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Eidgenössisches Departement für Wirtschaft,
Bildung und Forschung WBF
Agroscope
Eidgenössisches Departement für
Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK
Bundesamt für Umwelt BAFU
www.agroscope.ch I gutes Essen, gesunde Umwelt
9. September 2015
Long-term monitoring of organic pollutants in soil: a
conceptual approach to select pesticides potentially
accumulating in soils
DANIEL WÄCHTER1, THOMAS BUCHELI2, ANDREAS GUBLER1, RETO G. MEULI1, ARMIN KELLER1 ,
PETER SCHWAB1, FELIX WETTSTEIN2
1Swiss Soil Monitoring Network NABO, Agroscope, Reckenholzstrasse 191, 8046 Zürich, Switzerland,
[email protected] Analytics, Agroscope, Reckenholzstrasse 191, 8046 Zürich, Switzerland
Long-term monitoring of organic pollutants in soil:
a conceptual approach to select pesticides potentially accumulating in soils
D. Wächter
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Inhalt
Die Nationale Bodenbeobachtung der Schweiz – Übersicht
Auswahl relevanter Pflanzenschutzmittel (PSM) -
Konzeptionelles Vorgehen
Pilotstudie – erste Resultate
Interpretation der Messwerte & Risikobeurteilung
Fazit
Diskussion & Fragen
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Die Nationale Bodenbeobachtung (NABO)Aufgabe
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Substanzen hunderte
Exposition dynamisch
Toxizität für wenig bekannt
Bodenlebewesen
Was ist neu bei der Langzeitbeobachtung organischer Schadstoffe?
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I. PilotstudieGrundlagen, Stoffflüsse, Vorhersagen, Prüfen der
Hypothesen
II. Status-Untersuchungverbesserte qualitative Aussagen, Ausweitung der
Untersuchungen
III. RisikobeurteilungRelevanz der Resultate, Prüfung der Exposition,
ökotoxikologische Relevanz, Auswahl der Kandidaten
für das Routine-Monitoring
IV. Langzeit-MonitoringRegelmässige Erhebungen, SOP‘s, Auswertungen,
Reporting, Optimierungen
Konzeptionelles VorgehenAufbau eines Monitorings
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Pilotstudiedurchgeführt 2009/10 für 14 ausgewählte NABO-Standorte
Nutzung: Obstanlage
Zeitraum: 1996-2006
11-15 Interventionen/Jahr
15-21 Wirkstoffe/Jahr
30-100 kg/ha/Jahr
Standort 4 25 Wirkstoffe
angewendet:2,4-D
-Naphthylacetamid
2-(1-naphthyl) acetic acid
Bitertanol
Captan
Chlorpyrifos
Chlorpyrifos-methyl
Diquat
Dithianon
Diuron
Fenoxycarb
Folpet
Glufosinate
Glyphosate
Imidacloprid
Mecoprop-P
Phosalone
Pirimicarb
Pyrifenox
Simazine
Teflubenzuron
Terbuthylazine
Thiacloprid
Triadimenol
Trifloxystrobin
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Fazit:
• Bodenproben können mit einem generischen Aufschluss auf
Pflanzenschutzmittel Wirkstoffe & Abbauprodukte untersucht
werden
• Die aufgrund der Bewirtschaftung bekannten Wirkstoffe und
Abbauprodukte werden detektiert
Pilotstudiedurchgeführt 2009/10 für 14 ausgewählte NABO-Standorte
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Status-Untersuchung von PSMVerfügbare Quellen (1985 – 2014)
Dynamik
erkennen
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Status-Untersuchung: PECsoilErwartungswerte (PECsoil) berechnet aus den Bewirtschaftungsdaten
• PEC_mean & min/max für den Wirkstoff
• Deg1,2: Transformationsprodukt des Wirkstoffes
