Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Im vorliegenden Projekt wurde das Thema Pestizidbelastungen in Natur- und Wasserschutzgebieten in Deutschland n\u00e4her untersucht, welches, trotz vermutlich hoher Relevanz, in dieser Weise bisher nicht be-trachtet worden ist. Auf der Basis detaillierter und in dieser Form erstmalig ausgewerteter Daten zu wirkstoff- und kulturspezifischen Pestizidanwendungen einerseits und beh\u00f6rdlichen und wissenschaftlichen Messergebnissen von Pestiziden in den verschiedenen Umweltkompartimenten (mit Fokus auf Gew\u00e4sser) aus Gebieten mit unterschiedlichen Schutzstatus andererseits wurde die m\u00f6gliche Belastung betrachtet. Das Biosph\u00e4renreservat Pf\u00e4lzerwald diente als Praxisbeispiel, an dem Pestizideintr\u00e4ge untersucht wurden. Mit dem Projekt sollen erste Grundlagen f\u00fcr die Beschreibung und das Verst\u00e4ndnis der Belastung von Gew\u00e4ssern in Schutzgebieten erarbeitet werden, die als Grundlage f\u00fcr Risikominimierungsma\u00dfnahmen dienen. <\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDrei prim\u00e4re Arbeitsbl\u00f6cke (AB1-3) beschreiben das Vorhaben des vorliegenden Projekts AZ -35919.
\n\u00b7\tAuswertungen der Pestizidbelastungsdaten von Oberfl\u00e4chengew\u00e4ssern in Schutzgebieten mittels Monito-ringdaten am Beispiel von Sachsen (AB1)
\n\u00b7\tAuswertung von Verordnungstexten zu Schutzgebieten (AB2)
\n\u00b7\tPestizidmessungen – Fallbeispiel Biosph\u00e4renreservat Pf\u00e4lzerwald (AB3)
\nArbeitsblock 1: Analyse Pestizidbelastungsdaten
\nMonitoringdaten zur Pestizidbelastung von aquatischen Kompartimenten (Wasser, Sediment, Biota) aus Sachsen wurden exemplarisch aufgearbeitet und somit eine Art Blaupause f\u00fcr ein Auswerteschema von Daten aus anderen Bundesl\u00e4ndern in sp\u00e4teren Projekten erm\u00f6glicht. Die Monitoringdaten wurden umfas-send aufbereitet, verkn\u00fcpft, harmonisiert, fehlerbereinigt und validiert. Hydrogeographische Daten (z.B. Einzugsgebiete, Landnutzung) vom entsprechenden Landesamt in Sachsen (LfULG) wurden aufbereitet und mit den Pestizidmonitoringdatens\u00e4tzen r\u00e4umlich verschnitten. Dazu wurden f\u00fcr alle r\u00e4umlich expliziten Messstationen das Einzugsgebiet des Gew\u00e4sseroberlaufs bestimmt, um m\u00f6gliche Schadstoffquellen und den Einfluss verschiedener Landnutzungscharakteristika abzuleiten. F\u00fcr die Analyse des r\u00e4umlichen Ein-flusses der Landnutzung (im Einzugsgebiet einer Probestelle im Schutzgebiet) auf das \u00f6kotoxikologische Risiko wurden Landnutzungsinformationen \u00fcber den CORINE Landnutzungs-Layer verschnitten, welcher 42 Kategorien der Landnutzung beschreibt. Um den Einfluss von Landnutzungscharakteristika auf die Belas-tung von Oberfl\u00e4chengew\u00e4ssern durch Pflanzenschutzmittel abzuleiten, wurden multivariate Analysen in Form von principal component analysis (PCA) durchgef\u00fchrt. PCAs wurden ebenfalls daf\u00fcr genutzt den Ein-fluss unterschiedlicher Landnutzungsform auf das in Gew\u00e4ssern beobachtete \u00f6kotoxikologische Risiko abzuleiten. Akute und chronische regulatorische Kennwerte (Regulatorisch akzeptable Konzentrationen, RAK) f\u00fcr drei aquatische Organismengruppen (aquatische Invertebraten, Fische, aquatische Pflanzen) wurden entsprechend geltender Richtlinien der Umweltrisikobewertung im Zuge des Zulassungsverfahrens von Pflanzenschutzmitteln (EC-1107\/2009) in der EU abgeleitet (siehe EFSA 2013). Insgesamt wurden 269 Effektendpunkte (n = 114 Herbizide, n = 101 Fungizide, n = 52 Insektizide, n = 2 Molluskizide) recherchiert und im Projekt angewendet. <\/p>\n
Drei prim\u00e4re Arbeitsbl\u00f6cke (AB1-3) beschreiben das Vorhaben des vorliegenden Projekts AZ -35919.
