Facilitated transport of pesticides

Facilitated transport of pesticides

Sammenfatning og konklusioner

I nærværende projekt kombineredes feltundersøgelser med modelarbejde med henblik på at skaffe informationer om dynamikken og omfanget af pesticidtransport til markdræn samt om de transportmekanismer, der styrer udsivningen af pesticider og jordpartikler med drænvand.

Feltforsøgene, som fandt sted på to marker (hver 16x100 m² ), blev udført i samarbejde med Den Kgl. Veterinær- og Landbohøjskole (KVL) på deres testområde, Rørrendegaard, ved Høje Taastrup. Forsøgene med pesticider fandt sted over to vintersæsoner: 1999-2000 og 2000-2001. Transporten af to forskelligt sorberende pesticider, Pendimethalin (hydrofobt) og Ioxynil (hydrofilt), blev observeret ved hjælp af prøvetagning af drænvand fra de to marker.

Der blev udviklet en modelkomponent til MIKE SHE til beskrivelse af transporten af kolloider dannet ved jordens overflade og af den kolloid-faciliterede transport af pesticider. Den tekniske dokumentation for modulet findes i Styczen et al. (2002). Appendiks C til denne rapport indeholder en følsomhedsanalyse for nogle af parametrene til modulet. Kapitel 4 beskriver anvendelsen af MIKE SHE med kolloid-modulet til simulering af indholdet af partikler og pesticider i drænvandet ved Rørrendegaard i sæsonen 1999-2000.

På basis af studierne fra feltområdet i løbet af de to prøvetagningssæsoner samt modelleringen af observationerne blev følgende konkluderet:

Fra eksperimenterne:

Den højeste koncentration af jordpartikler and Pendimethalin viste sig kort efter starten af drænafstrømningshændelser og før forekomsten af den maksimale drænafstrømning.
Der var en markant sammenhæng mellem Pendimethalin-koncentrationen og turbiditeten (partikel-koncentrationen) i drænvandsprøverne.
Tidspunktet for opnåelse af de maksimale koncentrationer indikerede, at makroporer var den dominerende transportvej for Pendimethalin og jordpartikler.
Fraktioneringsanalyser (filtrering gennem 0.7 ƒÊm filter eller centrifugering) af drænvandsprøver fra feltforsøgene viste, at mellem 0 og 30% af Pendimethalin var associeret med partikler. Tre drænvandsprøver fra de to modelområder (Odderbæk og Lillebæk) viste, at 45-65% af Pendimethalinen var forbundet med partikler.
Ioxynil (med en Koc værdi på ca. 170) viste ingen tegn på sammenhæng mellem partikelindhold og stofkoncentration.
Den markante sammenhæng mellem turbiditet og Pendimethalin-koncentration antyder, at turbiditeten af prøven kan benyttes til at indikere hvilke prøver, der skal analyseres for Pendimethalin eller andre hydrofobe forbindelser.

Fra modelleringen:

Med en opsætning, der var kalibreret mod partikelkoncentrationerne i drænene, viste den efterfølgende modellering af partikelbåren transport, at ved brug af realistiske Kd-værdier for Pendimethalin var massetransporten af Pendimethalin til den mættede zone totalt domineret (97%) af den kolloid-bårne transport via makroporer.
De observerede lave værdier af partikelbunden Pendimethalin i drænvandsprøverne fra Rørrendegaard kunne forklares ud fra fortyndingen af kolloid-koncentrationerne og den deraf følgende frigørelse af Pendimethalin fra kolloider til vandfasen.
Simuleringer med forskellige Kd-værdier for sorption af pesticider viste, at for den kalibrerede modelopsætning for Rørrendegaard dominerede den partikelbundne transport fuldstændig massetransporten af pesticider til den mættede zone for Kd-værdier i intervallet fra 0.1 til 100 l/kg og var samtidig en potentielt betydningsfuld faktor selv ved endnu lavere Kd-værdier. Imidlertid støttede forsøgsresultaterne ikke direkte, at pesticider med lave Kd-værdier skulle forbindes mærkbart med partikler.
Den metode, der her er anvendt til at beskrive kolloid-faciliteret transport kunne ikke producere koncentrationer af kolloid-båren Pendimethalin, og derfor heller ikke total-koncentrationer af Pendimethalin, der kunne sammenlignes med de observerede koncentrationer, da den opnåelige koncentration var begrænset af opløseligheden af Pendimethalin.
Selv ved simulering af Pendimethalin som et konservativt (ikke-sorberende) stof var det ikke muligt at opnå de observerede koncentrationsniveauer, hvilket er stærk indikation af eksistensen af en betydelig transportmekanisme udover opløst transport.
Ved anvendelse af et alternativt koncept, hvor den kolloid-faciliterede transport ikke er relateret til opløseligheden af pesticidet, vil kunne simuleres højere pesticid-koncentrationer.

Ud fra kombinationen af eksperimentelt og modelmæssigt arbejde kunne følgende konklusioner drages:

Den tid, der går mellem regnhændelse og prøvetagning og mellem prøvetagning og filtrering af prøven kan være en meget vigtig faktor for bedømmelse af kolloid-faciliteret transport ved udtagning af drænvandsprøver (eller prøver fra mættet zone), p.g.a. fortyndingen af kolloidkoncentrationen og den efterfølgende afgivelse af stof fra kolloiderne.
For eksperimentelt at kunne bestemme vigtigheden af kolloid-båren transport bør prøverne ideelt set udtages fra makroporerne.

Sammenfattende er konklusionen på dette arbejde, at kolloid-faciliteret transport gennem makroporer er en meget vigtig transport-mekanisme gennem den umættede zone for stærkt sorberende pesticider (med Koc-værdier i samme interval som Pendimetahlin) på steder, hvor genereringen af kolloider er betragtelig. Dette faktum bør tages med i betragtning, når udvaskeligheden af i hvert fald stærkt sorberende pesticider skal bedømmes.

For at kunne bedømme den potentielle udvaskelighed fra forskellige jordtyper skal som minimum bestemmes indholdet af organisk kulstof i jorden, makropore-strukturen og frigørelsen af partikler fra overfladen.