Fund af glyphosat og AMPA i drikkevand fra små vandforsyningsanlæg i Storstrøms Amt
2 Metoder
- 2.1 Udvælgelse af anlæg
- 2.2 Analyse program
- 2.3 Prøveudtagning af vandprøver og jordprøver
- 2.4 Sedimentologi og beskrivelse af håndboringer
- 2.5 Interviewundersøgelse
- 2.6 Fotografering af anlæg
- 2.7 PCA og andre analyser
I metodeafsnittet er det gennemførte analyse program og prøveudtagnings metoder af jord og vandprøver gennemgået. Beskrivelse af sedimenttyper samt statistiske metoder er nævnt på baggrund af de udarbejdede bilag om emnerne.
2.1 Udvælgelse af anlæg
Der er tidligere ved gennemførelsen af projektet ”Pesticid forurenet vand i små vandforsyninger” fundet 38 små private vandforsyningsanlæg med fund af glyphosat og/eller AMPA, (Brüsch et al. 2004).
Ejerne af disse 38 anlæg blev kontaktet pr. brev. Nogle af ejerne reagerede på brevet, mens resten blev kontaktet telefonisk.
2.2 Analyse program
Alle vandprøver udtaget fra anlæg, brønde og håndboringer er analyseret for glyphosat og AMPA samt for to bakterielle parametre – coliforme bakterier og E.coli. De bakterielle parametre blev analyseret for at undersøge om tidligere overskridelser af bakterielle parameter skyldtes direkte tilstrømning af overfladevand, eller om der var andre kilder til denne forureningstype. Desuden er jordprøver udtaget fra håndboringer og fra bunden af 2 brønde analyseret for glyphosat og AMPA.
Tabel 2.1 Stoffer aftalt analyseret i forbindelse med projektaftale i jord og vandprøver. Ud over disse stoffer blev der desuden analyseret for BAM og en række andre hovedbestanddele. * Glyphosat og AMPA – analysemetode MK2275 – GC/MS. ** E.coli og Coliforme bakterier – analysemetode DS2255. De coliforme bakterier er ikke analyseret med Colilert®-metoden, der er mere følsom.
| Stof | vandprøver | jordprøver |
| Glyphosat* | X | x |
| AMPA* | X | x |
| Jern | x | |
| Fosfor | x | |
| Klorid | x | |
| Nitrat | x | |
| Ammonium | x | |
| Calcium | x | |
| E.coli** | x | |
| Coliforme bakterier** | x |
Ved den nærmere undersøgelse af anlæg med genfund af glyphosat/AMPA blev vandprøver fra anlæg, brønde, håndboringer og dræn også analyseret for en række hovedbestanddele: jern, fosfor, klorid, nitrat, ammonium og calcium, tabel 2.1. Ud over glyphosat og AMPA blev der analyseret for BAM samt følgende hovedbestanddele: NO2, PO4, SO4, Na, K, Mg samt F og Br. Desuden blev pH og ledningsevne målt i vandprøverne.
Analyserne blev gennemført for at kunne beskrivelse den generelle grundvandskemi og transport i de øverste grundvandsmagasiner ved de enkelte besøgte lokaliteter, samt for at kunne sammenholde forskellige grundvandstyper fx på gårdspladser og tilstødende marker.
For yderligere at kunne gennemføre en beskrivelse af grundvandets transportveje blev der analyseret for BAM, fordi BAM's moderstof, dichlobenil, tidligere var godkendt til anvendelse på befæstede arealer som gårdspladser og veje, hvor også glyphosat har været anvendt.
Glyphosat, AMPA og bakterielle parametre blev analyseret af EUROFINS, mens hovedbestanddele og BAM blev analyseret af GEUS.
2.3 Prøveudtagning af vandprøver og jordprøver
2.3.1 1. prøvetagningsrunde
Glyphosat og AMPA analyserne i 1. prøvetagningsrunde blev gennemført, for at identificere de anlæg som stadig indeholdt glyphosat eller AMPA, efter disse stoffer var blevet fundet i anlæggene i 2001/2002.
Ved prøvetagning fra taphaner er taphanerne først renset med 70% ethanol efter vandet i eventuelle ledningssystemet er udskiftet. Efter rensning med ethanol er taphanerne aftørret, og vandet har derefter løbe i nogle minutter. Der er fra vandhanerne udtaget vandprøver til analyse for to bakterielle parametre, AMPA og glyphosat samt for BAM.
Vandprøver udtaget direkte fra brønde (anlæg ude af drift)er udtaget 0,5 til 1 meter under vandspejlet i brønden med den flaske der anvendes til glyphosat analyse. Overskudsvandet i denne flaske er anvendt til den bakterielle vandprøve og til BAM analysen.
