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Agrarforschung

Bilanzierung ausgewählter Herbizide landwirtschaftlich genutzter Bödenim Untersuchungsgebiet "Weierbach"

LUFA - Augustenberg,
Prof. Dr. F. Timmermann und Dr. M. Mokry

Problemstellung

Im Jahr 1993 wurden in den westlichen Bundesländern ca. 29000 Tonnen Pflanzenbehandlungsmittel ausgebracht (Statistisches Bundesamt, 1995). Hierbei handelt es sich in erster Linie um Herbizide, Insektizide und Fungizide, die wie Düngemittel gezielt zu bestimmten Entwicklungsstadien der Kultur- bzw. "Nichtkultur-Pflanzen" eingesetzt wer-den. Davon abhängig gelangen 30 bis 100 % der Wirkstoffe direkt auf den Boden, der Rest auf die Pflanzen oder über Abdrift und Verflüchtigung in die Atmosphäre. Eine Reduzierung der Pflanzenschutzmittelwirkstoffe in den Kompartimenten Boden, Wasser und Luft findet durch chemischen, physikalischen und biologischen Abbau statt. Ein weiterer Teil kann jedoch durch lateralen und vertikalen Wasser- und Stofftransport mit dem Oberflächenabfluß und dem sog. Interflow in Gewässer eingetragen oder in größere Bodentiefen verlagert werden.

Ziel

Zur Quantifizierung von Verlustgrößen (ins-besondere Konzentrationsabnahme und Verlagerung in tiefere Bodenschichten) wurden im Rahmen des vorliegenden Projektes umfangreiche Freilandversuche durchgeführt mit dem Ziel, Parameter für die Modellierung zu ermitteln, die eine Bilanzierung der untersuchten Stoffe ermöglicht.

Untersuchungsmethode

Beregnungsversuche

Um den Abtrag von Herbiziden in gelöster und partikulärer Phase sowie Austrag aus dem durchwurzelbaren Bodenraum zu quantifizieren, wurden aus Gründen der Übertragbarkeit auf natürliche Verhältnisse großflächige Beregnungsversuche mit den Herbiziden Isoproturon und Pendimethalin unter definierten Bedingungen durchgeführt.

Feldversuche

Im Zeitraum März 1993 bis Mai 1994 wurden Feldversuche an sieben Standorten des Untersuchungsgebietes, die sich durch Bodeneigenschaften sowie die Hangneigung unterscheiden, durchgeführt, wobei der Wirkstoff Isoproturon in einfacher und doppelter Aufwandmenge zum Einsatz kam. Durch enge Beprobungsintervalle und starke Differenzierung nach unterschiedlichen Bodentiefen konnte umfangreiches Datenmaterial zum Abnahme- und Verlagerungsverhalten des Wirkstoffes gewonnen werden.

Von einer Lysimeteranlage am Standort VIII - neben der zentralen meteorologischen Meßstation des Untersuchungsgebietes - liegen aus dem Winterhalbjahr 1993/94 Daten einer sehr späten Herbstapplikation (Anfang Dezember) mit "worst case"-Szenario aufgrund eines überdurchschnittlich nassen Winters vor; außerdem wurde dort im Jahr 1995 eine weitere Untersuchung nach Frühjahrsapplikation durchgeführt, ebenfalls in einem überdurchschnittlich feuchten Zeitraum.

Laborversuche

Umfangreiche Laborversuche sollten Aufschluß über die Frage geben, welchen Einfluß Bodentemperatur und -feuchte auf das Abbauverhalten von Isoproturon und Pendimethalin unter kontrollierten Bedingungen haben bzw. inwieweit die Sorption durch diese Faktoren beeinflußt wird.

Ob ein Herbizid in tiefere Bodenschichten verlagert wird, hängt entscheidend von der Sorptionsfähigkeit des Oberbodens, d.h. von Ton- und Humusgehalt, ab. Zu dieser Frage wurden Sorptionsversuche durchgeführt, bei denen verschiedene Böden des Untersuchungsgebietes sowie auch Bodenmaterial aus tieferen Bodenschichten auf seine Sorptionseigenschaften hin untersucht wurde. Weiterhin sollte geklärt werden, ob eine Zunahme der Sorption mit der Zeit zu beobachten war.

Ergebnisse

Transportverhalten im Beregnungsversuch

In definierten Beregnungsversuchen wurden der Oberflächentransport gelöst und an Feststoff gebunden (partikuläre Phase) sowie die Tiefenverlagerung der Herbizide Isoproturon und Pendimethalin untersucht. Die Ergebnisse lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:

Für den feststoffgebundenen Oberflächenabtrag waren Standorteigenschaften, wie Niederschlagsmenge und -verteilung, Hanglänge und Hangneigung, Oberflächenbeschaffenheit und Bodenart, Wirkstoffeigenschaften, wie Wasserlöslichkeit, Ad-sorptions- und Desorptionsverhalten, sowie die Zeitspanne zwischen Applikation und dem Starkregenereignis ausschlaggebend. Unter den Versuchsbedingungen wurden in Abhängigkeit von der Polarität der betreffenden Wirkstoffe bis zu 4 % der applizierten Wirkstoffmenge in den Vorfluter ausgetragen.

