans le calcul de risque environnemental. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés espèce par espèce, et non pour une évaluation sur l'écosystème en entier. Leur utilisation devrait donc passer par un calcul par espèce, ce qui est rarement fait dû au manque de données écotoxicologiques à disposition. Le but a été donc de comparer, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon une méthode rigoureuse, espèce par espèce, avec celui effectué classiquement où les modèles sont appliqués sur l'ensemble de la communauté sans tenir compte des variations inter-espèces. Les résultats sont dans la majorité des cas similaires, ce qui valide l'approche utilisée traditionnellement. En revanche, ce travail a permis de déterminer certains cas où l'application classique peut conduire à une sous- ou sur-estimation du risque. Enfin, une dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'influence que les cocktails de micropolluants ont pu avoir sur les communautés in situ. Pour ce faire, une approche en deux temps a été adoptée. Tout d'abord la toxicité de quatorze herbicides détectés dans le Léman a été déterminée. Sur la période étudiée, de 2004 à 2009, cette toxicité due aux herbicides a diminué, passant de 4% d'espèces affectées à moins de 1%. Ensuite, la question était de savoir si cette diminution de toxicité avait un impact sur le développement de certaines espèces au sein de la communauté des algues. Pour ce faire, l'utilisation statistique a permis d'isoler d'autres facteurs pouvant avoir une influence sur la flore, comme la température de l'eau ou la présence de phosphates, et ainsi de constater quelles espèces se sont révélées avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps. Fait intéressant, une partie d'entre-elles avait déjà montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. En conclusion, ce travail montre qu'il existe des modèles robustes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques, et qu'ils peuvent être utilisés pour expliquer le rôle des substances dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application. - Depuis plusieurs années, les risques que posent les micropolluants organiques pour le milieu aquatique préoccupent grandement les scientifiques ainsi que notre société. En effet, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques que peuvent avoir ces substances chimiques sur les espèces de nos lacs et rivières, quand elles se retrouvent exposées à des concentrations aiguës ou chroniques. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, c'est à dire considérées séparément. Actuellement, il en est de même dans les procédures de régulation européennes, concernant la partie évaluation du risque pour l'environnement d'une substance. Or, les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange, et les effets de ces "cocktails" ne sont pas négligeables. L'évaluation du risque écologique que pose ces mélanges de substances doit donc être abordé par de la manière la plus appropriée et la plus fiable possible. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux méthodes actuellement envisagées à être intégrées dans les législations européennes pour l'évaluation du risque des mélanges pour le milieu aquatique. Ces méthodes sont basées sur le modèle d'addition des concentrations, avec l'utilisation des valeurs de concentrations des substances estimées sans effet dans le milieu (PNEC), ou à partir des valeurs des concentrations d'effet (CE50) sur certaines espèces d'un niveau trophique avec la prise en compte de facteurs de sécurité. Nous avons appliqué ces méthodes à deux cas spécifiques, le lac Léman et le Rhône situés en Suisse, et discuté les résultats de ces applications. Ces premières étapes d'évaluation ont montré que le risque des mélanges pour ces cas d'étude atteint rapidement une valeur au dessus d'un seuil critique. Cette valeur atteinte est généralement due à deux ou trois substances principales. Les procédures proposées permettent donc d'identifier les substances les plus problématiques pour lesquelles des mesures de gestion, telles que la réduction de leur entrée dans le milieu aquatique, devraient être envisagées. Cependant, nous avons également constaté que le niveau de risque associé à ces mélanges de substances n'est pas négligeable, même sans tenir compte de ces substances principales. En effet, l'accumulation des substances, même en traces infimes, atteint un seuil critique, ce qui devient plus difficile en terme de gestion du risque. En outre, nous avons souligné un manque de fiabilité dans ces procédures, qui peuvent conduire à des résultats contradictoires en terme de risque. Ceci est lié à l'incompatibilité des facteurs de sécurité utilisés dans les différentes méthodes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la fiabilité de méthodes plus avancées dans la prédiction de l'effet des mélanges pour les communautés évoluant dans le système aquatique. Ces méthodes reposent sur le modèle d'addition des concentrations (CA) ou d'addition des réponses (RA) appliqués sur les courbes de distribution de la sensibilité des espèces (SSD) aux substances. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés pour être appliqués espèce par espèce, et non pas sur plusieurs espèces agrégées simultanément dans les courbes SSD. Nous avons ainsi proposé une procédure plus rigoureuse, pour l'évaluation du risque d'un mélange, qui serait d'appliquer d'abord les modèles CA ou RA à chaque espèce séparément, et, dans une deuxième étape, combiner les résultats afin d'établir une courbe SSD du mélange. Malheureusement, cette méthode n'est pas applicable dans la plupart des cas, car elle nécessite trop de données généralement indisponibles. Par conséquent, nous avons comparé, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon cette méthode plus rigoureuse, avec celle effectuée traditionnellement, afin de caractériser la robustesse de cette approche qui consiste à appliquer les modèles de mélange sur les courbes SSD. Nos résultats ont montré que l'utilisation de CA directement sur les SSDs peut conduire à une sous-estimation de la concentration du mélange affectant 5 % ou 50% des espèces, en particulier lorsque les substances présentent un grand écart- type dans leur distribution de la sensibilité des espèces. L'application du modèle RA peut quant à lui conduire à une sur- ou sous-estimations, principalement en fonction de la pente des courbes dose- réponse de chaque espèce composant les SSDs. La sous-estimation avec RA devient potentiellement importante lorsque le rapport entre la EC50 et la EC10 de la courbe dose-réponse des espèces est plus petit que 100. Toutefois, la plupart des substances, selon des cas réels, présentent des données d' écotoxicité qui font que le risque du mélange calculé par la méthode des modèles appliqués directement sur les SSDs reste cohérent et surestimerait plutôt légèrement le risque. Ces résultats valident ainsi l'approche utilisée traditionnellement. Néanmoins, il faut garder à l'esprit cette source d'erreur lorsqu'on procède à une évaluation du risque d'un mélange avec cette méthode traditionnelle, en particulier quand les SSD présentent une distribution des données en dehors des limites déterminées dans cette étude. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons confronté des prédictions de l'effet de mélange avec des changements biologiques observés dans l'environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé des données venant d'un suivi à long terme d'un grand lac européen, le lac Léman, ce qui offrait la possibilité d'évaluer dans quelle mesure la prédiction de la toxicité des mélanges d'herbicide expliquait les changements dans la composition de la communauté phytoplanctonique. Ceci à côté d'autres paramètres classiques de limnologie tels que les nutriments. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé la toxicité des mélanges sur plusieurs années de 14 herbicides régulièrement détectés dans le lac, en utilisant les modèles CA et RA avec les courbes de distribution de la sensibilité des espèces. Un gradient temporel de toxicité décroissant a pu être constaté de 2004 à 2009. Une analyse de redondance et de redondance partielle, a montré que ce gradient explique une partie significative de la variation de la composition de la communauté phytoplanctonique, même après avoir enlevé l'effet de toutes les autres co-variables. De plus, certaines espèces révélées pour avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps, ont montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. On peut en conclure que la toxicité du mélange herbicide est l'un des paramètres clés pour expliquer les changements de phytoplancton dans le lac Léman. En conclusion, il existe diverses méthodes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques et celui-ci peut jouer un rôle dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application, avant d'utiliser leurs résultats pour la gestion des risques environnementaux. - For several years now, the scientists as well as the society is concerned by the aquatic risk organic micropollutants may pose. Indeed, several researches have shown the toxic effects these substances may induce on organisms living in our lakes or rivers, especially when they are exposed to acute or chronic concentrations. However, most of the studies focused on the toxicity of single compounds, i.e. considered individually. The same also goes in the current European regulations concerning the risk assessment procedures for the environment of these substances. But aquatic organisms are typically exposed every day simultaneously to thousands of organic compounds. The toxic effects resulting of these "cocktails" cannot be neglected. The ecological risk assessment of mixtures of such compounds has therefore to be addressed by scientists in the most reliable and appropriate way. In the first part of this thesis, the procedures currently envisioned for the aquatic mixture risk assessment in European legislations are described. These methodologies are based on the mixture model of concentration addition and the use of the predicted no effect concentrations (PNEC) or effect concentrations (EC50) with assessment factors. These principal approaches were applied to two specific case studies, Lake Geneva and the River Rhône in Switzerland, including a discussion of the outcomes of such applications. These first level assessments showed that the mixture risks for these studied cases exceeded rapidly the critical value. This exceeding is generally due to two or three main substances. The proposed procedures allow therefore the identification of the most problematic substances for which management measures, such as a reduction of the entrance to the aquatic environment, should be envisioned. However, it was also showed that the risk levels associated with mixtures of compounds are not negligible, even without considering these main substances. Indeed, it is the sum of the substances that is problematic, which is more challenging in term of risk management. Moreover, a lack of reliability in the procedures was highlighted, which can lead to contradictory results in terms of risk. This result is linked to the inconsistency in the assessment factors applied in the different methods. In the second part of the thesis, the reliability of the more advanced procedures to predict the mixture effect to communities in the aquatic system were investigated. These established methodologies combine the model of concentration addition (CA) or response addition (RA) with species sensitivity distribution curves (SSD). Indeed, the mixture effect predictions were shown to be consistent only when the mixture models are applied on a single species, and not on several species simultaneously aggregated to SSDs. Hence, A more stringent procedure for mixture risk assessment is proposed, that would be to apply first the CA or RA models to each species separately and, in a second step, to combine the results to build an SSD for a mixture. Unfortunately, this methodology is not applicable in most cases, because it requires large data sets usually not available. Therefore, the differences between the two methodologies were studied with datasets created artificially to characterize the robustness of the traditional approach applying models on species sensitivity distribution. The results showed that the use of CA on SSD directly might lead to underestimations of the mixture concentration affecting 5% or 50% of species, especially when substances present a large standard deviation of the distribution from the sensitivity of the species. The application of RA can lead to over- or underestimates, depending mainly on the slope of the dose-response curves of the individual species. The potential underestimation with RA becomes important when the ratio between the EC50 and the EC10 for the dose-response curve of the species composing the SSD are smaller than 100. However, considering common real cases of ecotoxicity data for substances, the mixture risk calculated by the methodology applying mixture models directly on SSDs remains consistent and would rather slightly overestimate the risk. These results can be used as a theoretical validation of the currently applied methodology. Nevertheless, when assessing the risk of mixtures, one has to keep in mind this source of error with this classical methodology, especially when SSDs present a distribution of the data outside the range determined in this study Finally, in the last part of this thesis, we confronted the mixture effect predictions with biological changes observed in the environment. In this study, long-term monitoring of a European great lake, Lake Geneva, provides the opportunity to assess to what extent the predicted toxicity of herbicide mixtures explains the changes in the composition of the phytoplankton community next to other classical limnology parameters such as nutrients. To reach this goal, the gradient of the mixture toxicity of 14 herbicides regularly detected in the lake was calculated, using concentration addition and response addition models. A decreasing temporal gradient of toxicity was observed from 2004 to 2009. Redundancy analysis and partial redundancy analysis showed that this gradient explains a significant portion of the variation in phytoplankton community composition, even when having removed the effect of all other co-variables. Moreover, some species that were revealed to be influenced positively or negatively, by the decrease of toxicity in the lake over time, showed similar behaviors in mesocosms studies. It could be concluded that the herbicide mixture toxicity is one of the key parameters to explain phytoplankton changes in Lake Geneva. To conclude, different methods exist to predict the risk of mixture in the ecosystems. But their reliability varies depending on the underlying hypotheses. One should therefore carefully consider these hypotheses, as well as the limits of the approaches, before using the results for environmental risk management

