Auswirkungen von Systemischen Insektiziden auf aquatische Zersetzter (AUSI)

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Dominic Englert

Systemische Neonicotinoide gehören zu den weltweit meist genutzten Insektiziden. Neben ihrer Anwendung in der Landwirtschaft werden sie zunehmend zur Bekämpfung von Baumschädlingen in der Forstwirtschaft eingesetzt. Die im Herbst von Laubbäumen fallenden Blätter können allerdings immer noch Neonicotinoide enthalten. Gelangen diese kontaminierten Blätter schließlich in nahegelegene Bäche werden die wasserlöslichen Neonicotinoide wieder mobilisiert und somit potenziell aquatische Nicht-Zielorganismen über die Wasserphase exponiert. Obwohl der Standardtestorganismus Daphnia magna (Crustacea; Cladocera) relativ unempfindlich gegenüber Neonicotinoiden ist, sind viele andere aquatische Invertebraten bereits bei einer Exposition im ng/L- bis niedrigem µg/L-Bereich negativ beeinträchtigt. Besonders laubzersetzende Invertebraten (= Shredder) könnten, zusätzlich zu einer Exposition über die Wasserphase, durch den Eintrag von Neonicotinoid-kontaminiertem Laub in ein Fließgewässer negativ beeinträchtigt werden, da Laub für sie eine essentielle Nahrungsquelle darstellt. Jedoch erhielt dieser Expositionspfad im Zusammenhang mit aquatischen Shreddern und Neonicotinoid-kontaminiertem Pflanzenmaterial bisher kaum Aufmerksamkeit seitens der Forschung und findet keine Berücksichtigung in der aquatischen Umweltrisikobewertung. Das Hauptziel dieser Arbeit war daher (1) Neonicotinoidrückstände in Blättern zu quantifizieren sowie für Shredder relevante Expositionswege zu identifizieren, (2) ökotoxikologische Effekte einer Exposition über die Wasserphase sowie über die Nahrung für zwei Modell-Shredder Gammarus fossarum (Amphipoda) und Chaetopteryx villosa (Insecta) zu untersuchen, und schließlich (3) biotische und abiotische Faktoren zu betrachten, welche eine Exposition unter Feldbedingungen potenziell beeinträchtigen könnten.

Im Rahmen dieser Arbeit konnten Rückstände der Neonicotinoide Imidacloprid, Thiacloprid und Acetamiprid in Blätter behandelter Schwarzerlen quantifiziert werden. Ein entwickeltes „Worst-Case Modell“ prognostizierte niedrige Imidaclopridwasserkonzentrationen für einen Bach in welchen Imidacloprid-kontaminierte Blätter eingetragen werden. Jedoch konnte mit Hilfe des Modells die Aufnahme über die Nahrung als ein für aquatische Shredder relevanter Expositionspfad identifiziert werden. Der Konsum von Neonicotinoid-kontaminierten Blättern führte, bei gleichzeitiger Exposition über die Wasserphase (= kombinierte Exposition), in beiden Testorganismen zu stärkeren Effekten als die alleinige Exposition über die Wasserphase. Des Weiteren gelang es in einem weiteren Laborexperiment die beiden Expositionswege mittels einer Durchflussanlage zu separieren. Hierbei führte die separate Exposition von G. fossarum sowohl über die Nahrung (= Konsum von Thiacloprid-kontaminierten Blättern) als auch über die Wasserphase zu vergleichbaren Effektgrößen. Zudem ließen sich die unter einer kombinierten Exposition beobachteten Effektgrößen weitestgehend mit dem Referenzmodell der „Unabhängigen Wirkung“ vorhersagen, was eine Wirkung auf unterschiedliche molekulare Zielorte vermuten lässt. Die durch Imidacloprid ausgelöste toxischen Effekte auf G. fossarum konnten schließlich durch eine Behandlung der Blätter mit UV-Strahlung (repräsentativ für Sonnenlicht) sowie durch Leaching in Wasser reduziert werden. Jedoch waren beide Shredder-Spezies nicht dazu in der Lage aktiv eine Aufnahme von Neonicotinoiden über die Nahrung zu vermeiden. Daher geht aus dieser Arbeit die Empfehlung hervor, bereits während der Registrierung von systemischen Pestiziden, auf nahrungsbedingte Effekte zu testen und dadurch aquatische Shredder als auch assoziierte Ökosystemfunktionen (z.B. Laubabbau) zu schützen.