\n\u00b7\tAuswertungen der Pestizidbelastungsdaten von Oberfl\u00e4chengew\u00e4ssern in Schutzgebieten mittels Monitoringdaten am Beispiel von Sachsen (AB1)
\n\u00b7\tAuswertung von Verordnungstexten zu Schutzgebieten (AB2)
\n\u00b7\tPestizidmessungen – Fallbeispiel Biosph\u00e4renreservat Pf\u00e4lzerwald (AB3)
\nArbeitsblock 1: Analyse Pestizidbelastungsdaten
\nMonitoringdaten zur Pestizidbelastung von aquatischen Kompartimenten (Wasser, Sediment, Biota) aus Sachsen wurden exemplarisch aufgearbeitet und somit eine Art Blaupause f\u00fcr ein Auswerteschema von Daten aus anderen Bundesl\u00e4ndern in sp\u00e4teren Projekten erm\u00f6glicht. Die Monitoringdaten wurden umfassend aufbereitet, verkn\u00fcpft, harmonisiert, fehlerbereinigt und validiert. Hydrogeographische Daten (z.B. Einzugsgebiete, Landnutzung) vom entsprechenden Landesamt in Sachsen (LfULG) wurden aufbereitet und mit den Pestizidmonitoringdatens\u00e4tzen r\u00e4umlich verschnitten. Dazu wurden f\u00fcr alle r\u00e4umlich expliziten Messstationen das Einzugsgebiet des Gew\u00e4sseroberlaufs bestimmt, um m\u00f6gliche Schadstoffquellen und den Einfluss verschiedener Landnutzungscharakteristika abzuleiten. F\u00fcr die Analyse des r\u00e4umlichen Einflusses der Landnutzung (im Einzugsgebiet einer Probestelle im Schutzgebiet) auf das \u00f6kotoxikologische Risiko wurden Landnutzungsinformationen \u00fcber den CORINE Landnutzungs-Layer verschnitten, welcher 42 Kategorien der Landnutzung beschreibt. Um den Einfluss von Landnutzungscharakteristika auf die Belastung von Oberfl\u00e4chengew\u00e4ssern durch Pflanzenschutzmittel abzuleiten, wurden multivariate Analysen in Form von principal component analysis (PCA) durchgef\u00fchrt. PCAs wurden ebenfalls daf\u00fcr genutzt den Einfluss unterschiedlicher Landnutzungsform auf das in Gew\u00e4ssern beobachtete \u00f6kotoxikologische Risiko abzuleiten. Akute und chronische regulatorische Kennwerte (Regulatorisch akzeptable Konzentrationen, RAK) f\u00fcr drei aquatische Organismengruppen (aquatische Invertebraten, Fische, aquatische Pflanzen) wurden entsprechend geltender Richtlinien der Umweltrisikobewertung im Zuge des Zulassungsverfahrens von Pflanzenschutzmitteln (EC-1107\/2009) in der EU abgeleitet (siehe EFSA 2013). Insgesamt wurden 269 Effektendpunkte (n = 114 Herbizide, n = 101 Fungizide, n = 52 Insektizide, n = 2 Molluskizide) recherchiert und im Projekt angewendet. <\/p>\n
Arbeitsblock 2: Auswertung von Verordnungstexten zu Schutzgebieten
