Teil II: Ökologische Berwertung

Schwerpunktthema I Anwendung yon Pflanzenschutzmitteln, Teil II

den wohlhabenderen Industriel~indern das Ziel der Erhal- tung und Ausdehnung nicht genutzter Naturr/iume gr6t~e- res Gewicht. Auch hier gilt, daf~ nur eine moderne Landbewirtschaftung unter Verwendung von Dfinge- und Pflanzenschutzmitteln die Mfglichkeit bietet, Fl~ichen un- genutzt zu lassen bzw. sogar Ackerfl~chen wieder in ,,fko- logische Nischen" umzuwidmen. So wurden z.B. in der Bundesrepublik Deutschland im Wirtschaftsjahr 1988 / 89 weitere 170 000 Hektar Ackerfl/iche (2,4 v.H. der Gesamt- ackerfl~iche) zusiitzlich stillgelegt, 52,8 v.H. davon fiir mindestens ffinf Jahre [12]. Gleichwohl bedeutet jede Form der Landwirtschaft einen Eingriff in nat/irliche Kreisl/iufe. Es bleibt die Aufgabe, diese Eingriffe so gering wie m6glich zu halten und so, gemessen an einer landverbrauchenden, extensiven Landbewirt- schaftung, zu einer insgesamt deutlich niedrigeren Beein- tr/ichtigung natiirlicher Kreisl/iufe zu gelangen. Gefordert ist ein m6glichst umweltvertr/iglicher Pflanzenschutz. Ob die durchgeffihrten Pflanzenschutzmaf~nahmen chemischer, biologischer oder mechanischer Natur sind, ist im Rahmen der aufgeffihrten Ziele grunds~itzlich ohne Bedeutung.

6

[1]

[2]

Literatur

Gesetz zum Schutz der Kulturpflanzen (Pflanzenschutzgesetz) vom 15. September 1986, BGB1. I S. 1505 Vgl. dazu: G. A. NORTON: Economics of pest control, in: P. T. HASKELL: Pesticide Application, Principles and Practice. Oxford

1985, S. 175 - 189; J.-C. HEADLEY: The Economics of Pest Ma- nagement, in: R. L. METCALF, W. H. LUCKMANN: Introduction to insect pest management. London, New York 1975, S. 75 - 99

[3] Vgl. dazu: Zielstruktur des Bundesministeriums ffir Ern/ihrung, Landwirtschaft und Forsten; speziell das Teilziel D IV: Sicherung der Erholungs- und Erlebnisfunktion des l~indlichen Raumes. in: Agrarbericht der Bundesregierung 1989, Bonn 1989, S. 131 - 134

[4] Vgl. dazu: K. NATORP: Kann die Menschheit ihr Schicksal noch beeinflussen? in: Frankfurter Allgemeine Zeitung, Frankfurt/ Main, 12. 06. 1990 S. 11 und 12. Quelle: Original Weltbevfl- kerungsbericht 1989

[5] Vgl. K. NATORP: ebenda S. 11 [6] Vgl. FAO, Agriculture Toward 2000, Rome 1987, S. 66 [7] Vgl. P. v. BLANCKENBURG: Mangel und Oberschul~ - Probleme

der Weltern/ihrung, in: Hoechst AG: Zukunft der Landwirt- schaft, eine Vortragsreihe des Gesch~ftsbereiches Landwirtschaft der Hoechst AG t988, S. 3 - 27

[8] Vgl. dazu: K. NATORP: a.a.O.S. 12 [9J Vgl. C. BONTE-FRIEDHEIM: Die Rolle yon Dfingung und Pflan-

zenschutz fiir die zukfinftige landwirtschaftliche Produktion in den Entwicklungslandern, in: Hoechst AG: Zukunft der Land- wirtschaft, eine Vortragsreihe des Geschaftsbereiches Landwirt- schaft der Hoechst AG, 1988, S. 6 2 - 94

[10] Vgl. K. LEISINGER: Landliche Entwicklung und Pflanzenschutz in der Dritten Welt, Frankfurt 1989, S. 36

[11] Vgl. A. WEBER: Weltern/ihrungswirtschaft, Sonderdruck aus Hand- wfrterbuch der Wirtschaftswissenschaft, Stuttgart, New York 1980, S. 614

[12] Vgl. Bundesministerium ffir Ernfihrung, Landwirtschaft und For- sten: Statistisches Jahrbuch fiber Ern~ihrung, Landwirtschaft und Forsten der Bundesrepublik Deutschland 1989, Miinster-Hilt- rup 1989, S. 392

Teil II: Okologische Berwertung*

W. Pfliiger

Bayer AG, Pflanzenschutz Umweltforschung, Institut ffr Okobiologie, W-5090 Leverkusen

Zusammenfassung. Die Umweltsicherheit yon Pflanzen- schutzmitteln wird durch detaillierte Risikoabsch~itzungen opti- miert. Dem einfachen Vergleich von mfglichen Umweltkonzentra- tionen und Wirkungspotential f f r zahlreiche Organismen folgen, sofern Nebenwirkungen nicht auszuschlief~en sind, Betrachtungen der 6kologischen Bedeutung und Vertretbarkeit, Risiko-(Wahr- scheinlichkeits-)fiberlegungen und Nutzen-Risiko-Abw~igungen. Umweltwirkungen erscheinen in der Regel dann 6kologisch vertretbar, wenn sie im Rahmen des natfirlichen Vermehrungspoten- tials der Organismen ausgeglichen werden k6nnen bzw. voraussehbar leicht und nicht nachhaltlg sind. Die Verknfipfung der Wirkstoffpriifungen in einem ,Stufensystem" und die Beurteilung wird an Beispielen aus dem terrestrischen und aquatischen Bereich dargestellt. Die starke Beanspruchung der Umwelt durch die schnell wachsen- d e Menschheit wfirde bei extensiver Landbewirtschaftung ohne Einsatz von Pflanzeaschutzmitteln weit drastischere Folgen haben. Mfglichst geringe Umweltwirkungen sind ein hochrangiges Ziel industrieller Entwicklungen. Die Bereitstellung einer ausreichen- den Palette yon Wirkstoffen ist Voraussetzung fiir eine gute Anpas- sung der PflanzenschutzmatJnahmen unter 6kologischen Gesichts- punkten. Ein Oberma8 an Anforderungen ffir die Zulassung von Pflanzenschutzmitteln kfnnte jedoch weitere Entwicklungen zum Erliegen bringen.