Förderzeitraum:
01.01.2014 - 31.12.2016

Institut:
Universität Koblenz-Landau
Institut für Umweltwissenschaften

Betreuer:
Prof. Dr. Ralf Schulz

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URL: www.rifcon.de

Publikationen:

  • UV-irradiation and leaching in water reduce the toxicity of imidacloprid-contaminated leaves to the aquatic leaf-shredding amphipod Gammarus fossarum
    Englert, D., Zubrod, J. P., Neubauer, C., Schulz, R., Bundschuh, M. 2018. UV-irradiation and leaching in water reduce the toxicity of imidacloprid-contaminated leaves to the aquatic leaf-shredding amphipod Gammarus fossarum. Environmental Pollution 236, 119-125.
  • Relative importance of dietary uptake and waterborne exposure for a leaf-shredding amphipod exposed to thiacloprid contaminated leaves
    Englert, D., Zubrod, J. P., Pietz, S., Stefani, S., Krauss, M., Schulz, R., Bundschuh, M. 2017. Relative importance of dietary uptake and waterborne exposure for a leaf-shredding amphipod exposed to thiacloprid contaminated leaves. Scientific Reports 7, 16182.
  • Modeling re-mobilization of neonicotinoid residues from tree foliage in streams – a relevant exposure pathway in risk assessment?
    Englert, D., Bakanov, N., Zubrod, J. P., Schulz, R., Bundschuh, M. 2016. Modeling re-mobilization of neonicotinoid residues from tree foliage in streams – a relevant exposure pathway in risk assessment? Environmental Science & Technology.
  • Does waterborne exposure explain effects caused by neonicotinoid-contaminated plant material in aquatic systems?
    Englert, D., Zubrod, J. P., Link, M., Mertins, S., Schulz, R., Bundschuh, M. 2017. Does waterborne exposure explain effects caused by neonicotinoid-contaminated plant material in aquatic systems? Environmental Science and Technology.
  • UV irradiation and leaching reduce adverse effects of imidacloprid contaminated leaves for the shredder Gammarus fossarum
    Englert, D., Neubauer, C., Zubrod, J.P., Schulz, R., Bundschuh, M. 2016. UV irradiation and leaching reduce adverse effects of imidacloprid contaminated leaves for the shredder Gammarus fossarum. SETAC Annual Meeting, Nantes, France
  • Effects of systemic neonicotinoid insecticides: the importance of exposure pathways
    Englert, D., Zubrod, J.P., Schulz, R., Bundschuh, M. 2015. Effects of systemic neonicotinoid insecticides: the importance of exposure pathways. ICCE Leipzig, Germany.
  • Do neonicotinoids affect leaf consumption of Chaetopteryx villosa?
    Link, M., Englert, D., Schulz, R., Bundschuh, M. 2015. Do neonicotinoids affect leaf consumption of Chaetopteryx villosa? SETAC Young environmental scientists meeting, Petnica, Serbia.
  • Are neonicotinoids a threat for leaf litter breakdown? A laboratory approach with leaf shredding invertebrates
    Englert, D., Link, M., Zubrod, J. P., Schulz, R., Bundschuh, M. 2015. Are neonicotinoids a threat for leaf litter breakdown? A laboratory approach with leaf shredding invertebrates. poster spotlight at 25th SETAC Annual Meeting, Barcelona, Spain.