Nach FOCUS 1997: Simple PECs calculations assuming first order dissipation
Standort 4 / Wirkstoff: Triadimenol
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Risikobeurteilung in Böden
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RisikobeurteilungRisiko-Koeffizient (RQ)
𝑅𝑄 =𝑈𝑚𝑤𝑒𝑙𝑡𝑘𝑜𝑛𝑧𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛
𝐵𝑜𝑑𝑒𝑛𝑞𝑢𝑎𝑙𝑖𝑡ä𝑡 (𝐵𝑜𝑄)
𝐵𝑜𝑄 =𝑁𝑂𝐸𝐶𝑑𝑒𝑟 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑠𝑡𝑒𝑛 𝐴𝑟𝑡
𝑆𝑖𝑐ℎ𝑒𝑟ℎ𝑒𝑖𝑡𝑠𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟
𝑆𝑖𝑐ℎ𝑒𝑟ℎ𝑒𝑖𝑡𝑠𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 = 5*
𝑅𝑄𝑚𝑖𝑥 =
𝑊𝑖𝑟𝑘𝑠𝑡𝑜𝑓𝑓𝑒
𝑅𝑄𝑊𝑖𝑟𝑘𝑠𝑡𝑜𝑓𝑓 1 …𝑛
© Senckenberg Museum
für Naturkunde Görlitz
*in Anlehnung an die PSM-Zulassung in der Schweiz
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Schritt III - RisikobeurteilungNOEC-Effekt
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Risikobeurteilung: Beispiel ChlorpyrifosStandort 4: gemessen 0.06 mg/kg im Boden
Kompostwurm
Eisenia fetida
Springschwänze
Folsomia candida
Quelle PPDB Synops PSM-Zulassung
(CH)
Stämpfli 2001
NOEC (mg/kg) 12.7 21 6.35 (Corg korrigiert) 0.05
RQ 0.02 0.01 0.05 6.2
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Risikobeurteilung: Beispiel ChlorpyrifosStandort 4: gemessen 0.06 mg/kg im Boden
Kompostwurm
Eisenia fetida
Springschwänze
Folsomia candida
Quelle PPDB Synops PSM-Zulassung
(CH)
Stämpfli 2001
NOEC (mg/kg) 12.7 21 6.35 (Corg korrigiert) 0.05
RQ 0.02 0.01 0.05 6.2
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Risikobeurteilung: Beispiel ChlorpyrifosStandort 4: gemessen 0.06 mg/kg im Boden
Kompostwurm
Eisenia fetida
Springschwänze
Folsomia candida
Quelle PPDB Synops PSM-Zulassung
(CH)
Stämpfli 2001
NOEC (mg/kg) 12.7 21 6.35 (Corg korrigiert) 0.05
RQ 0.02 0.01 0.05 6.2
RQ
Mix
(PE
Cs/N
OE
C)
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Risikobeurteilung: Fazit
• Repräsentativität des Messnetzes bez. PSM-Applikationen:
Auswahl sollte typische Betriebe, Kulturen, Fruchtfolgen,
Regionen, Applikationsmuster und Böden berücksichtigen
• Bewirtschaftungsdaten der Monitoring-Standorte sind für die
Interpretation der gemessenen PSM-Rückstände in Böden
und die Risikobeurteilung unerlässlich
• Es braucht ein transparentes und standardisiertes Vorgehen
bei der Beurteilung der Ergebnisse in Böden (analog zu RAC
im Gewässern)
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Langzeit-Monitoring
• Regelmässige Probenahme unter gleichen Bedingungen
(SOPs)
• Qualitativ hochwertige Erfassung der Bewirtschaftungs-
daten erforderlich
→ Aufwand für ein Routine-Monitoring ist gross, aber
machbar
• Statusuntersuchung und Risikobeurteilung müssen ggf.
wiederholt werden, wenn neue Wirkstoffe angewendet
oder neue Risiken bekannt werden
• Nur ökotoxikologisch relevante Verbindungen im Fokus
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SchlussfolgerungAuswahl von PSM-Wirkstoffe für ein Langzeit-Monitoring
Pilotstudie
Messmethode vorhanden und erste Wirkstoffe nachgewiesen
Statusuntersuchung
Läuft jetzt an; Herausforderung ist die Beschränkung auf 40 Targets
-> Dank den Bewirtschaftungsdaten ist dies aber möglich
Risikobeurteilung
Beurteilungssystem im Boden notwendig. Ansätze aus dem Bereich
Gewässer sind anwendbar!