1 Problemstellung

Zu den 6kologischen Folgen der Vermehrung und Bedarfs- steigerung der Menschheit gehfrt, daf~ es kaum noch ,,na- tiirliche Okosysteme" gibt, die nicht in irgendeiner Form vom Menschen beeinflu~t w~iren (REMMERT 1989). Die fruchtbarsten Bfden werden fiir den Anbau von Kultur- pflanzen benftigt, die auf hohen Ertrag und Bekfmmlich- keit fiir Menschen und Nutztiere setektioniert sind. Ihre ,Bekfmmlichkeit" beruht auch darauf, daf~ sie weniger der teilweise hochtoxischen Naturstoffe enthalten, welche Wildpflanzen zum Schutz vor Sch~idlingen produzieren (z.B. das Alkaloid Solanin und andere in der Kartoffel, s. R. C. BHER 1990). Dadurch steigt der Frat~druck ungela- dener Konkurrenten, die damit zu ,,ScMdlingen" werden. Ohne wirkungsvolle Bek~impfung der ,Schfidlinge" wfrde sich die Menschheit in weiten Teilen selbst aufgeben. Effi- zienter und wirkungssicherer Pflanzenschutz beruht auch in

* Ein Beitrag zuna Thema ,Hygienesch~idlinge ~ erscheint in einer der niichsten beiden Ausgaben yon UWSF.

UWSF-Z. Umweltchem. Okotox. 3 (3) 1991 159

Anwendung yon Pflanzenschutzmitteln, Teil II Schwerpunktthema I

absehbarer Zukunft wesentlich auf chemisch-synthetischen Wirkstoffen,

Eine 6kologisch ausgerichtete Risikoabschfitzung im Pflan- zenschutz dient dazu, m6gliche Nebenwirkungen auf Um- weltorganismen zu erkennen und, sofern sie unvermeidbar sind, in einem nach wissenschaftlichen Gesichtspunkten vertretbaren Rahmen zu halten. Die Schonung der natiirlichen Ressourcen und eine Begrenzung der Pflanzenschutz- mittelanwendung auf das notwendige Marl sind allgemein akzeptierte Forderungen. Leitschnur kann dabei nicht ein absolutes Minimierungsgebot der Einzelmat~nahme sein (so wenig wie irgend m6glich, ,,koste es, was es wolle"), sondern nut eine abw~gende Optimierungsstrategie, die sich an den Zwecken und den vernfinftigerweise erreichbaren M6glichkeiten orientiert (wie es in der Technik das ,,ALA- RA"-Prinzip beschreibt, ,,as low as reasonably achievable").

2 Prinzipien der Risikoabschiitzung

Zur Risikoabsch~itzung wird die m6gliche Umweltkonzen- tration (,,Exposition") der Wirkung auf repr~isentative Or- ganismen gegenfibergestellt (vgl. Ausgabe 1/91 von UWSF, insbesondere die Rubrik ,,(Dkologische Untersuchungen").

LC50/LD50 EC50

NOEC/NOEL

LOEC/LOEL

LLC

MATC

2.1 Wirkung

Die international wichtigsten Prfiforganismen sind - Algen (Grfinalgen wie Scenedesmus sp,) - Wasserfl6he (Daphnia magna) - Fische (Regenbogenforellen, Orfen u.~.) - Bienen - V6gel (Wachteln u.a.) - S~iugetiere (Mfiuse, Ratten u.a.)

In Deutschland und einigen weiteren Staaten kommen dazu z.B. noch

- Bodenmikroorganismen (Stoffwechsel) - Regenwfirmer (Eisenia fetida) - ,,Nutzarthropoden" (R~iuber und Parasiten von Sch~id-

lingen).

[m Laborversuch werden als Mat~ der Toxizit~it Median- und / oder Schwellenwerte ermittelt, z.B.:

mittlere letale Konzentration/Dosis mittlere Wirkungskonzentration (z.B. nicht letale Symptome, Bewegungsverlust bei Wasserfl6hen, Teilungshemmung bei Algen) (h6chste) Konzentration/Dosis ohne beobachtete Wirkung niedrigste Konzentration/Dosis mit beob- achteter Wirkung niedrigste Konzentration mit letaler Wir- kung geom. Mittel von NOEC und LOEC als Mat~ der Wirkungsschwelle (vor allem in USA verwendet).

2.2 Exposition

H6he uud Vertauf der ,,Expositionen" ergeben sich aus den Aufwandmengen in der Kultur, den Eigenschaften der Stof-

fe, Wetter- und Klimabedingungen, Anwendungszeitpunk- ten etc. So kann man z.B. in erster Ann~iherung ffir einen Aufwand von 100 Gramm Wirkstoff je Hektar von den in Tabelle 1 aufgeffihrten Faustzahlen ausgehen.

Tabelle 1: Maximale Anfangskonzentrationen eines Stoffes naeh Aus- bringung yon 100 g/ha

- Wirkstoff je m 2 Kulturfl&che - Verteilt auf obere 5 cm Boden

10 mg/m 2 0,13 mg/kg Tr.gew.