Cyanobacterial toxins in Portugal: effects on aquatic animals and risk for human health

Toxic cyanobacteria are common in Portuguese freshwaters and the most common toxins are microcystins. The occurrence of microcystin-LR (MCYST-LR) has been reported since 1990 and a significant number of water reservoirs that are used for drinking water attain high levels of this toxin. Aquatic animals that live in eutrophic freshwater ecosystems may be killed by microcystins but in many cases the toxicity is sublethal and so the animals can survive long enough to accumulate the toxins and transfer them along the food chain. Among these, edible mollusks, fish and crayfish are especially important because they are harvested and sold for human consumption. Mussels that live in estuarine waters and rivers where toxic blooms occur may accumulate toxins without many significant acute toxic effects. In this study data are presented in order to understand the dynamics of the accumulation and depuration of MCYST-LR in mussels. The toxin is readily accumulated and persists in the shellfish for several days after contact. In the crayfish the toxin is accumulated mainly in the gut but is also cleared very slowly. In carps, although the levels of the toxins found in naturally caught specimens were not very high, some toxin was found in the muscle and not only in the viscera. This raises the problem of the toxin accumulation by fish and possible transfer through the food chain. The data gathered from these experiments and from naturally caught specimens are analyzed in terms of risk for human consumption. The occurrence of microcystins in tap water and the incidence of toxic cyanobacteria in fresh water beaches in Portugal are reported. The Portuguese National Monitoring Program of cyanobacteria is mentioned and its implications are discussed.

Risk assessment of the herbicide clomazone in the aquatic life.