\nSchutzgebietsverordnungstexte wurden f\u00fcr s\u00e4chsische Schutzgebiete recherchiert bzw. erworben, um detaillierte Informationen zur genehmigten Anwendung von Pestiziden in den jeweiligen Schutzgebieten zu generieren. Im Verlauf unserer Untersuchung der Schutzgebietsverordnungen wurde der Fokus auf Naturschutzgebiete gelegt, welche ja auch in der oben dargestellten Analyse von Pestizidbelastungsdaten betrachtet wurden. Der geringe Umfang des Textkorpus (lediglich 82 Texte konnten gem\u00e4\u00df der hier beschriebenen Methodik gesammelt werden), lie\u00df im Rahmen dieses Projekts die Auswertung mittels Machine-Learning nicht zu, da hierf\u00fcr wesentlich gr\u00f6\u00dfere Grundgesamtheiten ben\u00f6tigt werden. Somit konnte auch kein Modell generiert werden, welches anschlie\u00dfend auf die Schutzgebietsverordnungen anderer Bundesl\u00e4nder angewendet werden konnte. Wie sich im Projektverlauf ergab und weiter unten dargestellt ist, ist der Einsatz von Pestiziden in der Landwirtschaft in NSG ohnehin sehr gering und insofern erscheint die urspr\u00fcnglich mit dem Machine-Learning-Ansatz angestrebte Fragestellung auch aus diesem Blickwinkel im Gegensatz zur Situation bei Antragstellung heute nicht mehr sinnvoll. Um dennoch Aussagen \u00fcber die verf\u00fcgbaren Verordnungstexte f\u00fcr Sachsen treffen zu k\u00f6nnen, wurde eine \u00c4hnlichkeitsanalyse durchgef\u00fchrt. Hierzu wurde das Vorkommen der 1000 h\u00e4ufigsten Tokens in den Texten bin\u00e4r (\u0084One-Hot\u0093-Kodierung) und basierend auf ihrer relativen Relevanz innerhalb eines Textes bezogen auf den Textkorpus der 82 Verordnungen (TF-iDF-Kodierung) bestimmt. Mithilfe einer Clusteranalyse wurden die 82 Verordnungstexte anhand ihrer Distanzmatrizen schlie\u00dflich in vier Cluster eingeteilt. <\/p>\n
Arbeitsblock 3: Pestizidmessungen – Fallbeispiel Biosph\u00e4renreservat Pf\u00e4lzerwald
\nDie Gew\u00e4sserbelastung kleiner Flie\u00dfgew\u00e4sser durch Pestizide wurde im UNESCO Biosph\u00e4renreservat Pf\u00e4lzerwald mittels Freilanderhebungen (Wasserproben) erfasst. Dazu wurde im Gew\u00e4ssersystem der Queich sowie entlang des Hainbachs an insgesamt sieben Probestellen ein ereignisbezogenes Pestizidmonitoring w\u00e4hrend eines Starkregenereignisses durchgef\u00fchrt. Die Probestellen liegen in den Gew\u00e4sseroberl\u00e4ufen im Pf\u00e4lzerwald in Gebieten ohne direkte Pestizidanwendung, sowie flussabw\u00e4rts in Gebieten mit intensiver Pestizidanwendung im Wein- und Ackerbau. Die analytische Bestimmung der Pestizidkonzentrationen in den Wasserproben wurde mittels LC-MS\/MS durchgef\u00fchrt. Eine \u00f6kotoxikologische Risikobewertung der Pestizidbelastung der Gew\u00e4sser erfolgte mittels regulatorisch akzeptabler Konzentrationen (RAKs; UBA RAK Liste) f\u00fcr Deutschland und anhand der Mischungstoxizit\u00e4t (RQmix) f\u00fcr Fische, Invertebraten und Prim\u00e4rproduzenten (Algen, aquatische Makrophyten).<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Analyse Pestizidbelastungsdaten