(Dichte 1,5), ohne Pflanzenbewuchs - MSgliche Abdrift

in 5 m Entfernung von Raumkul- ca. 0,5 mg/rn 2 turen (Obst), bei 2 , 5 - 3 , 5 m/s Windgeschw. (ca. 5 %) (1) in 10 m Entfernung von Raum- 0,1 - 0 , 2 mg/m 2 kulturen, (ca. 1 - 2 %) (1) in 5 m Entfernung von Fl&chen- unter 0,1 mg/rn 2 kulturen (Acker) (unter 1 % )

- M6gliche Konzentration am feld- 0,0005 mg/I seitigen Rande eines 1 m tiefen Gew&ssers in 5 m Abstand von Raumkultur (bei 5 % relativer Abdrift)

gleiches Gew~sser in 10 m Abstand von Raumkultur

- Typische Maximalreckst&nde auf gespritzten Bl~ttern und kleinen Insekten (2)

auf mitgespritzten Samen und groSen Insekten (2) ca. 0,3 mg/kg

0,0001 - 0,0002 mg/I

ca. 3 mg/kg

(1) Nach Versuchen in deutschen Obst- und Rebanlagen 1989 (KERSTING et al. 1990)

(2) Nach Messungen von HOERGER und KENAGA (1972)

2.3 Gef/ihrdungspotential und 6kologische Vertretbarkeit

Ergeben sich beim Vergleich der m6glichen Umweltkon- zentration unter ungfinstigen Bedingungen (,,highest likely level" oder ,,reasonable~worst case") und der biologischen Wirkung ausreichende Sicherheitsfaktoren, so ist k~in Ge- fiihrdungspotential (,,hazard") gegeben, d.h., der Stoff kann in bezug auf betrachtetes Kompartiment und Organis- mus als ungef~ihrlich gelten (~ Abb. 1). Das trifft meistens zu, doch in einigen F~illen lfirlt sich nicht ausschlierlen, darl die Expositionen zeitweise in den Wirkungsbereich ge]an- gen. Dann ist zu fiberprfifen, ob das (theoretische) Gef~hr- dungspotential in der Praxis tats/ichlich zu nachteiligen Wirkungen ffihrt und ob 6kologisch gravierende und nachhaltige Sch~iden zu beffirchten sind.

F~r die 6kologische Bewertung von Wirkungen und Wir- kungspotentialen lassen sich einige Grundregeln ableiten. In der Praxis kann man Wirkungen als vertretbar bezeich- nen, die

1. im Rahmen des natfirlichen Vermehrungspotentials der Organismen ausgeglichen werden k6nnen,

2. voraussehbar leicht oder nicht nachhaltig sind.

Mat~stab des C)kologen sind dabei Arten und Populationen, nicht Einzelindividuen, sowie die Leistungsf/ihigkeit von Wirkungsgefiigen (Okosystemen). Den Artbegriff verwendet auch das deutsche Pflanzenschutzgesetz (5 2, 6.) bei seiner Definition des Naturhaushalts.

160 uwsF-z Umweltchem. Okotox. 3 (3) 1991

Schwerpunktthema I Anwendung yon Pflanzenschutzmitteln, Tell II

Die Organismengruppen sind dabei sicher nicht gleichartig zu bewerten. Bei Mikroorganismen und Plankton steht eher die Funktion, z.B. far die Bodenfruchtbarkeit, far die Selbst- reinigung der Gewasser oder fiir die ,,Nahrungskette" im Vordergrund; ihre hohe ,,Repopulationsfahigkeit" ist vor allem bei kurzfristigen Einflfissen wichtig, wie sie f f r viele Pflanzenschutzmittel typisch sind. Ein h6herer Stellenwert ist Organismen mit geringer Individuenzahl und Vermeh- rungsrate einzuraumen, deren Populationsaufbau langere Zeit beansprucht, wie das bei vielen Wirbeltieren der Fall ist. Hier treten Gesichtspunkte des Natur- und Artenschut- zes starker in den Vordergrund.

2.4 Risiko

Das eigentliche ,,Risiko" ist eine Haufigkeitsfunktion. Es bezieht sich auf die Wahrscheinlichkeit, daf~ eine ungiinsti- ge Konstellation eintritt und zu einem Schaden ffhrt. Risi- kobetrachtungen sind umso wichtiger, je extremer die ,,worst case"-Annahmen bei der Abschatzung des Gefahr- dungspotentials gewahlt werden, d.h., je unwahrscheinli- cher ein Schadenseintritt wird.

, , l ~ : ~ e n U ~ ,,

Abb. 1: Prinzip der Absch~itzung und Bewertung der 6kologischen Ri- siken von Pflanzenschutzmitteln

Eventuelle Schadensrisiken kann man vor allem durch Min- derung der Exposition (,,risk management") begrenzen, z.B. dutch Verbesserung der Formulierung, Optimierung der Anwendung, Beschrankung der Indikationen oder andere Auflagen.

Schlief~lich sind Nutzen und Risiko einer Anwendung abzu- wagen und die Bedeutung nachteiliger Nebenwirkungen gegen die Nachteile bei NichtOerwendung zu stellen. Im Hinblick auf Ressourcenschonung, Gesamtheit der 6kolo- gischen Nebenwirkungen und Alternativen k6nnen sich manche unerwtinschten Wirkungen gleichzeitig auch posi- tiv darstellen. Langsamer Abbau eines Wirkstoffes - im Hinblick auf Rfickstande unerwfinscht - erspart h/iufige Nachbehandlung und errn6glicht damit auch die Schonung der Ackerflache und eine Reduktion des Energieaufwandes. Herbizide k6nnen in abfallendem Gelande bodenstabilisie- rend wirken, da Boden mit abgestorbenen Unkrautern bes- ser vor Erosion geschfitzt ist als z.B. mechanisch entkrau-

tete, gelockerte Erde; in anderen Fallen ist ,,biologische" Bodenstabilisierung durch Untersaat sinnvoll. Bestimmte Formen reduzierter Bodenbearbeitung (,,conservation tilla- ge") werden erst durch Herbizideinsatz m6glich.

3 Stufenkonzept der Ausprfifung

Aus der grof~en Zahl der Organismen k6nnen sinnvoll nur wenige reprasentative Arten geprfift werden. Auch far die Abschatzung von Expositionsh6he und -kinetik braucht man nur eine begrenzte Zahl yon Standardprfifungen. Die Aussagekraft der ersten LaborprOfungen ffr die Risikoab- schatzung hat aber noch eine gewisse Schwankungsbreite, so daf~ nicht immer Sicher genug beurteilt werden kann, ob potentielle Risiken im vertretbaren Bereich liegen. Man hat daher Konzepte zur stufenweisen Auspri~fung von Stoff- eigenschaften und Wirkungen entwickelt, welche die effiziente Auswahl aus einer grof~en Zahl von Prfifungstypen erlauben sollen (z.B. FAO 1985, US-EPA 1986).

