Bekæmpelsesmiddelforskning fra Miljøstyrelsen, 89 – Pesticiders påvirkning af planter og alger i vandmiljøet

Pesticiders påvirkning af planter og alger i vandmiljøet

Sammenfatning og konklusioner

Vi har i dette projekt undersøgt pesticiders påvirkning af planter og alger i vandmiljøet. Vi har primært fokuseret på herbiciderne, ukrudtsmidlerne, da det er disse stoffer, der formodes at have den største effekt på planter. For at få det bredest mulige billede af giftigheden af herbicider i vand lavede vi et database-studie på omkring 150 forskellige herbicider tilhørende 15 forskellige fysiologiske/biokemiske virkemåder. Den akvatiske toksisitet, givet som EC₅₀ på alger, blev sammenlignet med den terrestriske toksisitet, estimeret ud fra den anbefalede markdosis. Generelt set, var herbicider relativt uvirksomme i vand. For mere end halvdelen af de herbicider, der indgik i studiet, ville en fuld markdosis udsprøjtet på 30 cm vand ikke kunne reducere algers vækst med mere end 50%. Toksisiteten i databasestudiet var bekræftet i laboratorieforsøg med standard algetests og Lemna (andemad)-tests på 10 repræsentative herbicider. For 7 af de 10 herbicider var toksisiteten overfor Lemna dog 10-1000 gange højere end toksisiteten overfor alger, hvilket understøtter vigtigheden af også at indrage højere planter i risikovurderingen af pesticider. To af de potentielt mest toksiske herbicider, som forhandles og bruges i Danmark, blev udvalgt til yderligere undersøgelse. Dette var sulfonylureaherbicidet metsulfuron-methyl og s-trazinen terbuthylazin. På disse to stoffer blev den artspecifikke forskel i følsomhed mellem 10-12 forskellige arter af vandplanter undersøgt under to vækstvilkår, og arts-følsomheds-fordelinger (SSD's) udregnet. Resultaterne viste, at forskellen i følsomhed mellem arterne var relativt lille, en faktor 56 og 34, sammenlignet med forskellen mellem terrestriske arter, der kan variere med op til en faktor 1000. Forsøgene viste også, at standard-testen med Lemna minor var representativ for vandplanterne, og at standard-testen med algen Pseudokirchneriella subcapitata er en god repræsentant for følsomheden af et naturligt udviklet epifytsamfund. Hvis man bruger en sikkerhedsfaktor på 10 mellem de højest forventede koncentrationer i miløet (Predicted Environmental Concentrations (PEC) udregnet som en fuld markdosis opblandet i 30 cm vand) og NOEC, defineret som EC₁₀, eller en faktor 100 mellem PEC og EC₅₀ på Lemna-standard testen, vil man beskytte >95% af vandplante-arterne.

Da de højeste koncentrationer af herbicider formodes at forekomme i pulse af kortere varighed i forbindelse med sprøjtning eller nedbørshændelser, blev effekten af en pulseksponering med forskellige herbicider på Lemna minor undersøgt. Herbiciderne repræsenterede 3 virkemåder og havde forskellig K_ow (et udtryk for fedtopløselighed, der også påvirker hastigheden, hvormed stoffer optages og frigives fra planter) indenfor hver virkemåde. Forsøgene viste, at planternes vækst efter 4 dage var upåvirket af en 3-timers pulseksponering med koncentrationer, der var dødelige under længerevarende (4 dage) eksponering for de to fotosyntesehæmmere diquat og terbuthylazin. For ALS-hæmmerne imazamox og metsulfuron-methyl og mikrotubuli-hæmmerne propyzamid og pendimethalin havde pulsen en effekt, og EC₅₀ for pulseksponeringern var omkring en faktor 10 højere end EC₅₀ for den langvarige eksponering. Der var ingen forskel mellem stoffer med samme virkemåde, men med forskellig K_ow. Årsagen til den lille effekt af en pulseksponering for fotosyntesehæmmerne kunne skyldes, at planterne har et apparat til udbedring af skader forårsaget af oxygen-radikaler, som er den type skader, disse herbicider forårsager. En hæmning af celledelingen er tilsyneladende sværere at komme sig over, og for metsulfuron-methyl viste det sig, at det tog ca. 4 dage for planter, eksponeret til en næsten dødelig puls, at opnå vækstrater sammenlignelige med ikke-eksponerede planter.

