Dry deposition and spray drift of pesticides to nearby water bodies

Dry deposition and spray drift of pesticides to nearby water bodies

Sammenfatning og konklusioner

Beslutningsstøtteværktøj

Et beslutningsstøtteværktøj til Miljøstyrelsen til vurdering af risikoen for transport af pesticider til vandløb og søer er under udvikling (PestSurf). Udviklingen af PestSurf koordineres af DHI – Institut for Vand og Miljø. Nærværende rapport beskriver støtteværktøj til estimering af det atmosfæriske bidrag af pesticider til vandløb og søer forårsaget af sprøjtning på tilgrænsende marker. Der er taget højde for følgende processer:

Tørdeposition af gasformige pesticider, som er fordampet fra markerne. Tørdeposition er stoftransport til overfladen ved hjælp af lufthvirvler (turbulens) og en efterfølgende optagelse i/på overfladen. For at tørdepositionen skal forekomme må pesticidet først fordampe fra det sprøjtede område og derefter blive transporteret til vandet med vinden. Fordampningen er størst lige efter sprøjtningen men kan foregå i mange dage efter (~10-20 dage)
Afdrift af dråber, som dannes ved selve sprøjtningen. De skal også transporteres til vandet med luften . Afsætningen af dråberne forårsages hovedsagelig af tyngdekraften og ikke af turbulensen. Turbulensen spiller dog en rolle ved at holde en del af dråberne lidt længere i luften.

Der er udviklet en model til beregning af fordampning, atmosfærisk spredning og transport og af tørdeposition til vandløb og søer.

Fordampning

Fordampningen af pesticider fra afgrøder og jord er i denne model beskrevet ved empiriske relationer fremkommet ved sammenholdelse af forsøg med målinger af fordampning af et begrænset antal pesticider og deres fysik-kemiske egenskaber . Den empiriske relation for fordampning fra jord tager også højde for jordens egenskaber. Disse empiriske relationer er udviklet af Alterra, Wageningen, Holland (Smit et al., 1997; Smit et al., 1998). Relationen for afgrøder er en sammenhæng mellem fordampningen og pesticidets damptryk, mens fordampningen fra jorden afhænger af pesticidets koncentration i gasfasen i jorden. Disse empiriske relationer anvendes i modellen til at beregne fordampningen for alle pesticider.

Atmosfærisk transport og opblanding

I modellen tages højde for at et gasformigt pesticid transporteres vertikalt ved hjælp af lufthvirvler og i horisontal retning med vinden. Der tages også højde for, at vindhastigheden tiltager med højden.

Tørdeposition

Ved beskrivelse af tørdeposition i modellen tages højde for, at pesticidet er transporteret til vandoverfladen ved hjælp af turbulens og at diffusiviteten i gasfasen spiller en rolle i et tyndt lag lige over vandoverfladen. Optagelsen af pesticidet i vandet afhænger af opblandingen i den øverste del af vandet (masseoverførselskoeffcienten i vandfasen) og Henry’s lov konstant. Henry’s lov konstant er et mål for gassens opløselighed i vand og beskriver forholdet mellem koncentrationerne i gas- og vandfasen ved ligevægt. Opblandingen i den øverste del af vandet er forskellig for forskellige typer vandløb og søer.

I vandløb, som ikke er dybe, og hvor vandet strømmer med en rimelig hastighed er opblandingen i vandets øverste lag forårsaget af friktionen ved vandløbets bund. Opblandingen i vandet beskrives med empirisk bestemte masseoverførselskoefficienter for ilt, men der korrigeres for forskellen i diffusiviteten i vand mellem pesticidet og ilt. De empirisk bestemte masseoverførselskoefficienter afhænger af strømhastigheden, dybden og højdeforskelle i vandløbet.

I søer, langsomt strømmende og dybe vandløb samt i havet afhænger opblandingen i det øverste lag af vandet af vinden. Opblandingen beskrives her i modellen med empiriske relationer mellem målte masseoverførselskoefficienter for vandfasen og målt vindhastighed. Disse relationer er bestemt for forskellige gasser, men resultaterne normaliseres i forhold til opblandingen af CO2 ved 20° C. I modellen er den normaliserede relation anvendt til af beregne masseoverførselskoefficienten for pesticidet i vandfasen, men der korrigeres for effekten af forskelle i diffusiviteten for pesticidet og CO2. Masseoverførselskoefficienten for vandfasen tiltager i disse tilfælde med vindhastigheden.

For de fleste pesticider bestemmes tørdeposition af modstanden for transport i atmosfæren og ikke af opblanding i vandet.