In Abb. 2 ist schematisch dargestellt, wie die Bandbreite der Aussagen aus Standard-Laborpr6fungen eines Stoffes A innerhalb des vertretbaren Bereiches in der Risikoabschat- zung liegt. Die vorwiegend akuten Pr/ifungen der Stufe 1 k6nnen vor allem dann ausreichen, wenn die Exposition kurz ist und mit der Wirkstoffklasse schon hinreichende Er- fahrungen vorliegen. Die Aussagen nach Stufe 1-Priifungen des hypothetischen Stoffes B dagegen lassen eine Abschatzung der Vertretbar- keit noch nicht zu. In diesem Fall ist angenommen, dag auch Prfifungen der Stufe 2 (erweiterte Laborteste, vorwiegend chronisch bzw. langerfristig) noch keine Entscheidung erlauben. Erst praxisnahe Beobachtungen im Freiland bzw. Halbfreiland zeigen hier, ob tatsachlich mit gravierenden und nachhaltigen Wirkungen, also 6kologischen Schfiden, zu rechnen ist. Dabei kann man bei ein und demselben Wirkstoff far verschiedene Organismen oder Indikationen zu verschiedenen Aussagen kommen. Beispielsweise k6nnte ein potentiell fischtoxisches Insektizid in der direkten Was- serapplikation (etwa gegen Stechmfickenlarven) zu unver- tretbaren Gefahrdungen der Fischbestande f~hren, wah- rend bei der Anwendung gegen Obstschadlinge die viel geringere maximale Kontamination aus Abdrift welt im vertretbaren Bereich liegen kann (~ Abb. 2, Beispiel B3 links und rechts). Generell geht der Trend in den h6heren, praxisnaheren Stu- fen in Richtung einer schwdcheren Wirkungsausprdgung. Das liegt einmal an den bewuf~t scharf und auf Erkennung potentieller Wirkungen ausgelegten Standard-Laborversu- chen, zum anderen daran, daf~ die Konzentrationsminde- rung des Wirkstoffs (Expositionskinetik) dutch Verteilung, Adsorption und Abbau in praxisnaheren Versuchen starker zum Tragen kommt. Beispielsweise wird in aquatischen La- borversuchen haufig im Durchfluf~system gearbeitet, wobei standig neues Wasser mit der vorgesehenen Wirkstoffkon- zentration zugefiihrt wird, auch wenn der Wirkstoff im Wasser rasch abbaut. Aut~erordentlich bedeutsam ist ferner die Adaptation nat6rlicher Organismenpoputationen an Umwelteinflfisse, die im Labor nicht berficksichtigt wird.

UWSF-Z. Umweltchem. Okotox. 3 (3)1991 161

Anwendung yon Pflanzenschutzmitteln, Tell II Schwerpunktthema I

Stufenweise Auspr0fung yon Priiparaten (in Anlehnung an FAO-Schema)

Stufe "Monitoring" im 4- Praxiseinsatz

Halbfreiland- 3 - und Feldstudien

Erweiterte 2 - Laborpriifungen

Standard 1 Laborpr(ifungen

Trend Vertretbarkeits- Beispiel: grenze aquatischer Bereich

~ i Bestandsaufnahmen yon Organismengruppen;

[ [ : (B3) Gew&sserbeprobung

Plankton, Fisehe; Verteilung und Abbau der Substanz

[ :: :-=II-D.~ Fisch und Daphnia chronisch; Abbau und Verteilungskonstanten

:-,41--~---~.~-~-~-,-'-ID,- Fisch und Daphnia akut; \'i!, Algen

unvertretbare Umweltwirkung

Schwankungsbereich der Aussage

vertretbare

Abb. 2: Trend zur schwacheren Wirkungsauspr~igung in praxisn~iheren Prfifungen

Ein verbreitetes Mit~verst/indnis besteht darin, daft alle Stu- fen nacheinander zu durchlaufen seien, oder daf die - erheblich aufwendigeren - Priifungen h6herer Stufen allein durch hohe Toxizit~iten oder bestimmte Stoffeigenschaften (wie FRichtigkeit, Stabilitat oder Lipophilie) sinnvoll und notwendig wfirden. Ein starr gehandhabtes ,,trigger"(Aus- 16ser)-System, wie es besonders im US-Zulassungsverfah- ten angelegt ist, kann in der Tat zu solchen Fehlentwicklun- gen ffihren. In Wirklichkeit m6ssen auch Stufensysteme fie- xibel gehandhabt werden, wenn man nicht in grot~em Ausmafl Ressourcen fehlleiten will. Die Priifungen haben den Sinn, Risiken zu erkennen und abzukl~iren. Sobald das mit hinreichender Aussagekraft m6glich ist, ist der Zweck der Pr6fungen erRillt. Im Einzelfall k6nnen durchaus gute Beobachtungen, z.B. aus Versuchen zur biologischen Wirk- samkeit, zusammen mit den Standard-Laborpriifungen ausreichen oder die Laborprfifungen wegen aussagekr~iftigerer Freilandbefunde ganz entfallen (z.B. bei Nfitzlingen, for die bei manchen /ilteren Pr~iparaten gute 6kologische Studien vorliegen). Systematische Feldstudien sind nut in sehr begrenztem Ma- t~e sinnvoll, da Reproduzierbarkeit und Ubertragbarkeit eingeschr/inkt sind und die Interpretation der Ergebnisse iin Einzelfall sehr schwierig sein kann (vgl. auch 1/91 UWSF, S. 12 if.).

tung der wissenschaftlichen Okologie erwarten lassen k6nnte (PrLOGER 1989, 1990). In einer holl~indischen Studie (DORTLAND 1980) ergab sich im Vergleich der nach den Laborversuchen vorausgesagten und der im Freilandversuch bei entsprechenden Konzentra- tionen - in diesem Fall sogar langfristig aufrechterhalten

- beobachteten Wirkungen auf 7 Arten von Wasserorga- nismen kein Fall, in dem die Wirkung im Gew/isser h6her gewesen w~ire als im entsprechenden Laborversuch (-' Tabelle 2).

TabeUe 2: Aus Laborversuchen vorhergesagte und im Freilandge~vfis- ser beobachtete Wirkungen (vor/nach dem Schrfigstrich) yon Parathion und Azinphosmethyl. [+] Wirkung, [ - ] keine Wirkung, [+ ] Wirkung fraglich, [o] Daten unzurei- chend (aus DORTLAND 1980, Tabelle 42).