Bewirtschaftungsdaten nötig um die Messwerte zu interpretieren.
Langzeit-Monitoring
Aufwand ist relativ gross, aber machbar
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Herzlichen Dank an
den Fachbereich Pflanzenschutzmittel am Bundesamt für Landwirtschaft BLW
und
die Gruppe Ökotoxikologie an der Agroscope in Wädenswil.
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Kontakt: [email protected] – www.nabo.admin.ch
Herzlichen Dank für Ihre AufmerksamkeitWirkstoff Type Liste/Quelle
1,2,4-Triazol TP Poiger
2,6-Dichlorbenzamid TP Poiger
Alachlor+ Acetochlor Herbicide Pilotstudie
Atrazin Herbicide Leitsubstanz
Atrazin-2-Hydroxy TP Leitsubstanz
Atrazin-Deethylatrazin TP PEC-Liste
Atrazin-Desisopropyl TP Leitsubstanz
Azoxystrobin Fungicide Pilotstudie
Bifenox Herbicide Pilotstudie
Bifenox-Bifenox acid TP PEC-Liste
Boscalid Fungicide Neue Wirkstoffe
Carbendazim Fungicide Pilotstudie
Carbendazim TP Poiger
Chloridazon Herbicide Pilotstudie
Chlorothalonil Fungicide PEC-Liste
Chlorpyrifos Insecticide PEC-Liste
Clothianidin TP Poiger
Cyproconazol Fungicide Pilotstudie
Cyprodinil Fungicide Pilotstudie
Diazinon-pyrimidinol TP PEC-Liste
Dinoseb Herbicide Pilotstudie
Diquat Herbicide PEC-Liste
Diuron Herbicide PEC-Liste
Diuron-3,4-Dichloroanilin TP PEC-Liste
Epoxyconazol Fungicide Pilotstudie
Ethofumesate Herbicide Pilotstudie
Fenpropidin Fungicide Pilotstudie
Fipronil Beizmittel Beizmittel
Fludioxonil Fungicide Pilotstudie
Fluopicolid Fungicide Neue Wirkstoffe
Fluopyram Fungicide Neue Wirkstoffe
Flusilazole Fungicide Pilotstudie
Flutriafol Fungicide PEC-Liste
Fluxapyroxad Fungicide Neue Wirkstoffe
Glyphosat Herbicide PEC-Liste
Glyphosat-Aminomethylphosphonic acid TP PEC-Liste
Wirkstoff Type Liste/Quelle
Imidacloprid Insecticide Pilotstudie / Beizmittel
Isoproturon Herbicide Pilotstudie
Isoproturon-3-(4-isopropylphenyl)-1-
methylurea Desdimethyl-IPU)
TP PEC-Liste
Linuron Herbicide Pilotstudie
Maneb Fungicide Bewirtschaftungsdaten
Metalaxyl Fungicide Pilotstudie
Metamitron Herbicide PEC-Liste
Metribuzin Herbicide Pilotstudie
Napropamid Herbicide PEC-Liste
Orbencarb Herbicide PEC-Liste
Oryzalin Herbicide PEC-Liste
Paraquat Herbicide PEC-Liste
Pendimethalin Herbicide PEC-Liste
Phenmedipham Herbicide PEC-Liste
Phenmedipham-3-aminophenol TP PEC-Liste
Phenmedipham-Methyl-N-(3-
hydroxyphenyl)carbamate
TP PEC-Liste
Phosalone Insecticide Pilotstudie
Pirimicarb Insecticide PEC-Liste
Propiconazole Fungicide Pilotstudie
Pyrifenox Fungicide PEC-Liste
Simazine Herbicide Pilotstudie
S-Metolachlor Herbicide PEC-Liste
S-Metolachlor-Metolachlor ESA TP PEC-Liste
S-Metolachlor-Metolachlor OA TP PEC-Liste
Tebuconazol Fungicide PEC-Liste
Tebutam Herbicide Pilotstudie
Terbuthylazin Herbicide PEC-Liste
Terbuthylazin-Desethyl terbuthylazine TP PEC-Liste
Terbuthylazin-hydroxy-terbuthylazin TP PEC-Liste
Thiacloprid Beizmittel Beizmittel
Thiamethoxam Beizmittel Beizmittel
Triadimenol-Triadimefon TP PEC-Liste
Trifloxystrobin-(E,E)-trifloxystrobin acid TP PEC-Liste
Trifluralin Herbicide PEC-Liste
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Anhang
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Die Nationale Bodenbeobachtung (NABO)Dauerbeobachtungsstandorte seit 1985
Bei ausgewählten landwirtschaftlich genutzten Standorten werden nebst den
Bodenproben Betriebsdaten wie Fruchtfolge, Düngergaben, Spritzpläne, etc. erfasst.