Rensede steriliserede flasker (1000 ml til glyphosat, AMPA, 500 ML til de bakterielle analyser) er leveret af EUROFINS. De anvendte flasker(125 ml) til jordprøver i 2. runde er ligeledes leveret af EUROFINS, mens flasker(20 ml) til analyse af vandprøver for BAM og hovedbestanddele er leveret af GEUS.
2.3.2 2. prøvetagningsrunde
Vandprøver fra anlæggene
Vandprøver ved 2. prøveudtagningsrunde er udtaget fra de udvalgte anlæg som beskrevet ovenfor, og der er desuden udtaget vandprøver fra de brønde, hvor der var placeret aktive indvindingsboringer i brøndene. Der blev også udtaget vandprøver til analyse af hovedbestanddele, hvor en delmængde til analyse af fx opløst jern blev filtreret i felten (sprøjtefilter CAMEO 30SS, PES membran, 0,45µm). Som i første prøvetagningsrunde blev der udtaget vandprøver til analyse for BAM.
Højtliggende grundvand
Ved gennemførelsen af håndboringer ved de udvalgte anlæg med fund af glyphosat/AMPA blev grundvandsspejlets beliggenhed i forhold til terræn målt. Der blev gennemført to håndboringer pr anlæg undtaget enkelte tilfælde, hvor det ikke var hensigtsmæssigt at sætte mere end en håndboring. Håndboringerne blev gennemført med sneglebor, der er et modificeret pælebor med forlængere, hvor der kan monteres forskellige sugespidser konstrueret til forskellige sedimenttyper, figur 2.1.
Det allerøverste grundvand blev anboret og der blev udtaget jordprøver til analyse under borearbejdet. I enkelte tilfælde blev der anvendt håndboregrej fra det hollandske firma Eijkelkamp, figur 2.2, når der blev anboret stenlag, hvor stenene skulle presses ud i den omgivende matrix, før fortsat boring med det modificerede sneglebor. Før håndboringerne blev gennemført blev muldlaget gravet bort.
Figur 2.1 Sneglebor monteret forlængerstænger. Billedet til højre viser jordprøve på sneglebor. Modificeret fra almindeligt pælebor af Ole Stig Jacobsen, GEUS.
Figur 2.2 Eksempler på håndboringsgrej fra firmaet Eijkelkamp.
Vandprøverne fra håndboringerne blev udtaget med sugespids påmonteret en slange ført til en slangepumpe (peristaltisk pumpe, producent Ole Dich). Sugespidsen blev sat lidt under grundvandsspejlet, således at vandprøven repræsenterer det allerøverste grundvand. Spidsen blev ikke påmonteret snegl, da det var vanskeligt at sætte sneglen påmonteret sugespids ned i håndboringerne uden at skubbe sediment fra boringernes sider ned i boringen. Da boredybden var lille, var det muligt at sænke sugespidsen ned i det øverste grundvand uden at forurene grundvandet med materiale fra overfladen. Spidsen og slangen blev skyllet med demineraliseret vand før prøvetagning, og slanger og spids blev renset ved gennempumpning af grundvand før prøvetagning ligesom slanger og spids blev tømt for vand efter prøvetagning.
Den anvendte slangepumpe suger kun små mængder vand op og i langt de fleste tilfælde kunne vandprøverne udtages ved kontinuert prøvetagning. Der blev udtaget vandprøver fra alle håndboringer.
Placering af håndboringer i forhold til eksisterende anlæg
Vandprøverne blev udtaget fra håndboringer placeret fra 3 til ca 30 meters afstand fra anlæggene i det højtliggende grundvand opstrøms grundvandets strømningsveje. Lå anlæggene tæt på dyrkningsarealer eller andre arealer, hvor glyphosat var anvendt, blev der udtaget vandprøver fra det højtliggende grundvand mellem anlægget og de behandlede arealer. Nogle håndboringer blev derfor sat i områder, hvor der ikke var anvendt glyphosat, mens andre blev sat på arealer, hvor der var anvendt glyphosat fx på gårdpladser eller i kanten af marker.
Nedsivningsanlæg, drænsystemer og andre brønde
Undersøgelsen omfattede også mulighed for at udtage vandprøver fra et begrænset antal nedsivningsanlæg i forbindelse med drænsystemer, hvor der nedsives drænvand direkte til det højtliggende grundvand, samt fra andre eksisterende brønde tæt ved de undersøgte anlæg. Da drænvand ofte indeholder både glyphosat og AMPA kan nedsivningsanlæg i nogle tilfælde være en direkte forureningskilde.
Imidlertid blev der ikke fundet nedsivningsanlæg eller almindelige drænbrønde ved anlæggene, hvilket skyldtes de undersøgte morænelerstypers høje porøsitet og permeabilitet. Ifølge nogle anlægsejerne står der kun sjældent vand på markerne og det er ofte ikke nødvendigt at gennemføre vedligeholdelse af eksisterende drænsystemer.