Den samlede konklusion på samtlige forsøg var, at herbicider i de koncentrationer der er målt i dansk overfladevand (<10 μg l^-1), ikke vil nedsætte væksten mærkbart eller ændre væsentligt på artssammensætningen af neddykkede vandplanter. Vi observerede i flere forsøg, at lave doser af herbicider havde en stimulerende effekt på plantevæksten. Et fænomen, der betegnes hormesis. Nogle svampemidler er også rapporteret at kunne stimulere effekten af væksten af terrestriske planter, og vi så en tilsvarende effekt for svampemidlet prochloraz tilsat i lave doser (10 og 20 μg l^-1) til Lemna, dyrket under suboptimale vækstforhold. Så snart vækstforholdene blev optimeret, forsvandt effekten. Prochloraz (< 100 μg l^-1) påvirkede ikke toksisiteten af hverken metsulfuron-methyl eller terbuthylazin.

Selvom de herbicidkoncentrationer, der er blevet målt i dansk overfladevand, alene ikke vil kunne påvirke den akvatiske flora betydeligt, er det mere usikkert, hvilken effekt tilstedeværelsen af flere stoffer sammen kan have. Vi præsenterer her den Additive Model, som kan bruges til at estimere effekten af flere herbicider, når de er til stede sammen under forudsætning af, at man har toksisitetsdata for de enkelte stoffer. I et eksempel, der tager udgangspunkt i en puls-hændelse med tre fotosyntesehæmmere, viser vi, at de tre stoffer tilsammen potentielt kan nå niveauer, der ifølge den additive model kunne have en effekt. Den Additive Model er et godt redskab til at identificiere potentielt kritiske eksponeringssituationer, som kræver yderligere undersøgelser. Et blandingsforsøg med metsulfuron-methyl og terbuthylazin viste, at de to stoffer tilsammen giver en mindre effekt end forventet på baggrund af den additive model. Dette ses ofte og understøtter brugen af den additive model til at estimere den værst tænkelige situation. Da formålet med vores projekt var at fokusere på lave effektkoncentrationer, har vi diskuteret definitionen af "ingen effekt". Vi har valgt at bruge EC₁₀ og argumenterer for brugen af EC_x niveauer fremfor de meget brugte termer NOEC og LOEC, da EC_x værdier er mere konsistente på tværs af testsystemer. Variansen af EC_x giver desuden et indtryk af experimenternes kvalitet.

Der hvor der er størst usikkerhed omkring virkningen af pesticider på den akvatiske flora i søer og vandløb er i situationerne, hvor pesticiderne findes i blandinger. En større viden om sammensætningen og tidsforløbet af blandinger og deres effekt på floraen ville kunne bidrage til at udpege steder og situationer, hvor pesticid-blandinger kunne opstå i koncentrationer over tidsforløb, der kunne påvirke den akvatiske flora væsentligt. Vi mener heller ikke, at mekanismerne for optagelsen af pesticider i vand er belyst tilfredsstillende, da der er indikationer på, at optagelsen i vand er væsentlig forskellig fra optagelsen i det terrestriske miljø. En bedre forståelse af mekanismerne for optagelse af pesticider i vand kunne lede til en højere grad af forudsigelse af pesticiders og andre kemiske stoffers akvatiske toksisitet. Overordnet set kan det dog konkluderes, at de koncentrationer af herbicider, der måles i Danmark, enkeltvis ikke vil påvirke væksten og artssammensætningen af floraen i det danske vandmiljø væsentligt.