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Status-UntersuchungKonzentration aus der Pilotstudie – Rangliste
Rang Bezeichnung
Wirkstoff oder Transformationsprodukt
(TP)
pos.
Messungen
aus 31
Proben
Mittelwert
(𝛍g/kg Boden)
Typ
1 Simazin-2-hydroxy+ Terbuthylazin-desethyl-2-hydroxy 22 98.7 TP
2 Pendimethalin 14 31.7 Herbicide
3 Atrazin-2-Hydroxy 19 28.4 TP
4 Diuron 11 38.9 Herbicide
5 Dinoseb 10 41.5 Herbicide
6 Imidacloprid 9 50.5 Insecticide
7 Atrazin 12 27.9 Herbicide
8 Diuron-Desmonomethyl 17 15.6 TP
9 Linuron 11 20.4 Herbicide
10 Metamitron 8 28.5 Herbicide
11 Fludioxonil 6 115.1 Fungicide
12 Azoxystrobin 8 28.1 Fungicide
13 Carbendazim 16 9.4 Fungicide
14 Simazin 20 7.4 Herbicide
15 Tebuconazol 7 30.1 Fungicide
16 Phenmedipham 10 14.3 Herbicide
17 Cyprodinil 10 7.5 Fungicide
18 Ethofumesat 7 16.4 Herbicide
19 3,5,6-Trichloro-2-pyridinol 6 27.3 TP
20 Napropamid 5 26.0 Herbicide
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Status-Untersuchung: Menge & HäufigkeitRangliste aus den Bewirtschaftungsdaten (1986-2014)
Rang Wirkstoff Anzahl Applikationen
in 28 Jahren
Kumulierte Menge
Wirkstoff kg/ha
DT50 im
Boden
1 Captan 452 864 0.8 Tage
2 Glyphosat 143 240
3 Mancozeb 165 255 0.1 Tage
4 Folpet 427 517 5 Tage
5 Aluminiumfosetyl (Fosetyl-Al) 106 119 0.1 Tage
6 Isoproturon 75 84
7 Chlorothalonil (TCPN) 132 135
8 Pendimethalin 52 51
9 Metamitron 129 123
10 Glufosinat 82 72 7.4 Tage
11 Atrazin 104 80
12 Dithianon 78 52 10 Tage
13 Propineb 34 58 3 Tage
14 Zineb 34 50 30 Tage
15 MCPP-P (Mecoprop-P) 59 47
16 2,4-D 55 25
17 Azoxystrobin 80 20
18 Phenmedipham 133 23
19 Simazin 33 43
20 Oryzalin 25 32
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PSM Kandidaten-ListeWirkstoff Type Liste/Quelle
1,2,4-Triazol TP Poiger
2,6-Dichlorbenzamid TP Poiger
Alachlor+ Acetochlor Herbicide Pilotstudie
Atrazin Herbicide Leitsubstanz
Atrazin-2-Hydroxy TP Leitsubstanz
Atrazin-Deethylatrazin TP PEC-Liste
Atrazin-Desisopropyl TP Leitsubstanz
Azoxystrobin Fungicide Pilotstudie
Bifenox Herbicide Pilotstudie
Bifenox-Bifenox acid TP PEC-Liste
Boscalid Fungicide Neue Wirkstoffe
Carbendazim Fungicide Pilotstudie
Carbendazim TP Poiger
Chloridazon Herbicide Pilotstudie
Chlorothalonil Fungicide PEC-Liste
Chlorpyrifos Insecticide PEC-Liste
Clothianidin TP Poiger
Cyproconazol Fungicide Pilotstudie
Cyprodinil Fungicide Pilotstudie
Diazinon-pyrimidinol TP PEC-Liste
Dinoseb Herbicide Pilotstudie
Diquat Herbicide PEC-Liste