Det var heller ikke muligt at finde andre gravede brønde tæt ved de undersøgte anlæg. Der blev kun udtaget vandprøver fra to drænbrønde samt fra en rørlagt grøft, der var rørlagt tæt ved et anlæg.
Figur 2.3 Jordprøve fra sneglebor før afrensning. Alle prøver blev opbevaret i særlige glasflasker fra EUROFINS.
Jordprøver
Jordprøver til analyse for glyphosat og AMPA blev udtaget med håndbor.
Før håndboringen blev gennemført er den øverste del at rodzonen fjernet (30-40 cm), og håndboringen derefter sat i det rensede areal. Da de undersøgte arealer alle var lerede, var det ikke nødvendigt at sætte forerør.
Jordprøverne blev udtaget under de opstrøms arealer nær anlægget, som anlægsejeren udpegede som behandlede med glyphosat samt fra håndboringer sat mellem brønd og arealer behandlet med glyphosat, dvs. under områder hvor der ifølge ejerne ikke var anvendt glyphosat. Enkelte af anlæggene blev undersøgt mere detaljeret og der blev udtaget jordprøver fra profiler under gårdpladser, hvor der var anvendt glyphosat. Figur 2.3 viser en jordprøve før afrensning. Afrensningen sikrer at jordprøven er uforurenet af sedimenter fra andre niveauer i håndboringen.
For at undersøge om der i bundslammet var sorberet glyphosat eller AMPA som måske kunne stamme fra uheld eller tidligere høje koncentrationer i brøndvandet blev der udtaget i alt 4 sedimentprøver fra bunden af to brønde, hvor det ene anlæg var i drift, mens indvindingen af drikkevand fra det andet anlæg var ophørt. Prøverne blev udtaget med en modificeret prøvehenter fra Eijkelkamp, der blev forsynet med en tilbageløbsventil, se figur 2.4. Der blev udtaget 2 prøver fra det øverste slamlag i brøndene og 2 fra sedimenterne under slamlaget.
Figur 2.4 Prøvetager udviklet til udtagning af sedimentprøver fra bunden af to brønde.
2.4 Sedimentologi og beskrivelse af håndboringer
Alle sedimenter, fx moræneler og forskellige sandtyper, i håndboringerne er beskrevet ved at ved at konstruere sedimentologiske logs.
Beskrivelsen (facies beskrivelse) anvendes til systematisere og beskrive sedimenters opbygning og udbredelse i rum og tid, og omfatter fx farve, kornstørrelses fordeling, tekstur, sediment, lagdeling, intern skrålejring, og andre karakteregenskaber som grænseflader mellem forskellige lag, bilag 3.
De enkelte lag beskrives under borearbejdet, hvor grænseflader mellem forskellige lag tegnes på en naturtro måde, og hvor fx slirer og klastre samt rødder, sprækker etc. også medtages.
Nøjagtighed ved beskrivelse af dybdemæssig fordeling af sedimenter er ved håndboringer i cm skalaen.
2.5 Interviewundersøgelse
I forbindelse med anden prøveudtagning er der gennemført et interview af brøndejerne. Som grundlag for interviewet er anvendt et spørgeskema, se bilag 4. Kun en enkelt af deltagerne i 2. runde var aktiv landmand, og det viste sig at kun få af ejerne kunne bidrage med alle de oplysninger som det var planlagt at indsamle, fx pga. ejerskifte. Da langt de fleste ejere ikke opholdt sig på ejendommen, da der blev udtaget vandprøver og gennemført håndboringer, blev interviewet gennemført telefonisk.
Oplysninger om anvendelse af glyphosat nær anlæggene er indsamlet i forbindelse med interview af brøndejerne for om muligt at identificere glyphosat og AMPA kilder nær anlæggene.
2.6 Fotografering af anlæg
Fotos af anlæggenes beliggenhed, overfladebelægninger og af sedimentprøver blev bl.a. anvendt ved den detaljerede beskrives af anlæggene og af håndboringer, bilag 5. Fotografier af anlæggene blev også sammenholdt med fotografier taget i 2002/2001 for at vurdere eventuelle ændringer i forholdene omkring det enkelte anlæg.
2.7 PCA og andre analyser
Den kemometriske undersøgelse er udført på standard PC med programmerne Matlab version 7.0 fra Mathworks inc., med tilføjelses programmet PLS Toolbox fra Eigenvector Research inc.
Der er gennemført en PCA analyse for at undersøge mønstre i rådata og med henblik på at finde ud af om de boringer der er fundet glyphosat og AMPA i er specielle med hensyn til nogen af de øvrige parametre, der er indsamlet i undersøgelsen fra 2001/2002 i Storstrøms amt.
