Udpegning af pesticidfølsomme sandområder og status for

KUPA-projektet

Carsten Suhr Jacobsen’, Ulla C. Brinch’, Rene Juhler’, Ole Stig Jacobsen’, Vibeke Ernstsen’, Per Rosenberg’, Peter van de Keur’,

Erik Nygaard’, Heidi C. Barlebo’, Henrik Vosgerau’, Bo Vangsø Iversen*, Finn Vinther*, Lars Elsgaard*, Svend Elsnab Olesen*,

Søren Torp*, Mogens Greve* & Ole Hørby Jacobsen*

’GEUS *DJF

20. Planteværnskonference, Nyborg 5. Marts 2003

Zonering - hvad er det der er vigtigt ?

• at vi kan forstå betydningen af pesticidernes nedbrydning og sorption - og forstå betydningen af at pesticider dækker en meget inhomogen gruppe af stoffer

• at vi kan finde væsentlige forskelle imellem forskellige jordbundsprofilers sårbarhed

• at vi kan relatere den fundne udvaskning til jordernes iboende egenskaber

• at vi kan opskalere til administrativt håndterbare arealer

Udvælgelse af undersøgelsesmarker

• I alt undersøges 8 sandede landskabselementer

Landskabs-elementerne

• Yoldia (havaflejring)• Alluvialkeglen

(hedeslette)• Bakkeø (morænesand)• Weichsel (morænesand,

Himmerland-Djursland)• Proximal hedeslette• Distal hedeslette• Weichsel (morænesand,

Vendsyssel)• Moræneler over sand

Repræsentati-vitet og opskalering

• Morænesand på bakkeø mest variabelt

• Yoldia og Hedesletten er mere ensartede

•

Yoldia Hedeslette

Weichel MoræneBakkeø

Pragmatiske styrende parametre for udvaskning af pesticider

Ønskepesticidet

• Ingen metabolitdannelse

• Høj binding

• Hurtig fuldstændig nedbrydning

• Lavt salg

Andre pesticider

• Persistente metabolitter

• Lav binding

• Langsom ufuldstændig nedbrydning

• Højt salg

Afgrænsning af stoffer

• Meget brugt

• Repræsentativ for undersøgte driftsformer

Fire forventninger:

• Høj / lav sorption

• Høj / lav nedbrydning

? ?

? ?

?

Høj Sorption Lav

Lav

Ned

bry

dn

ing

Hø

j

Høj nedbrydning, lav sorption: MCPA

• Oprindelig et af de 8 stoffer der blev moniteret I GRUMO

• Phenoxysyreherbicid, der i ny lav dosering har fået en renæssance

• Metabolsk nedbrydelig i mange jorde

MCPA mineralization and the abundance of tfdA genes in the C-horizon of a sandy soil

0%10%20%30%40%50%60%

0 10 20 30Time (days)

% 14

C

Min

eral

ize

d

0,0E+00

2,0E+05

4,0E+05

6,0E+05

8,0E+05

1,0E+06

Net

DL

U/g

so

il

MCPA w/ MCPA w/o MCPA

Lav nedbrydning, høj sorption :Methyltriazinamin

• Methyltriazinamin er nedbrydningsprodukt fra miniherbicid

• Nedbrydningen forventes at være co-metabolisk

• Sorptionen forventes at være høj

+

CO2

NN

N

CH3

HN

O CH3R

H2O

CN

O

C

NSN

NN

CH3

O CH3CH3

R

Low pH

High pH

+ H+

O2

O2

CN

O

C

NSN

NN

CH3

O CH3CH3

R

O2

O2

H

C

S

CH3

O2

O2

NH2

Sulfonamide Triazine amine

Høj nedbrydning, høj sorption:Glyphosat

• Glyphosat er på trods af analytiske problemer et vigtigt stof p.g.a. stort forbrug

• Glyphosat nedbrydes formodentlig let hvis det er tilgængeligt for mikroorganismerne

• Glyphosat sorberer meget stærkt til de fleste jordtyper

• Glyphosat udvaskes dog under nogle lerede jorde i varslings-systemet

Lav nedbrydning, lav sorption: Metribuzin

• Mindre udbredt end de øvrige 3 stoffer

• Anvendes i kartofler

• Ikke velbeskrevet nedbrydning i danske jorde, men formodentlig co-metabolisk p.g.a. N-holdig ring

• Lav sorption

• Alt i alt ”familiens sorte får”

Summering af vores forventninger til stoffernes opførsel

Metabolisk nedbrydning:

• MCPA (høj)

Cometabolisk nedbrydning:

• Methyltriazinamin

• Metribuzin

• Glyphosat (høj)

Stærk sorption:

• Glyphosat

• Methyltriazinamin

Svag sorption:

• Metribuzin

• MCPA

Nedbrydning af metribuzin

• Nedbrydningen (DT50) af metribuzin forløber meget langsomt i underjorde.

• Simple regression antyder at nedbrydningen går stærkest i jorde med høj mikrobiel biomasse

Ulsted Hørby Ajstrup

Ap 92 66 187

Bs/Bvs >1000 227 >1000

C >1000 >1000 nd

M64d

CF

U

Nedbrydning af methyltriazinamin

• Nedbrydning (DT50) af methyltriazin amin sker i alle jorde, men hurtigst i overjord

• Nedbrydningen går stærkest i jorde med høj mikrobiel biomasse

Hørby Ajstrup

Ap 90 66

Bvs 343 134

C 177 ndM64d

CF

U

Nedbrydning af glyphosat

• Mineralisering af glyphosat går hurtigst i overjorde

• Mineraliseringen er ikke alene styret af den mikrobielle biomasse

Ulsted Hørby Ajstrup

Ap 1,24 8,49 2,77

Bs/Bvs 0,23 0,29 0,20

C 0,26 0,41 nd

M64d

CF

U

Nedbrydning af MCPA

• Nedbrydningen (DT50) af MCPA forløber altid hurtigt

• Nedbrydningen er ikke koblet til den mikrobielle biomasse

Ulsted Hørby Ajstrup

Ap 12 14 12

Bs/Bvs 11 12 4

C 14 12 nd

M64d

CF

U

Nedbrydning og mikrobiel biomasse - hænger det sammen ?