Diuron Herbicide PEC-Liste
Diuron-3,4-Dichloroanilin TP PEC-Liste
Epoxyconazol Fungicide Pilotstudie
Ethofumesate Herbicide Pilotstudie
Fenpropidin Fungicide Pilotstudie
Fipronil Beizmittel Beizmittel
Fludioxonil Fungicide Pilotstudie
Fluopicolid Fungicide Neue Wirkstoffe
Fluopyram Fungicide Neue Wirkstoffe
Flusilazole Fungicide Pilotstudie
Flutriafol Fungicide PEC-Liste
Fluxapyroxad Fungicide Neue Wirkstoffe
Glyphosat Herbicide PEC-Liste
Glyphosat-Aminomethylphosphonic acid TP PEC-Liste
Wirkstoff Type Liste/Quelle
Imidacloprid Insecticide Pilotstudie / Beizmittel
Isoproturon Herbicide Pilotstudie
Isoproturon-3-(4-isopropylphenyl)-1-
methylurea Desdimethyl-IPU)
TP PEC-Liste
Linuron Herbicide Pilotstudie
Maneb Fungicide Bewirtschaftungsdaten
Metalaxyl Fungicide Pilotstudie
Metamitron Herbicide PEC-Liste
Metribuzin Herbicide Pilotstudie
Napropamid Herbicide PEC-Liste
Orbencarb Herbicide PEC-Liste
Oryzalin Herbicide PEC-Liste
Paraquat Herbicide PEC-Liste
Pendimethalin Herbicide PEC-Liste
Phenmedipham Herbicide PEC-Liste
Phenmedipham-3-aminophenol TP PEC-Liste
Phenmedipham-Methyl-N-(3-
hydroxyphenyl)carbamate
TP PEC-Liste
Phosalone Insecticide Pilotstudie
Pirimicarb Insecticide PEC-Liste
Propiconazole Fungicide Pilotstudie
Pyrifenox Fungicide PEC-Liste
Simazine Herbicide Pilotstudie
S-Metolachlor Herbicide PEC-Liste
S-Metolachlor-Metolachlor ESA TP PEC-Liste
S-Metolachlor-Metolachlor OA TP PEC-Liste
Tebuconazol Fungicide PEC-Liste
Tebutam Herbicide Pilotstudie
Terbuthylazin Herbicide PEC-Liste
Terbuthylazin-Desethyl terbuthylazine TP PEC-Liste
Terbuthylazin-hydroxy-terbuthylazin TP PEC-Liste
Thiacloprid Beizmittel Beizmittel
Thiamethoxam Beizmittel Beizmittel
Triadimenol-Triadimefon TP PEC-Liste
Trifloxystrobin-(E,E)-trifloxystrobin acid TP PEC-Liste
Trifluralin Herbicide PEC-Liste
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Status-Untersuchung: PECsoil– gefundene Kandidaten
Zusätzlich zu den Vorarbeiten identifizierte Wirkstoffe:
o Diquat
o Glyphosat
o Paraquat
o Flutriafol
o Trifluralin
o Terbuthylazin
o S-Metolachlor
und Transformationsprodukte:
o Hydroxyterbuthylazin
o (E,E)-Trifloxystrobinsäure
o Desethylatrazin
o Bifenox acid
o Desethylterbuthylazin
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Risikobeurteilung: Beispiel Imidacloprid
Datum Messwert
(𝛍g / kg Boden)
RQ
(BoQ: 35 𝛍g/kg Boden) NOEC-Regenwurm 178 𝛍g/kg Quelle PPDB
26.09.1995 3.8 0.128.06.2000 136.6 3.830.08.2005 24.3 0.7