I PCA vil der sædvanligvis blive ekstraheret mere end tre komponenter og det kan derfor være vanskeligt at afgøre, om der eksisterer en underliggende gruppering. Der er derfor kørt en cluster analyse på objekternes koordinater i det reducerede variabelrum, d.v.s. projiceret ind på principal komponenterne for at afsløre om der er underliggende strukturer, der kan gruppere grupper med fund af glyphosat og AMPA sammen med objekter med særlige karakteristika.
Slutteligt forsøges med en PLS regression at klarlægge om der findes umiddelbare sammenhænge mellem koncentrationen af glyphosat og AMPA og fx uorganiske parametre. Denne regression vil vise om der er anlæg med fund der er mere sårbare end andre baseret på de informationer vi har.
Samtlige indsamlede data (inkl. interviewdata) samt data fra det tidligere gennemførte projekt (Brüsch et al., 2004) er indgået i den statistiske analyse. Hvor der ikke er fundet statistiske sammenhænge er data i den videre bearbejdning blevet ekskluderet fra datasættet. På denne måde har den statistiske bearbejdning medvirket til at klarlægge relevansen af de indsamlede data.
2.7.1 Beskrivelse af principper for PCA, Cluster analyse og PLS-R
PCA bruger princippet om at finde kombinationer af variable (faktorer eller såkaldte latente variable) til at beskrive tendenserne i datasættet. Normalt er variable ikke uafhængige og målet er med så få såkaldt latente variable at beskrive den systematiske variation i datasættet. Det svarer til at man i et bivariat datasæt forsøger at lave lineær regression. Ved at gøre dette reducerer man antallet af variable fra to til en. Denne ene variabel er således en latent variabel, der ikke i sig selv kan oversættes til en bestemt egenskab, idet den er en linear kombination af de to variable. Den algoritme man anvender(mindste kvadraters metoder), sikrer at der er mindst mulig fejl på forudsigelserne lavet på modellen (regressionslinien).
I et multivariat tilfælde er det mere kompliceret. Først finder man den retning i variabelrummet der forklarer størst mulig af datasættets variation. Hernæst fortsætter man med en ny retning, idet det kræves at næste retning er orthogonal (det vil sige vinkelret) på den første, samtidigt med at man tilstræber at mest muligt variation i den resterende matrice forklares. Denne forudsætning sikrer at de latente variable, i modsætning til de reelle variable, er uafhængige. Man har en række metoder til at vurdere antallet af latente variable der skal ekstraheres, dels kan man bruge sin sunde fornuft og vurdere residualet eller fejlen i forhold til målesikkerhed, og dels kan man se på modellens evne til at prediktere hver enkelt objekt for hver iteration i forhold til den foregående. Falder modellen prediktive evne, har man taget for mange latente variable med og man stopper med at ekstrahere flere komponenter.
Cluster analyse kan anvendes på samme datastrukturer som fx PCA, det vil sige der skal være en række prøver, objekter, med en tilhørende række variable, og disse skal være bestemt for alle de objekter der skal indgå i cluster analysen. Cluster analyse er et velegnet værktøj til på simpel og visuel måde at finde strukturer i datasæt baseret på de indgåede variable, det vil sige at afgøre hvor godt prøverne ligner hinanden, om der er grupperinger og om der er prøver der er afvigende i forhold til disse grupperinger.
I dette tilfælde anvendes cluster analysen på resultatet fra PCA analysen, det vil sige objekterne projiceres ind i det reducerede variabelrum bestemt af de betydende principal komponenter.
PLS er en optimering af PCA analysen i forhold til at skabe en model der kan forklare en ukendt variabel (y variablen) ved hjælp af en lineær regression. Udvælgelsen af latente variable udføres, således at der både tages hensyn til beskrivelsen af de variable, der indgår i korrelationen (de uafhængige variable, normalt kaldet x matricen), og evnen til at beskrive den afhængige y variabel efter en veldefineret og standardiseret algoritme. Regressions metoden anvendt i dette projekt kaldes for Partial Least Squares Regression og forkortes PLS-R eller blot PLS. Metoden udmærker sig ved at optimere udvælgelsen af latente variable, sådan at de bedst beskriver både det uafhængige datasæt og det afhængige datasæt. Det betyder at korrelationerne ofte kommer til at bestå af færre latente variable end ved andre metoder og dermed bliver mere simple og lette at fortolke. De latente variable i denne metode kaldes for ”PLS-komponenter” analogt med ”principal komponenter” ved principal component regression og analyse. PLS-regressionsmetoden er begrænset til at beskrive lineære sammenhænge. Dette betyder at rådata i situationer med ikke lineære sammenhænge må transformeres, fx ved en log transformation, for at kunne anvende metoden. Er det ikke muligt af finde en passende transformation, kan det være nødvendigt fx at anvende neurale netværk til at beskrive sammenhængen.
Version 1.0 April 2007, © Miljøstyrelsen.