Ja

• Stofferne methyltriazinamin og metribuzin nedbrydes næsten udelukkende i de jordprøver hvor der findes høj mikrobiel biomasse (og aktivitet)

Nej

• Stoffet glyphosat er ikke typisk - måske spiller den stærke sorption til uorganiske partikler en rolle

• Stoffet MCPA nedbrydes næsten alle vegne

Kan sorptionen af stofferne relateres til jordenes iboende egenskaber ?

• Stoffernes sorption (Kd) testes mod en række parametre, bl.a.:

• % c-tot

• tekstur (% ler og fin silt)

• pH

• Fe og Al oxider

• Vi anvender multivariat statistik, der kan tillade flere parametre tilsammen at give forklaringen på den fundne sorption

Multivariat statistisk analyse af Kd for methyltriazinamin i relation til samtlige jorde fra alle 8 landskabselementer

• 105 jorde fra alle landskabselementer indgår i analysen

• Vigtigste variable er c-tot (organisk indhold) (modellen kan forklare 82% af variationen)

• Bemærk at der her indgår overjordsprøver (overjordsprøver er forsøgt ”normaliseret”, d.v.s. byg på svinebrug, ikke ært som forfrugt)

-2 -1.5 -1 -0.5 0-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

Målt log(Kd)

Mo

delle

ret

log

(Kd

)

Methylt riazinamin, datasæt med overjord

Målt log(Kd)

Mod

elle

ret

log(

Kd)

Multivariat statistisk analyse af Kd for methyltriazinamin i relation til underjorde

• Analysen er her baseret på 80 jorde.

• Ler, jern og pH er styrende variable i modellen (modellen kan forklare 75% af variationen)

-2 -1.5 -1 -0.5 0-2

-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

Målt log(Kd)

Mo

delle

ret

log

(Kd

)

Methylt riazinamin, datasæt uden overjord

Målt log(Kd)

Mo

del

lere

t lo

g(K

d)

Vores forventninger (feb. 2003) til at kunne relatere pesticidspecifikke parametre til iboende geokemiske egenskaber

• Vi kan se klare sammenhænge mellem humus indhold og nedbrydning af stofferne ved analyse af Yoldia fladen alene

• Vi afventer data for DT50 for de øvrige landskabselementer

• Vi kan se klare sammenhænge mellem c-tot indhold og sorption for udvalgte stoffer for alle 8 landskabselementer

• Ved at kigge på underjorde alene kan vi se sammenhæng mellem iboende egenskaber (ler, pH og Fe) og sorption foreløbige analyser kun for metribuzin

Kan den hydrauliske ledningsevne adskilles i de forskellige landskabselementer ?

• I overjordsprøver er der ikke den store forskel på den hydrauliske ledningsevne mellem f.eks.Yoldiafladen og Alluvialkeglen

vandindhold [cm3/cm3]

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

vand

pote

ntia

l (pF

)

0

1

2

3

4

vand

pote

ntia

l (pF

)0

1

2

3

4 Yoldia

UlstedHørbyAjstrup

Alluvial

StubkærFrederiksMjøls

Bakkeø MS

AstrupNr. FeldingHjortkær

vandindhold [cm3/cm3]

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Weichsel MS

SjørupBraulstrupLåstrup

Ap-horisont

Kan den hydrauliske ledningsevne adskilles i de forskellige landskabselementer ? II

• Underjordsprøver fra Alluvial keglen har en meget lavere vandholdende evne end Yoldia fladen

vandindhold [cm3/cm3]

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

vand

pote

ntia

l (pF

)

0

1

2

3

4

AstrupNr. FeldingHjortkær

vandindhold [cm3/cm3]

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

SjørupBraulstrupLåstrup

vand

pote

ntia

l (pF

)

0

1

2

3

4 Yoldia

UlstedHørbyAjstrup

StubkærFrederiksFrederiksMjølsMjøls

Alluvial

Bakkeø MS Weichsel MS

C-horisont

Vi kommer videre med modellering ved hjælp af MACRO

• Metribuzin udvaskning fra Yoldia fladen er brugt som 1. eksempel.

• Modellen viser, at stofspecifikke parametre er vigtigst i MACRO modellen

• Med Metribuzin bliver den vigtigste parameter nedbrydningen

Rang Parametre

1) DEG,FREUND

2) FREUND,DEG

3) TRESP,FREUND

4) CTEN,ZLAMB, KSM

5) ZKD,ZLAMB

Maskinerne arbejder og vi har endnu kun resultater fra eet

landskabselement

Konklusion

• KUPA har genereret et unikt datasæt, der slår fast, at der er stor forskel mellem stoffernes egenskaber - sandsynligvis er der behov for at zonere efter stofgrupper

• På baggrund af data for et begrænset antal jordprofiler tyder det på, at centrale parametre for modellering af udvaskning - Kd-værdier f.eks. - er relateret til velkendte fysik-kemiske egenskaber

• I april 2003 er de sidste målinger færdige og i efteråret 2003 vil endelige konklusioner kunne ventes