Der größte Teil der Wirkstoffe (> 90 %) verblieb im Boden mit einer in Abhängigkeit vom Wirkstoff und Standort mehr oder weniger deutlichen Tiefenverlagerung bis unter die 40 cm-Zone. Hierbei war bei unpolaren Wirkstoffen der Transport in Adsorption mit Feinboden über Grob- und Makroporen, Bodenrissen sowie Wurzel- und Regenwurmgängen von größter Bedeutung.

Im Bereich der sog. beitragenden Flächen wurden die Wirkstoffe vornehmlich in gelöster Form umverlagert, während aus dem Erosionsrillenbereich der Wirkstoffaustrag sowohl in gelöster als auch in partikulärer Form erfolgte.

Abnahme- und Verlagerungsverhalten im Feld- und Lysimeterversuch:

Isoproturon nach Frühjahrsapplikation (1993 und 1994)

Die in den Jahren 93 und 94 durchgeführten Feldversuche machen den Einfluß der Bodenfeuchte deutlich: Im trockenen Frühjahr 93 verlief der Abbau langsamer als im feuchten Frühjahr 94. Die Halbwertszeiten von Isoproturon lagen bei 12,5 Tagen (1993) und 8,3 Tagen (1994). Die Konzentrationsabnahme von Isoproturon zeigte keine deutlichen Unterschiede zwischen einfacher und doppelter Aufwandmenge.

Bei allen Versuchen mit Frühjahrsapplikation konnte eine maximale Verlagerungstiefe bis 15 cm festgestellt werden.

Isoproturon und Pendimethalin nach Herbstapplikation (1993/94)

Über Winter verlief die Konzentrationsabnahme von Isoproturon in den Feldparzellen deutlich langsamer als bei Frühjahrsapplikation (Halbwertszeit 31 Tage). Für Pendimethalin wurde eine Halbwertszeit von 135 Tagen ermittelt.

Isoproturon wurde bis in eine Tiefe von 35-45 cm verlagert, Pendimethalin war lediglich in den
obersten 12 cm des Bodens nachzuweisen.

In den Lysimetersickerwässern wurden sehr unterschiedliche Herbizidgehalte nachgewiesen. Der Austrag an Isoproturon beträgt durchschnittlich
0,2 % der applizierten Menge, Pendimethalin wurde zu ca. 0,01 % im Sickerwasser nachgewiesen (Angaben ohne Berücksichtigung von L4). Ein Tanzsport in Makroporen läßt sich anhand der Durchbruchskurven vermuten.

Aufgrund der Schwankungen der Herbizidrückstände war eine Bilanzierung nicht möglich.

Isoproturon nach Frühjahrsapplikation mit Zusatzberegnung (1995)

In der unberegneten Parzelle wurde Isoproturon bis in ca. 50 cm Tiefe nachgewiesen, die Halbwertszeit betrug 9 Tage. Durch Zusatzberegnung kam es zu einer Verlagerung bis zu 70 cm Tiefe, die Halbwertszeit lag bei 11 Tagen.

In beiden Fällen erfolgte der größte Verlagerungsschub kurz nach Applikation.

Der Austrag an Isoproturon betrug in Abhängigkeit von der Niederschlagsmenge durchschnittlich
0,01 % (unberegnet), 0,3 % (30 mm/Woche) und
4 % (60 mm/Woche) der Ausgangskonzentration.

Laborversuche zum Abbau- und Adsorptionsverhalten von Isoproturon und Pendimethalin

Die Adsorption von Isoproturon verringert sich in tieferen Bodenschichten nur geringfügig, bevorzugte Bindung an Tonminerale kann angenommen werden.

Bei 60 % der maximalen Wasserkapazität und 25°C liegen die optimalen Abbaubedingungen für Isoproturon vor.

Das Abbauverhalten von Isoproturon zeigt in verschiedenen Böden des Meßhanges nur geringe Unterschiede (25 °C/ 40% WKmax.: 22 - 27 Tage,
15 °C/ 40% WKmax.: 46 51 Tage Halbwertszeit).

In allen drei untersuchten Böden wurde ein Anstieg des Kd-Wertes mit der Zeit festgestellt
(ca. Faktor 7).

Entscheidend für die Abbauleistung von Herbiziden im Boden ist die Jahreszeit, in der der Versuchsboden entnommen wird:

Isoproturon wurde in im Juli entnommenem Boden am schnellsten abgebaut, Pendimethalin zeige die größte Abbaugeschwindigkeit im Boden, der im Oktober entnommen wurde, während der im April entnommene Boden jeweils die geringste Abbauleistung zeigt.

Der Abbau von Isoproturon und Pendimethalin verlief am schnellsten in nicht sterilisiertem Oberboden (2 bzw. 34 % der Ausgangskonzentration nach 100 Tagen). Sterilisierter Boden zeigt bei beiden Wirkstoffen nur eine geringe Konzentrationsabnahme.

Im nicht sterilisierten Unterboden verläuft der Abbau von Isoproturon deutlich langsamer als im
Oberboden (durchschnittlich 59 % Rückstand nach 100 Tagen Versuchsdauer), Pendimethalin wird nur unwesentlich langsamer als im Oberboden abgebaut (durchschnittlich 54 %).

 

Literaturhinweis: Abschlußbericht 1997

 

Fördernde Institution
BMFT/BMBF

Förderkennzeichen
02 WA 8904/2




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