Point and non-point source leaching of pesticides in a till groundwater catchment

Dansk sammendrag

Undersøgelsens formål

Undersøgelsen formål er at vurdere risikoen for grundvandet ved kontrolleret anvendelse af sprøjtemidler i Skælskør frugtplantage, sammenlignet med udvaskning fra spild af sprøjtemidler på en tilhørende maskinplads. På maskinpladsen er sprøjtemidler og sprøjteudstyr blevet håndteret i cirka 40 år indtil 5 år før denne undersøgelse. Det er endvidere undersøgelsens formål at vurdere indflydelsen af sprækker som transportveje for udvaskningen af pesticider gennem morænelserssekvensen i projektområdet.

Hydrogeologi

Moræneleren i projektområdet er 20-25 m tyk og overlejrer et lokalt sandlag og det regionale grundvandsmagasin. Fra det regionale grundvandsmagasin indvindes grundvand til Skælskør.

Anvendelse af pesticider

Siden 1960 er der i plantagen, blandt en lang række andre virkstoffer anvendt phenoxyherbicider i mængder, der svarer til gennemsnitsforbruget inden for agerbrug. Herudover er der anvendt tilsvarende mængder af simazin, atrazin, terbuthylazin og amitrol. Anvendelsen i plantagen har ligget i forårs- og sommer-månederne (periode med netto-nedbørsunderskud). Inden for agerbrug er der i takt med vinterafgrøders større andel af det samlede kornareal sket en stigende anvendelse af mechlorprop om efteråret (periode med netto-nedbørsoverskud).

Grundvandsmonitering

Pesticidudvaskningen i Skælskør frugtplantage er moniteret og sammenlignet med udvaskningen fra plantagens maskinplads, hvor der antages at være sket gentagne pesticidspild. Begge steder er der analyseret jord og grundvandsprøver for pesticider og tritium.

Der er udtaget grundvandsprøver fra 14 filtre i tidsserier (6 gentagelser i løbet af et år) fra 5 skrå moniteringsboringer (15-25 m dybe). Prøverne er blevet analyseret for dichlorprop, mechlorprop, MCPA, 2,4-D (phenoxyherbicider), simazin, atrazin og terbuthylazin (traziner).

Pesticidudvaskning fra punktkilder

På punktkildearealet (maskinpladsen) kan der være sket spild af pesticider i forbindelse med håndtering af sprøjteudstyr og sprøjtemidler gennem 40 årindtil 5 år før denne undersøgelse. Grundvandsmoniteringen viser, at der i alle prøver udtaget i de øverste 5-7 m af det geologiske profil er meget høje indhold af pesticider (primært dichlorprop og mechlorprop) med sum-koncentrationer større end 1 mg/l i vandprøver. I samme prøver var simazin koncentrationerne væsentligt lavere (cirka 5 mg/l). Forekomsten af meget høje koncentrationer i den øverst del af det geologiske profil ("hot spot" zonen) er sammenfaldende med tritium fordelingen, der viser maximum værdier i 5-7 m's dybde.

Under "hot spot" zonen i punktkilden fordeler pesticidfundene sig spredt i tid og rum (i 29% af 48 prøver blev pesticid ikke påvist). Koncentrationer med phenoxyherbicider og simazin er henholdsvis 3-5 og 1-2 størrelsesordner mindre end i "hot spot" zonen. I sandgrundvandsmagasinet under morænen var indholdet under detektionsgrænsen og op til ca. 1 mg/l i sum-koncentrationer af phenoxyherbicider og triaziner.

Udvaskningsforsøg med store intakte søjler udtaget i "hot spot" zonen i punktkilden bekræfter resultaterne fra moniteringsboringerne. Fra søjlerne blev udvasket høje indhold af primært dichlorprop og mechlorprop med sum-koncentrationer op til 2 mg/l.

Pesticiderne påvist i punktkilden afspejler i nogen udstrækning pesticidforbruget i plantagen, som det er opgjort ud fra sprøjtejournaler og statiske oplysninger. Generelt er phenoxyherbicider 2,4-D og MCPA påvist i mindre mængder end forventet, mens det omvendte forhold gør sig gældende for mechlorprop.