\nBei den Untersuchungen mit Daten aus Sachsen zeigte sich, dass die Belastung der Gew\u00e4sser in NSG durch Pestizide geringer ist als die von Gew\u00e4ssern, die sich in Gebieten ohne gesonderten Schutzstatuts befanden (NNSGs). Sowohl die Nachweisrate (Anteil Proben mit Pestizidfunden an den Gesamtproben) von Pestiziden, als auch die nachgewiesenen Pestizidkonzentrationen waren in NSG geringer als in NNSG. Im Gegensatz dazu ergeben die Pestizidnachweise allerdings sehr \u00e4hnliche \u00f6kotoxikologische Risikoprofile in NSG und NNSG. Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Betrachtung der \u00f6kotoxikologischen Risiken der eingesetzten Pestizide sehr sinnvoll erscheint. Eine m\u00f6gliche Beeintr\u00e4chtigung der Umwelt durch Pestizide findet also in \u00e4hnlichem Ma\u00dfe in NSG und NNSG statt, trotz der unterschiedlich intensiven Schutzbem\u00fc-hungen.
\nMultivariate Analysen der Landnutzungsparameter in den Gew\u00e4ssereinzugsgebieten ergaben, dass die landwirtschaftliche Nutzung die prim\u00e4re Eintragsquelle f\u00fcr Pestizide in NSG darstellt und das \u00f6kotoxikolo-gische Risiko am st\u00e4rksten bestimmt. Urbane und industrielle Eintragsquellen spielten hingegen nur eine untergeordnete Rolle. Weitere geostatistische Analysen zeigten auf, dass eine landwirtschaftliche Nutzung (z.B. Ackerbau, Obstbau) in NSGs, sowohl in Sachsen als auch im gesamten Bundesgebiet, nur in einem sehr geringen Ma\u00dfe stattfindet und die dort vorkommenden Nutzungen au\u00dferdem zu den weniger pestizid-intensiven Kulturen z\u00e4hlen (z.B. Grasland). Somit sind die Quellen f\u00fcr den Eintrag von Pestiziden in NSG vermutlich h\u00e4ufig nicht in den Schutzgebieten selbst verortet und Eintr\u00e4ge \u00fcber einflie\u00dfende Gew\u00e4sser oder atmosph\u00e4rischen Transport spielen vermutlich eine wichtige Rolle. Dies steht in Einklang mit den zuvor durchgef\u00fchrten multivariaten Raumanalysen.<\/p>\n
Auswertung von Verordnungstexten zu Schutzgebieten
\nDie Machine-Learning gest\u00fctzte Auswertung von Schutzgebietsverordnungstexten wurde anders als ur-spr\u00fcnglich geplant durchgef\u00fchrt. Einerseits wurden, was vorher nicht bekannt war, zeitgleich zum vorlie-genden Projekt umfassende Aufarbeitungen von Schutzgebietsverordnungen im Auftrag des UBA durchge-f\u00fchrt und somit das Thema bereits bearbeitet. Andererseits deutet die oben dargelegte geringe Pr\u00e4valenz von direkten Pestzidanwendungen in Schutzgebieten darauf hin, dass eine umfangreiche Analyse von Ver-ordnungstexten mit Bezug zum Thema \u0084Regelungen zum Pestizideinsatz\u0093 nicht zielf\u00fchrend ist. Schlie\u00dflich wies eine teilautomatisierte Textanalyse und anschlie\u00dfende Clusteranalyse eine hohe \u00c4hnlichkeit in den 82 n\u00e4her untersuchten Verordnungstexten zu Schutzgebieten nach, die eine schlechte Voraussetzung f\u00fcr ei-nen Machine-Learning Ansatz darstellt.