Art Parathion Azinphos- methyl

0,2 mg m -3 0,5 mg m -3 1 mg m -3 1 mg m -3

Daphnia spp. Simocephalus vetulus Chydorus sphaericus Graptoleberis testudinaria Asellus aquaticus Chaoborus crystallinus Cloeon dipterum

- / - +/+ +/+ +/+ - / - + / - +/+ +/+ - / - +1+ +/+ + / - - / - + / - +/+ + / - - ~ - ~ - ~ +lo - / - + / - + /+ - / - - /0 +10 +/0 - /0

4 Der aquatische Lebensraum

Gut ausgearbeitete Priifrichtlinien existieren heute fiir aquatische Organismen aller Stufen der ,,Nahrungskette". Auch Verteilung und Abbau tier Stoffe k6nnen recht gut abgesch~itzt werden. Die lDbertragung der Ergebnisse von Einzelarten auf aquatische Okosysteme bereitet bei prag- matischer Betrachtung der wesentlichen Elemente erfah- rungsgem~if weniger Schwierigkeiten, als die Zur6ckhal-

Ein Problem stellt die Absch/itzung der Kontamination von Gew/issern dar, da f~r generelle Voraussagen kaum MeG werte zur Verffigung stehen, sondern auf ,Standardszena- rien" zur6ckgegriffen werden muff. Ein Wirkstoffeintrag ins Gew/isser kann z.B. durch Auswaschung, Erosion oder Abdrift erfolgen. Die wichtigste Kontaminationsquelle bei Spritzpr~iparaten ist die Abdrift. Hier l~iflt sich vergleichs- weise einfach ein Standardszenario festlegen. Bei Ausbringung direkt auf den Ackerboden oder niedrige

1 6 2 UWSF-Z. Umweltchem. Okotox. 3 (3) 1 9 9 1

Schwerpunktthema I Anwendung von Pflanzenschutzmitteln, Teil II

Kulturen ist die auf den Boden gelangende Abdrift schon in wenigen Metern Abstand vom Feldrand so gering, daf~ man sie fast vernachl~issigen kann (vgl. MAAS und KRASEL 1988). Bei der Anwendung in Raumkulturen wie im Obst- bau f~illt die Abdrift, gemessen als Bodendeposit, mit dem Abstand exponentiell ab. Abb. 3 zeigt Mef~werte aus einem Obstbauversuch yon KERSTING und INKMANN-KOCH (Bayer AG) am Niederrhein im Jahre 1989. Die Windgeschwindig- keit war 2 , 5 - 3 , 5 m/s , die Windrichtung ging quer zur Pflanzung und Fahrtrichtung des Gebl~ises auf das offene Met~feld. Der Wirkstoff in Probengef~if~en auf dem Boden wurde quantitativ bestimmt und auf Niederschlag je m 2 umgerechnet. Die Kurve zeigt die Werte in Prozent der in der Kultur je m 2 ausgebrachten Menge.

12

/ ~e

x

~* ~ x

1() 15 28 25 30 Abstand in Mefer[m]

Abb. 3: Exponentiell abnehmender Bodenniederschlag von Wirkstoff aus Abdrift im Obstbau. Windgeschwindigkeit 2,5 - 3,5 m/s. Ordinate in Prozent der Aufwandrate

Unter diesen Bedingungen, welche der sog. ,,Guten landwirtschaftlichen Praxis" entsprechen, wurde in 5 m Entfer- hung vom Feld ein Niederschlag yon etwa 5 % der Aufwandrate gemessen, in 10 m Entfernung 1 - 2 %. Rechnet man diese Mengen auf einen Wasserk6rper um - z.B. ein Fischgew~isser von 1 m Tiefe - so erh~ilt man eine N~herung f~r die Konzentration, der Wasserorganismen dutch Abdrift bei windigem Wetter ausgesetzt sein k6nnen ( ~ Tabelle 1).

Die Wirkung ist eine Funktion.von Toxizit/it, Expositions- h6he und -dauer. Bei der Wirkungsabsch~itzung spielt daher der Expositionsverlauf (Kinetik) des Stoffes eine wichtige Rolle. Typischerweise wird der theoretische Maximal- wert im Gew~isser nicht oder nur kurzfristig erreicht.

Besonders niedrig ist die Konzentration im Wasserk/~rper nach Applikation von hochadsorptiven Stoffen wie den Py- rethroiden. Abb. 4 (oben) stellt die Verteilung und den Ab- bau des Wirkstoffs Cyfluthrin in einem stehenden Gew~isser dar (HEIMBACH et al. 1988). Die Substanz verteilt sich von der Oberfliiche, auf die sie app]iziert war, innerhalb einiger Stunden in den Wasserk6rper und sedimentiert innerhalb von 7 - 14 Tagen. Im Sediment wird sie in einigen Wochen weitgehend abgebaut. Der im freien Wasser analysierte Wirkstoff ist zum grof~en Teil an Schwebstoffe adsorbiert und dadurch in seiner ,,Bioverffigbarkeit" stark einge- schriinkt.

In Abb. 4 (unten) ist die biologische Wirkung dargestellt. Fische, Algen und Teile des Zooplanktons wurden nicht

% der applizierten Menge

100

10

1250

1000

750

500

250

12,5 g ai/ha

"%.%

i ",. / \ ,,

Wasserobe~l~che k ~m ies Wasser

l'h 4'h l'd ~ ~ 1~ 2~ 5~ Stunden bzw. Tage nach Applikation

Zahlder Kleinkmbse/Liter

1500 '%~ ,,,,,,,,,,,,, Kontrolle . . . . . . 2,5 g ai/ha

12,5 g ai/ha

! : / /-.., ",,,,,

-14 -5 0 1 4h l d 2 7 14 28 42 56 70 Stunden bzw.'rage nach tier Applikation

Abb. 4: Oben: Verteilung und Abnahme der Konzentration eines Pyrethroids in einem Gew/isser nach Applikation von 12,5 g Wirkstoff/ha auf die Wasseroberflfiche U n t e n :

Vorfibergehende Depression des Kleinkrebs-Planktons. Mit Wirkstoffabnahme im freien Wasser bauen die Populationen nach 2 bis 7 Tag'en wieder auf

beeintr~ichtigt - dagegen kam es zu einer vor(ibergehenden Depression einiger Wasserfloharten. Die Populationen bau- ten jedoch mit dem Absinken der Wirkstoffkonzentration nach einigen Tagen wieder auf, nach gut 2 Wochen war kein Unterschied mehr zur unbehandelten Kontrolle vorhanden (in diesem speziellen Versuch waren fibrigens die applizierten Mengen erheblich h6her gew/ihlt, als aus Ab- drift maximal zu erwarten w~ire), fiihnliche Bilder erh~ilt man auch nach Einbringung von Phosphors~iureestern im Bereich der Wirkungskonzentration (DORTLAND 1980; CROSSLAND 1984).