Afdrift

Afdrift ved marksprøjtning påvirkes af en række faktorer. Der kan skelnes mellem teknisk/agronomiske faktorer som sprøjteføreren kan påvirke samt de klimatiske forhold på sprøjtetidspunktet. Følgende faktorer er væsentlige for afdriftens omfang:

Dråbestørrelse (dysevalg)
Bomhøjde
Kørehastighed
Luftledsagelse, skærmning af sprøjteudstyr
Dosering
Afgrødeudvikling, naboafgrøde, læbælter
Vindhastighed
Temperatur og luftfugtighed

De første 5 punkter vedrører den anvendte teknik og her er dråbestørrelsen den væsentligste faktor af betydning for afdriftspotentialet fra traditionelle marksprøjter. Dråbestørrelsen påvirkes gennem valg af dyse og tryk. Når der ved marksprøjtning ofte anvendes en dyse og dermed dråbestørrelse med et relativt stort afdriftspotentiale skyldes det, at opnåelse af en høj biologisk effekt, til en række planteværnsopgaver er afhængig af en fin til medium dråbekvalitet. Anvendes derimod en grov forstøvning som er karakteristisk for afdriftsreducerende dyser opnås en dårligere effekt. Det betyder, at der skal anvendes højere dosering med afdriftsreducerende dyser for at opnå samme effektniveau som med finere forstøvende afdriftsfølsomme dyser. Såfremt bomhøjden hæves over det anbefalede øges afdriftspotentialet mærkbart fordi de små dråber er længere tid om at nå målet. Tilsvarende øges afdriftspotentialet når kørehastigheden øges fordi sprøjtedouchen påvirkes af en større modvind der trækker små dråber ud af douchen. Der er udviklet udstyr som reducerer afdriften fra traditionelle marksprøjter. Det mest udbredte system er såkaldt luftledsagelse som har den funktion at sprøjtedouchen ledsages af et lufttæppe ned mod målet. Det sikrer at den forekommende vind eller fartvinden forårsaget af kørehastigheden ikke kan føre dråber ud af sprøjtedouchen. Det såkaldte Twin system har i forsøg dokumenteret en afdriftsreduktion på ca 2/3 i forhold til en tilsvarende behandling med samme dråbestørrelse uden luftledsagelse. I forhold til biologisk effekt er Twin systemet neutralt til positivt afhængigt af opgavetype. Sprøjter med forskellige former for afskærmning for at begrænse afdriften har begrænset betydning til traditionelle marksprøjter, men finder anvendelse ved sprøjter i træ- og buskfrugt (tunnelsprøjter) samt ved båndsprøjtning.

Vindhastigheden på sprøjtetidspunktet er meget afgørende for omfanget af afdrift. Temperatur og luftfugtighed skønnes ligeledes at være væsentlige faktorer for afdrift ved at påvirke fordampning fra dråber under transporten. Dermed mindskes dråbestørrelsen og afdriftspotentialet øges. Betydningen af de 2 faktorer er ikke velkvantificeret under markforhold. Med hensyn til betydningen af vindhastighed skønnes det at afdriften stiger lineært ved vindhastigheder på over 1 m s^-1. Det bedste bud på hvordan afdriftsværdier kan normaliseres til samme vindhastighed er ved at dividere afdriften med den målte vindhastighed – 1 m s^-1. Det betyder eksempelvis at afdriften fordobles når vindhastigheden øges fra to til tre m s^-1. Danmark er geografisk placeret i et kystklima som er karakteriseret ved større vindhastigheder end under kontinentale klimaforhold. Det skønnes derfor at Ganzelmeier et al.’s (1995) 95 percentil værdier for afdrift er mere repræsentative for gennemsnitlige danske sprøjteforhold end de middelværdier der er fundet under tyske klimaforhold.

Beskrivelse af processer for afdrift

Rapporten giver også information om de processer, som er nødvendige for at kunne udforme modeller for afdrift, men der er ikke udviklet en model for afdrift. De værdier, der betegnes som 95% percentil værdier for afdrift under tyske forhold af Ganzelmeier et al. (1995), anses som værende repræsentative gennemsnitsværdier for afdrift under danske vindforhold. Det er disse afdriftsværdier der anvendes i PestSurf.

Sammenligning af tørdeposition og afdrift

I den sidste del af rapporten er bidragene fra tørdeposition og fra afdrift sammenlignet. Sammenligningen viser, at bidraget fra tørdeposition potentielt kan være større end bidraget fra afdrift for de gasformige pesticider, som er letopløselige i vand (defineret ved en Henry’s lov konstant: koncentration i luft (kg m^-3)/koncentration i vand (kg m^-3)) for vandløb og søer med en stor opblanding i det øverste lag. Med ”potentiel” menes i det tilfælde næsten 100% af pesticidet fordamper. For flygtige pesticider som fenpropimorph, pendimethalin og bentazon er tørdeposition ofte vigtigere end afdrift. Hvis kun en lille brøkdel af pesticidet fordamper (et par %) bliver bidraget fra afdrift større end tørdepositionsbidraget. Afdriften aftager relativt hurtig med afstanden til markkanten mens tørdeposition aftager langsommere.