Pesticidudvaskning fra Plantage

Ved grundvandsmoniteringen i frugtplantagen er MCPA det eneste phenoxyherbicid, der er fundet gentagne gange (0.01-4.8 mg/l). Dette aktivstof blev påvist i 24% af vandprøverne (ud af i alt 42 vandprvøer fra plantagen). Mechlorprop og dichlorprop er hver påvist i 1 vandprøve. Af trazinerne blev simazin påvist 17% af vandprøverne (0.04-1.0 mg/l), og atrazin i 1 vandprøve. Fundene er spredte i rum og tid (ingen detektion i 60% af prøverne) med kun få gentagelser i samme filter. Der er ikke påvist nogen korrelation med forekomsten af maksimum værdier af bombetritium (maksimun koncentration i nedbør i 1963) fundet i 5-7 m's dybde og tritium koncentrationer under detektionsgrænsen (1 TU), som forekommer ved dybder større end 12-17 m.

MCPA, simazin, terbuthylazin og amitrol (ikke analyseret for amitrol) er blevet anvendt systematisk i frugtplantagen gennem 20-30 år. Diklorprop og 2,4-D har tilsvarende været anvendt i mindst 10 år inden moniteringen. Manglen på systematiske fund af primæraktivstoffer (f.eks. diklorprop og 2,4-D) indikerer, at phenoxyherbicidprodukterne i betydelig udstrækning er blevet nedbrudt tæt ved terræn. Det bør bemærkes, at MCPA kan forekomme både som nedbrydningsprodukt af mechlorprop og som primært virkstof. Der er ikke analyseret for andre mulige nedbrydningsprodukter.

Udvaskningsforsøg udført med store intakte morænelersprøver udtaget fra 2-6 m dybde i morænelersprofilen i plantagen viser, at der er mobilt simazin og terbuthylazin i moræneleren. I en af søjlerne blev der påvist mobilt mechlorprop. Simazin sorptionsforsøg udført med morænematerialet viste, at simazin i nogen grad kan "optages" i morænens lermineraler. Dette viser, at bindingen af simazin (og formelig også andre triaziner) ikke kan beskrives ud fra en almindelig ligevægtsdistributions koefficient.

Opmåling og forsøg med sprækker

I de hydrogeologiske undersøgelser af morænen blev der påvist og opmålt gennemgående sub-vertikale sprækker i 4-6 m dybe udgravninger i plantagen og i punktkilden. Præference transport i sprækkerne blev påvist i laboratorieforsøg med de store intakte morænelerssøjler udtaget fra 2-6 m's dybde i udgravningerne. Tryk eksperimenter med jordsøjlerne viste, at den hydrauliske ledningsevne kun blev svagt reduceret under overlejringstryk på 240 kPa (svarende til 15-20 m's dybde i det geologiske profil). Forsøgene indikerer, at sprækkernes hydrauliske egenskaber kan bevares i større dybde end i de øverste 5-6 m, hvorfra søjlerne er udtaget.

Sprækker som transportveje i feltskala

De tre tritium profiler fra moniteringsboringerne i plantagen og punktkilden indikerer, at der er ringe eller ingen indflydelse af sprækker på stroftransporten under de øverste meter af profilet. Modelanalysen af profilerne viser, at tritiumfordelingen svarer til transport ved stempelstrømning og med en vertikal nedsivningsrate på 30 mm/år og en bulk hydraulisk ledningsevne på 6·10^-6 m/s. Ved vurdering af tritiumprofilerne udfra stempelstrømningsprincippet, forventes porevandet i den nedre del af morænelerssekvensen at være domineret af vand, som er infiltreret før 1953. Dette indikeres af tritiumværdier under 1 TU.

Numerisk følsomhedsanalyse

Numerisk modellering og følsomhedsanalyse af sprækkestrømningen indikerer, at i en situation, hvor de vertikale sprækker fra udgravningerne fortsætter gennem hele morænelerssekvensen, vil mobile pesticider optræde i en koncentration på 1 ‰ af udvaskningskoncentrationen fra rodzonen i løbet af få år. I modelleringen er set bort fra nedbrydning af pesticider, og der er regnet med en vertikal strømningshastighed på 30-60 mm/år, som er estimeret ud fra vandbalancemodelleringen.

Preferencetransport i sandlag

I alle beregninger er forudsat, at ingen andre hydraulisk ledende heterogeniteter end sprækker forekommer. På plantagens maskinplads (punktkilden) blev der i udgravningen observeret et hældende sandlag. Denne type helt eller delvis gennemsættende sandlag vurderes at kunne transportere pesticider hurtigere end beregnet i den præsenterede modelanalyse af sprækketransport.