Die meisten Studien dieser Art werden in stehenden Gew~issern durchgeffihrt. In Flief~gewfissern spielt der Zeit- und Verdi~nnungsfaktor eine viel gr6t~ere Rolle. In einer kurzfristig dnrchfliel~enden Welle k6nnen Konzentrationen ohne Schadwirkung bleiben, die erheblich fiber den wirksa-

UWSF-Z. Umweltchem. Okoto• 3 (3) 1991 163

Anwendung yon Pflanzenschutzmitt~ln, Tell II Schwerpunktthema I

men Laborkonzentrationen liegen. Fliet~gewfisser werden meist nicht gesondert betrachtet, da stehende Gewfisser den ,,worst case" darstellen. Die for Risikoabsch/itzungen im Pflanzenschutz wesentlichen Lebensr~iume sind Gew/isser in h~iufig dichtbesiedel- ten, landwirtschaftlich und industriell genutzten Regionen. Mancher Graben und Teich ist speziell zur technischen Nutzung angelegt women und nicht ,natiirlich" vorhanden (z.B. Bew/isserungssysteme, KOhlwasser, L6schteiche). Hier ist es wohl sinnvoll, einen Bereich der ,,Technosph/ire" mit anderen Mat~st/iben zu messen als eine naturnahe ,,Bio- sph/ire".

Dauer:

5 Der terrestrische Lebensraum

Die Okologie landlebender Organismen ist zumindest expe- rimentell meist schwieriger zu bearbeiten als im aquatischen Bereich. Dennoch hat ]nan in den vergangenen Jahrzehnten erhebliche Fortschritte in der Erarbeitung yon PrOfverfahren und Beurteilungskriterien for Pflanzen- schutzmittel gemacht. Dies wird bier am Beispiel von Bo- denmikroorganismen und V6geln illustriert.

5.1 Bodenmikroorganismen

Neben Bodenart und -struktur, Klima und Feuchtigkeit ist der Umsatz und die ,,Mineralisierung" (Abbau zu Kohlen- dioxid, Wasser etc.) der organischen Materie durch Mi- kroorganismen von entscheidender Bedeutung for die sog. Fruchtbarkeit des Bodens. Der gr6t~ere Tell der mikrobiellen Biomasse des Bodens besteht aus Pilzen, der kleinere aus Bakterien. Ferner spielen Einzeller, WOrmer und Boden- arthropoden eine Rolle als ,,Prim~irdestruenten".

Man hat besonders in Deutschland frfihzeitig begonnen, die Nebenwirkungen von Pflanzenschutzmitteln auf die Mi- kroorganismen des Bodens zu bestimmen. Nach langj~ihri- gen Versuchen stellten sich Testverfahren als geeignet heraus, welche die funktionellen Leistungen der Mikroor- ganismen messen, vor allem den Kohlenstoffzyklus (At- mung) und den Stickstoffzyklus. Fiir einen Atmungstest im Labor wird z.B. eine natOrliche Mikrobenflora in einer Bodenprobe durch Untermischen yon Luzernepulver ,,gefiittert". Man beobachtet in den fol- genden Tagen und Wochen einen Anstieg der Kohlendi- oxidproduktion als Atmungsprodukt bei der Umsetzung des Pflanzenmehls (~ Abb. 5). Proben mit zus~itzlich ein- gemischtem Pflanzenschutzmittel ze]gen lm dargestellten Beispiel eines fungiziden Wirkstoffs eine leichte Verz6ge- rung der Veratmung: erwartungsgem~if~ hat das Fungizid eine Wirkung auf einen Tell der Bodenpilze, die Einbuf~en werden jedoch wenig sp~iter kompensiert. Bei vielen anderen Wirkstoffen tritt bei praxisgemfif~er Dosierung {iber- haupt keine mef~bare Wirkung auf. Auch hier stellt sich die Frage nach der Bewertung. Dazu wurden Kriterien entwickett, die sich an den natfirlichen Schwankungen der Populationen orientieren (DoMSCH et

al. 1983). In den oberen Zentimetern eines natiirlichen Bo- dens wird z.B. dutch Austrocknung oder Gefrieren h~iufig die Mehrzahl der Mikroorganismen abget6tet. Daran sind

mg CO2/100 g Boden 8 Tage 100 0 [] 90 , ~ / ~ (empfohlene

/ 1 ~ / V ufwandmenge) 8O ohne I I 1 / ~

CAPTAN .~-,,~] I [ ~l, 70 (Kontrolle) / 1~ ~ ~l,,~. CAPTAN

.o

4o. / / smal3:

30 /O n~" 50% ~0,,,,,,,~ 0

10

0 , , |

0 1 2 4 8 1'6 12 64 Tage

Abb. 5: Einfluf~ eines Fungizids (Captan) auf den mikrobiellen Abbau von Luzernemehl im Boden Kohlenstoffzyklus)

die Populationen adaptiert, sle bauen sich bei h6heren Temperaturen und Befeuchtung schnell wieder auf. Sicher- heitshalber toleriert man bei Pflanzenschutzmitteln erheblich geringere Schwankungen als in der Natur (BBA 1990), doch haben sich auch dabei for die heute gebr~iuchlichen Pr~iparate keine wirklich kritischen Resultate ergeben. Nach langjiihrigen PrOfungen kann man damit wissen- schaftlich nachprfifbar die Erfahrungen der Praktiker als bestfitigt ansehen: .Obwobl Agrochemikalien seit vielen Jahrzehnten, teilweise in gr6flerer Zahl und mit bet~;~'chtli- chen Aufwandmengen, auf und in unsere Ackerb6den gelangen, konnte offensichtlich bisher keine nachhaltige Beeintrdchtigung der Bodenfruchtbarkeit nachgewiesen werden" (MALKOMES 1989). Der Hohenheimer Bodenbio- loge OTTOW (1985) kam nach ausfiihrlicher Diskussion der Bodenfunktionen und Fruchtbarkeitskomponent~n, die durch mikrobielle T~itigkeit und damit potentiell dutch Pflanzenschutzmittel beeinfluf~t werden k6nnen, zu dem Schluf~" ,,Im Gegenteil: sachgerechter Einsatz der modernen landwirtschaftlichen Betriebsmittel hat die fruchtspezifi- schen Ertrdge in den zuridckliegenden Jahrzehnten eindeu- tig gesteigert."

5.2 V6gel

Den V6geln wird traditionell eine besondere Bedeutung zu- gemessen. Das liegt nicht nur an der affektiven Wertschfit- zung, sondern auch an der besonderen Exposition in der Landwirtschaft, insbesondere von K6rner- und Frfichtefres- sern, von denen sich nicht wenige dem Landwirt als Sch~idlinge darstellen. Der Pflanzenschutz soil einerseits helfen, Schadfraf~ zu verhindern, andererseits nicht zu Vogelschfi- den f~hren. Die Vermeidung von schfidlichen Wirkungen auf V6gel setzt aussagekrfiftige Priifmethoden voraus. Als Laborteste sind insbesondere die toxikologischen Bestimmungen der

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Schwerpunktthema I Anwendung yon Pflanzenschutzmitteln, Teil II

LDS0 (Toxizit~it einer einmaligen Dosis) und der LC50 (Toxizit~t bei Verabreichung im Futter) zu nennen. Ein weiterer Test prfift die Reproduktionsleistung der V6gel. Im Gegensatz zu aquatischen Organismen, die eventuellen Kontaminationen des umgebenden Wassers nut begrenzt entgehen k6nnen, spielt jedoch die aktive Vermeidung der Wirkstoffaufnahme bei V6geln - wie auch bei anderen terrestrischen Organismen - eine entscheidende Rolle. Bei- spielsweise ist der insektizide Wirkstoff Methiocarb im Laborversuch durchaus vogeltoxisch. Setzt man ihn jedoch vorschriftsm~gig ein, z.B. zur Beizung von Maissamen, er- weist er sich als auf~erordentlich wirksames Vogelab- schreckmittel. Ein Fasan, zu dessen bevorzugter Nahrung die Maissamen geh6ren, beginnt zwar zun/ichst mit einem ,,Probierfraf~"; die mit einigen K6rnern aufgenommene Dosis liegt dabei weit unterhalb der Schadensschwelle. Der f~r den Vogel extrem schlechte Geschmack h~ilt ihn jedoch nachhaltig von jedem weiteren Fraf~ auf dem Feld ab. Im Versuch wfirde er eher verhungern als weiterzufressen. Ei- ne wichtige Hilfe ffir den Lernprozet~ ist die Einf~irbung des behandelten Saatguts. Die ungewohnte Farbe 1/if~t ihn nicht nur vorsichtiger probieren, sondern wird auch sehr schnell mit dem - durch den Wirkstoff verursachten - schlechten Geschmack assoziiert (HERMANN et al. 1971). Das Gleiche gilt auch f~r andere Vogelarten (GREIG-SMITH 1987; GUA- RfNO 1972).

In Deutschland wird diese Verhaltenskomponente mit ei- nero sog. Annahmetesr (BBA 1981) gepr6ft; ~ihnliche Teste gibt es in einigen anderen Landern. Hungrige Wachteln be- kommen im Gehege unbehandeltes und behandeltes Futter (oder Granular) ausgestreut: bei gutem VergSllungseffekt suchen die Tiere nach kurzer Lernphase das unbehandelte Futter heraus und vermeiden trotz zunehmenden Hungers das behandelte. Auch potentiell vogeltoxische Prfiparate k6nnen daher als Granulate oder Beizmittel eingesetzt werden, wenn sie eine hinreichende Abschreckwirkung haben. Dennoch kann es unter bestimmten Sonderbedingungen in der Praxis zu Vogelschfiden kommen. Organisierte Ober- wachungssysteme und Analysen yon Schadensf~illen in vielen Landern geben ein Bild yore Umfang und yon den Ur- sachen und erlauben dadurch gezielte Gegenmaf~nahmen. Die Vertretbarkeit von Wirkungen kann man 6kologisch daran messen, ob eventuelle Sch~iden wieder ausgeglichen werden k6nnen. Bei der Abschatzung der Populationsge- f~hrdung ist ein umso strengerer Ma/~stab anzulegen, je geringer Individuendichte und Reproduktionsleistung und je 1/inger die Generationsdauer ist (ROTHERT et al., 1990). Das trifft insbesondere ffir bedrohte Arten in ihrem natfirlichen Verbreitungsgebiet zu (vgl. auch 1/91 UWSF, S. 15). Diese in den Industrielfindern traditionelle, auf Gef~hr- dungspotentiale individueller Stoffe bezogene Risikominde- rung hat zu insgesamt befriedigenden Erfolgen geftihrt. Eine pauschale, generelle Einschrfinkung des Einsatzes von Pflanzenschutzmitteln dagegen w/irde kaum zu einer be- merkbaren )i.nderung der Vogelbest/inde f/ihren; denn die Hauptursachen verminderter Populationen vieler Vogelar- ten liegen im Mangel an Nistpl/itzen und sicheren Nah- rungsquellen sowie in der Geffihrdung durch Leitungen und Bebauung. Die Bejagung durch R~iuber, zu denen Rabenv6-

gel und Hauskatzen z/ihlen, diirfte dagegen eine geringe Rolle spielen. Zwar sollen allein den 5 Mitlionen Hauskat- zen in England nach neueren Untersuchungen mindestens 20 bis 35 Millionen V6gel im Jahr zum Opfer fallen, auch eine doppelt so hohe Zahl wird nicht ausgeschlossen (CHuRCHER et al. 1989). Gesttitzt auf Freilandbefunde, Po- pulations6kologie und Reproduktionspotential der wichtigsten Arten sind Ornithologen jedoch davon iiberzeugt, daf~ diese Verluste nicht zu allgemeinen Bestandsminderun- gen f6hren (vgl. REICHHOLF 1989). Wenn also Gesichtspunkte des Natur- und Artenschutzes stiirker in den Vordergrund treten, so ist auch die Bedeu- tung der Einzelkomponenten im Ursachenkomplex einer Bestandsgef~ihrdung zu wichten, um effiziente Mat~nahmen ergreifen zu k6nnen.