Clomazone (2-(2-chlorophenyl)methyl-4.4-dimethyl-3-isoxazolidinone) is a post emergence herbicide widely used in rice fields in Rio Grande do Sul (Brazil) with high activity against Gramineae at the recommended application rate(AR).of 700g/ha. The herbicide input into the aquatic ecosystem may occur by aerial application or water drainage. The presence of this chemical in the water may affect non-target organisms leading to impairments in the aquatic food chain. Studies were conducted in this work to evaluate the risk of Clomazone using the estimated mean affective concentration (EC50) for the microalgae Selenastrum capricornutum(96h), the duckweed Lemna valdiviana(96h) and the crustacean Daphnia similis(48h). The EC50 values were 11.2; 31.7 and 13.8 mg/l, respectively. According to the obtained data, and considering a direct input of the herbicide in a 10cm column water, the estimated maximum application rate that doesn't cause acute effects is 5.3 AR for S. capricornutum, 6.5 AR for D. similis and 15.0 AR for L. valdiviana. The estimated maximum application rate that doesn't cause chronic effects is 2.0 AR for D. similis, 1.6 AR for S. capricornutum and 4.5 AR for L. valviana.

Prediction of a low-risk concentration of diflubenzuron to aquatic organisms and evaluation of clay and gravel in reducing the toxicity.

Resumo: Predição da concentração de baixo risco de diflubenzuron para organismos aquáticos e avaliação da argila e brita na redução da toxicidade. O diflubenzuron é um inseticida que além de ser usado agricultura, tem sido amplamente empregado na piscicultura, apesar do seu uso ser proibido nesta atividade. Este composto não consta na lista da legislação brasileira que estabelece limites máximos permissíveis em corpos de água para a proteção das comunidades aquáticas. No presente trabalho, a partir da toxicidade do diflubenzuron em organismos não-alvo, foi calculada a concentração de risco para somente 5% das espécies (HC5). O valor deste parâmetro foi estimado em aproximadamente 7 x 10-6 mg L-1 . Este baixo valor é devido à extremamente alta toxicidade do diflubenzuron para dafnídeos e à grande variação de sensibilidade entre as espécies testadas. Dois matérias de relativamente baixo custo se mostraram eficientes na remoção da toxicidade do diflubenzuron de soluções contendo este composto. Dentre esses materiais, a argila expandida promoveu a redução em aproximadamente 50% da toxicidade de uma solução contendo diflubenzuron. Os resultados podem contribuir para políticas públicas no Brasil relacionadas ao estabelecimento de limites máximos permissíveis de xenobióticos no compartimento aquático. Também, para a pesquisa de matérias inertes e de baixo custo com potencial de remoção de xenobióticos presentes em efluentes da aquicultura ou da agricultura. Abstract: Diflubenzuron is an insecticide that, besides being used in the agriculture, has been widely used in fish farming. However, its use is prohibited in this activity. Diflubenzuron is not in the list of Brazilian legislation establishing maximum permissible limits in water bodies for the protection of aquatic communities. In this paper, according toxicity data of diflubenzuron in non-target organisms, it was calculated an hazardous concentration for only 5% of the species (HC5) of the aquatic community. This parameter value was estimated to be about 7 x 10 -6 mg L -1 . The low value is due to the extreme high toxicity of diflubenzuron to daphnids and to the large variation in sensitivity among the species tested. Two relatively low cost and inert materials were efficient in removing the diflubenzuron from solutions containing this compound. Among these materials, expanded clay shown to promote reduction of approximately 50% of the toxicity of a solution containing diflubenzuron. The results may contribute to the establishment of public policies in Brazil associated to the definition of maximum permissible limits of xenobiotics in the aquatic compartment. This study is also relevant to the search of low cost and inert materials for xenobiotics removal from aquaculture or agricultural effluents.

Assessment of non-steroidal anti-inflammatory and analgesic pharmaceuticals in seawaters of North of Portugal: Occurrence and environmental risk

The occurrence of seven pharmaceuticals and two metabolites belonging to non-steroidal anti-inflammatory drugs and analgesics therapeutic classes was studied in seawaters. A total of 101 samples covering fourteen beaches and five cities were evaluated in order to assess the spatial distribution of pharmaceuticals among north Portuguese coast. Seawaters were selected in order to embrace different bathing water quality (excellent, good and sufficient). Acetaminophen, ketoprofen and the metabolite hydroxyibuprofen were detected in all the seawater samples at maximum concentrations of 584, 89.7 and 287 ng L− 1, respectively. Carboxyibuprofen had the highest seawater concentration (1227 ng L− 1). The temporal distribution of the selected pharmaceuticals during the bathing season showed that, in general, higher concentrations were detected in August and September. The environmental risk posed by the pharmaceuticals detected in seawaters towards different trophic levels (fish, daphnids and algae) was also assessed. Only diclofenac showed hazard quotients above one for fish, representing a potential risk for aquatic organisms. These results were observed in seawaters classified as excellent bathing water. Additional data is needed in order to support the identification and prioritization of risks posed by pharmaceuticals in marine environment.