\nErste eigene Freilandanalysen (Biosph\u00e4renreservat Pf\u00e4lzerwald) unterst\u00fctzten die Annahme eines Trans-portes von Pestiziden in Schutzgebiete, wobei sich hier andeutet, dass v.a. der atmosph\u00e4rische Transport von Pestiziden als wesentlicher Eintragspfad fungieren k\u00f6nnte. Somit ergeben sich komplexe Expositions-dynamiken f\u00fcr Schutzgebiete, die ihren Ursprung h\u00e4ufig in angrenzenden bzw. sogar weiter entfernt liegen-den R\u00e4umen finden und dringend n\u00e4her untersucht werden sollten.
\nInsgesamt konnte im vorliegenden Projekt bereits ein relevanter Einblick in die Pestizidbelastung von Oberfl\u00e4chengew\u00e4ssern in Schutzgebieten erarbeitet werden. Das Projekt lieferte zudem erste Absch\u00e4tzun-gen zu den Quellen bzw. Dynamiken dieser Belastungen. Auf der Basis der bisherigen Informationen sind insbesondere die Verdriftung von Pestiziden in die Schutzgebiete, (atmosph\u00e4rischer Transport), der fluviale Transport \u00fcber Flie\u00dfgew\u00e4sser in die Schutzgebiete und das \u00f6kotoxikologische Risikoprofil der eingesetz-ten Pestizide las konkrete Punkte zu nennen, an denen eine Risikominderung ansetzen kann und muss. Die entwickelte Methodik stellt gleichsam einen Rahmen zur Verf\u00fcgung, der zuk\u00fcnftig f\u00fcr weitere Auswertun-gen in anderen Bundesl\u00e4ndern und mit Fokus auf andere Schutzgebietskategorien verwendbar ist. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die im Projekt 35919\/01 erarbeiteten Ergebnisse werden in Form von mehreren Publikationen f\u00fcr wis-senschaftliche Fachmagazine aufbereitet, um die Ergebnisse und Schlussfolgerungen einer breiten \u00d6f-fentlichkeit zug\u00e4nglich zu machen. Es ist zudem vorgesehen Teile der Ergebnisse auf wissenschaftli-chen Fachtagungen zu pr\u00e4sentieren.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die im Rahmen des vorliegenden Projektes am Beispiel von Sachsen erarbeiteten Auswertungsroutinen k\u00f6nnen hervorragend dazu genutzt werden, das Thema Pestizidbelastung in Gew\u00e4ssern in Schutzge-bieten umfangreicher zu analysieren. Somit w\u00fcrde auch der Einfluss unterschiedlicher Verf\u00fcgbarkeit von Daten, von Unterschieden in der Landnutzung oder dem Pestizideinsatz bzw. von Unterscheiden in den naturr\u00e4umlichen Gegebenheiten m\u00f6glich werden.
\nDie Ergebnisse der vorliegenden Studie legen nahe, dass Ma\u00dfnahmen zur Reduktion des Vorkommens von Pestiziden in Gew\u00e4ssern in Schutzgebieten notwendig sind. Auch wenn sich die Prozesse, die zu diesen Belastungen f\u00fchren, bisher noch nicht quantifizieren und miteinander vergleichen lassen, so k\u00f6nnen die folgenden Dinge genannt werden:
\n\u0096\tVerdriftung von Pestiziden in die Schutzgebiete, atmosph\u00e4rischer Transport
\n\u0096\tFluvialer Transport in Flie\u00dfgew\u00e4ssern in die Schutzgebiete
\n\u0096\tRisikoprofil eingesetzter Pestizide
\nDa in der direkten Umgebung von Schutzgebieten oftmals bereits eine landwirtschaftliche Nutzung stattfindet, die mit der allgemeinen Nutzungsintensit\u00e4t vergleichbar ist, k\u00f6nnten Pufferzonen ohne Pes-tizideinsatz um die Schutzgebiete sinnvoll sein. Solche Pufferzonen k\u00f6nnten z.B. durch \u00f6kologischen Landbau genutzt werden, f\u00fcr den selber sich eine weitestgehende r\u00e4umliche Abtrennung von konventi-oneller Landwirtschaft sinnvoll darstellt, die so zumindest zum Teil erreicht werden k\u00f6nnte. Das Prob-lem der Eintr\u00e4ge \u00fcber atmosph\u00e4rischen Transport l\u00e4sst sich allerdings \u00fcber derartige Ma\u00dfnahmen vermutlich nur in sehr geringem Ma\u00dfe adressieren. Gleichwohl sollte dieser Eintragspfad noch deutlich besser quantifiziert und hinsichtlich konkreter Prozessvariablen im Landschaftsma\u00dfstab identifiziert werden, um so ggf. gezielte Ma\u00dfnahmen formulieren zu k\u00f6nnen.
