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Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK

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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,

daniel.waechter@agroscope.admin.ch2Environmental 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

Long-term monitoring of organic pollutants in soil:

a conceptual approach to select pesticides potentially accumulating in soils

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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: daniel.waechter@agroscope.admin.ch – 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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Kontakt: daniel.waechter@agroscope.admin.ch – www.nabo.admin.ch

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