Integration of sediment contamination with multi–biomarker responses in a novel bioindicator candidate (Sepia officinalis) for risk assessment in impacted estuaries

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente

Toxicity of carcinogenic and non-carcinogenic Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and their mixtures to aquatic organisms under ecologically-relevant scenarios

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are ubiquitous priority pollutants that tend to be trapped in aquatic sediments due to their high hydrophobicity. Nonetheless, the differential toxicological effects and mechanisms between the various classes of PAHs and their mixtures, as they invariably occur in the environment, are scarcely known, especially under ecologically-relevant scenarios. This thesis aimed at establishing a bridge between the study of mechanistic pathways and environmental monitoring of carcinogenic and non-carcinogenic PAHs, by introducing ecological-relevance in the research with model PAHs. A first bioassay conducted in situ with the mussel Mytilus edulis demonstrated that, dredging operations in harbours increase PAH bioavailability, eliciting genotoxicity, and showed that established environmental guidelines underestimate risk. Subsequent ex situ bioassays were performed with the carcinogenic benzo[b]fluoranthene (B[b]F) and non-carcinogenic phenantrene (Phe), selected following preceding results, and revealed that low-moderate concentrations of these PAHs in spiked sediments induce genotoxic effects to the clam Ruditapes decussatus, therefore contradicting the general notion that bivalves are less sensitive to PAHs than vertebrates due to inefficient bioactivation. Also, it was demonstrated that passive samplers permit inferring on PAH bioavailability but not on bioaccumulation or toxic effects. On the other hand, sea basses (Dicentrarchus labrax), yielded a complex pattern of effects and responses, relatively to genotoxicity, oxidative stress and production of specific metabolites, especially when exposed to mixtures of the PAHs which led to additive, if not synergistic, effects. It was shown that Phe may elicit significant genotoxicity especially in presence of B[b]F, even though the low, albeit realistic, exposure concentrations diluted dose- and time-independent relationships. The present work demonstrated that environmental quality guidelines underestimate the effects of PAHs in realistic scenarios and showed that the significant genotoxic and histopathological effects caused by mixed PAHs may not be reflected by oxidative stress- or CYP-related biomarkers. Besides important findings on the metabolism of PAH mixtures, the work calls for the need to re-evaluate the criteria for assessing risk and for the disclosure of more efficient indicators of toxicological hazard.

Risk-based modelling of diffuse land use impacts from rural landscapes upon salmonid fry abundance

Research has demonstrated that landscape or watershed scale processes can influence instream aquatic ecosystems, in terms of the impacts of delivery of fine sediment, solutes and organic matter. Testing such impacts upon populations of organisms (i.e. at the catchment scale) has not proven straightforward and differences have emerged in the conclusions reached. This is: (1) partly because different studies have focused upon different scales of enquiry; but also (2) because the emphasis upon upstream land cover has rarely addressed the extent to which such land covers are hydrologically connected, and hence able to deliver diffuse pollution, to the drainage network However, there is a third issue. In order to develop suitable hydrological models, we need to conceptualise the process cascade. To do this, we need to know what matters to the organism being impacted by the hydrological system, such that we can identify which processes need to be modelled. Acquiring such knowledge is not easy, especially for organisms like fish that might occupy very different locations in the river over relatively short periods of time. However, and inevitably, hydrological modellers have started by building up piecemeal the aspects of the problem that we think matter to fish. Herein, we report two developments: (a) for the case of sediment associated diffuse pollution from agriculture, a risk-based modelling framework, SCIMAP, has been developed, which is distinct because it has an explicit focus upon hydrological connectivity; and (b) we use spatially distributed ecological data to infer the processes and the associated process parameters that matter to salmonid fry. We apply the model to spatially distributed salmon and fry data from the River Eden, Cumbria, England. The analysis shows, quite surprisingly, that arable land covers are relatively unimportant as drivers of fry abundance. What matters most is intensive pasture, a land cover that could be associated with a number of stressors on salmonid fry (e.g. pesticides, fine sediment) and which allows us to identify a series of risky field locations, where this land cover is readily connected to the river system by overland flow. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.