6 Grundwasser und Luft

In diesen Kompartimenten geht es in erster Linie um das analytisch metgbare Auftreten von Wirkstoffen. Eine Be- wertung der 6kologischen Bedeutung kann jedoch nur im Vergleich mit m6glichen Wirkungen auf Organismen vor- genommen werden, so wie es beim Trinkwasser im Hin- blick auf den Menschen geschieht. Die sprachliche Formulierung einer ,,schfidlichen Wirkung auf das (Grund-/ Trink-)Wasser" aufgrund yon analytischen Spurennachwei- sen ist ffir den Okologen so nicht nachvollziehbar. Man kann nach heutigem Stand eher HEIDLER (1987) folgen, der ,,im Hinblick auf die aquatische Bioz6nose das Grund-, aber auch das Bodenwasser (fiir) vernachldssigbar (hdlt), da sie nut eine untergeordnete Bedeutung als Lebens- raum fiir Wasserorganismen besitzen. "' Das heitgt natfirlich nicht, daf~ Grundwasser sorglos kontaminiert werden kann, sondern lediglich, dag eine sinnvolle Beurteilung nach 6kologischen Kriterien kaum m6glich ist. Luftexponierte Organismen sind durch die Risikoabsch~t- zung f{ir die Exposition in der landwirtschaftlichen Kultur in der Regel hinreichend abgedeckt. In keinem Fall kann man eine Geffihrdung ohne Wirkungs- bezug absch/itzen (-+ Abb. 1), so daf~ sich politische, nicht yon der Wirkung abgeleitete Grenzwerte wie der einheitli- che Trinkwassergrenzwert der Europ/iischen Gemeinschaft yon 0,1 Mikrogramm je Liter der wissenschaftlichen Dis- kussion entziehen.

7 Zulassungssituation und Okologie

Pflanzenschutzmittel unterliegen weltweit strengen Zulas- sungsbedingungen. Die im Grunde begr/.itgenswerte hohe Beachtung yon Umweltaspekten in der Landwirtschaft und im Pflanzenschutz hat jedoch auch unerwartet negative Fol- gen. In den Zulassungsverfahren steigen die Pr6fungsanfor- derungen mit grotger Geschwindigkeit. Die Kosten fiir Um- weltpr6fungen wie Toxikologie, Metabolismusforschung, Rfickstandsanalytik und Okotoxikologie liegen bereits zwi- schen einem Drittel und der H/ilfte der Gesamtaufwendun- gen (1990 um 150-250 Mio DM) ffir einen neuen Wirk-

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Anwendung yon Pflanzenschutzmitteln, Teil II Schwerpunktthema I

stoff. Das ist ein wesentlicher, wenn auch nicht der einzige Faktor daRir, da~ neue Produkte nur noch fiir ganz grot~e Indikationen wie Reis, Weizen, Mais, Soja und Baumwolle entwickelt werden k6nnen. Zu der Abnahme yon Neuent- wicklungen kommt ein noch schnellerer Schwund einge- ffihrter Pr~iparate - teils, weil die Kosten weiterer Zulas- sung nicht mehr aufgebracht werden k6nnen, teils, weil einzelne Eigenschaften heute nicht mehr toleriert werden. Die forschenden Unternehmen miissen die Risiken innova- tiver Produkte strenger bewerten, kleinere Firmen k6nnen nicht mehr mithalten. Die Folgen zeigen sich bereits heute in immer weniger Pro- dukten ffir weniger Kulturen. Die Entwicklung selektiver Mittel, die der integrierte Pflanzenbau anstrebt, kommt zum Erliegen. W/ihrend der (3kologe wie auch der Land- wirt sich im integrierten Pflanzenbau eine breite Palette an Hilfsmitteln wiinschen, um den st~indig wechselnden, sehr unterschiedlichen Schiidlingsproblemen mit differenzierten, auch 6kologisch optimierten L6sungen begegnen zu k6n- nen, werden die M6glichkeiten rapide eingeschr/inkt. Es kann nicht im Sinne des Umweltschutzes sein, aus einsei- tigem 13kologieverst/indnis die Berficksichtigung 6kologi- scher Belange im Pflanzenschutz zu erschweren. Zulas- sungsbeh6rden und Industrie mfJssen sich auf die zur Ab- kl~irung der wesentlichen Risiken notwendigen Daten kon- zentrieren, damit eine ausreichende Sicherheit gew~ihrleistet bleibt, ohne dafg dutch ein Obermaf~ an Anforderungen die Weiterentwicklung zum Erliegen kommt. Die zunehmenden 6kologischen Probleme der wachsenden Menschheit kann der Pflanzenschutz nicht 16sen; als Bestandteil moder- ner Landwirtschaft kann er sie aber erheblich mildern.

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E r r a t u m

UWSF 2/91, S. 82

1. linke Spalte, Abschnitt 4, letzte Zeile: ... pro Zeiteinheit yon 0~85 kg/sec ...

2. Tabelle, lfd. Nr. 7, Spalte mg COCIz/g: 0~002

Zu den Beitr~igen

,,Anwendung von Pflanzenschutzmitteln" vgl. auch das Umschlagbild dieser Ausgabe, das den Pflanzenschutz als Bestandteil des integ~ierten Pflanzenbaus zeigt. Ein Beitrag zum Thema ,Integrierter Pflanzenbau" erscheint in einer der n~ich- sten Ausgaben von UWSF.

166 o w s F - z Umweltchem. Okotox. 3 (3) 1991

Documents

Teil II: Ökologische Berwertung