\nDer fluviale Transport in Flie\u00dfgew\u00e4ssern h\u00e4ngt neben den Eintr\u00e4gen in die Gew\u00e4sser von der Kapazit\u00e4t der Selbstreinigung in Bezug auf Pestizide ab. Insofern sind konkrete Ma\u00dfnahmen zur Reduktion der Eintr\u00e4ge in die Gew\u00e4sser z.B. \u00fcber Runoff, Abdrift oder Drainage an erster Stelle zu nennen. Da sich Eintr\u00e4ge in die Gew\u00e4sser bei weitgehender Fortf\u00fchrung der landwirtschaftlichen Praxis kaum komplett vermieden lassen werden, kommt der Gew\u00e4sserstruktur und damit der Kapazit\u00e4t aquatischer Lebens-r\u00e4ume zum Abbau von Pestiziden und Umweltchemikalien insgesamt eine ganz wesentliche Rolle zu. Im f\u00fcr das vorliegende Projekt verwendeten Untersuchungsgebiet wurde vor einigen Jahren in einem Abschnitt der Queich ein zweiter Gew\u00e4sserarm als renaturierter Abschnitt mit Flachwasserbereichen und Wasserpflanzenpolstern geschaffen. Dieser verl\u00e4uft auf ca. 700 m L\u00e4nge parallel zum ebenfalls noch vorhandenen urspr\u00fcnglichen, nicht renaturierten und weitestgehend strukturlosen Gew\u00e4sserarm der Queich ohne Wasserpflanzen. Ein Vergleich der Pestizidbelastung und des m\u00f6glichen Pesti-zidr\u00fcckhalts in beiden Gew\u00e4sserarmen k\u00f6nnte helfen, das Reduktionspotential naturnaher Gew\u00e4s-serstrukturen konkret zu quantifizieren und entsprechende Ma\u00dfnahmen f\u00fcr die Praxis zu konzipieren.
\nZur Quantifizierung des Risikoprofils wurden parallel zu den hier vorgestellten Ergebnisse Daten zum Einsatz von Pestiziden in Deutschland hinsichtlich ihrer m\u00f6glichen Toxizit\u00e4t gegen\u00fcber verschiedenen Gruppen von Organismen (aquatische Wirbellose, Fische, aquatische Pflanzen, Best\u00e4uber, Bodenor-ganismen, sonstige terrestrische Arthropoden, V\u00f6gel, S\u00e4ugetiere, terrestrische Pflanzen) eingeordnet. Dieses Vorgehen folgt einem Ansatz zur sog. Total Applied Toxicity (TAT), der k\u00fcrzlich anhand von Daten aus den USA entwickelt wurde. Diese Auswertungen k\u00f6nnen nach Vorliegen weiterer Anwen-dungsdaten von Pestiziden aus mehreren Bundesl\u00e4ndern in Deutschland ebenfalls erfolgen und konkret f\u00fcr eine Ableitung von Ma\u00dfnahmen zur Reduktion derjenigen Wirkstoffe verwendet werden, von denen das gr\u00f6\u00dfte Risikopotential f\u00fcr bestimmte Organismengruppen ausgeht.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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