Udvaskning af glyphosat ved juletræsproduktion på lerjord
4 Diskussion
4.1 Transport af pesticider i jord under juletræsdyrkning
Som beskrevet i introduktionen (afsnit 1.3) er det fra tidligere studier kendt, at glyphosat kan sorbere kraftigt til jord, og det er ligeledes fastslået, at glyphosat kan omdannes til AMPA, som også kan udvaskes fra lerede lokaliteter. Projektet var rettet mod at undersøge disse forhold med særlig relation til anvendelser og dyrkningspraksis i juletræer. I pilotundersøgelsen blev de to forsøgsfelters egenskaber sammenlignet, og der blev ikke påvist fundamentale forskelle i de to forsøgsfelter (se afsnit 3.1.3). Forsøgsområdet var derfor egnet til en sammenligning af pesticidskæbne under de to behandlingsprincipper.
4.1.1 Skæbne i jordens vandmatricer - undersøgelser af dræn og vandfiltre
I de to år, forsøget strakte sig over, var der enkelte hændelser med udvaskning af glyphosat og AMPA fra M og P feltet til drænene. Koncentrationerne der blev udvasket var dog små, som vist i afsnit 3.3.1. (under 0,07 µg/l). Gennem hele perioden, som feltforsøget varede, blev der ikke påvist ændringer i udvaskningsmønstret for pesticidet eller omdannelsesproduktet AMPA.
Udvaskningsmønstret for Slæggerup lokaliteten var anderledes en hvad der blev fundet på VAP arealer med strukturjorde, (Kjaer et al., 2005). I forhold til de jyske VAP lokaliteter Estrup og Silstrup var drænafstrømningen på den sjællandske forsøgsmark i Slæggerup meget mindre og nedbøren var også væsentlig mindre og dermed også infiltrationen. Dette har formodentlig medført, at opløst og kolloidalt bundet glyphosat og AMPA ikke blev mobiliseret i samme mængder i Slæggerup som på de to jyske VAP stationer. Også andre forskelle kan have påvirket mobiliseringen af kolloider, eksempelvis kan såvel et større ukrudtsdække som mindre jordbehandling og dermed konsolidering af jorden føre til mindre kolloidtransport. I forhold til tolkningen af udvaskning er det væsentligt at bemærke, at dyrkningen af juletræer i projektet blev udført på en strukturjord, hvor makroporer i den øvre del af jordprofilet vil have en mere permanent karakter end på sandjorde (Ernstsen, 1990). At drænene på Slæggerup var aktive i mindre grad indikerer at vandspejlet generelt lå lavere end drændybde. Dette betyder at makroporetransporteret pesticid ville kunne bevirke at glyphosat og AMPA blev ført ned under drændybde ved heftige regnhændelser. I forhold til udvaskning er det fra andre studier kendt at når glyphosat forefindes i den oxiderede zone (de øverste på 2-4 meter i Slæggerup) vil den største mængde af såvel glyphosat som AMPA være blevet sorberet eller nedbrudt. Dette stemmer fint overens med at der ikke på noget tidspunkt observeredes målelige mængder i de horisontale filtre i 3-4 meters dybde
Et kendetegn ved juletræsdyrkningen var at vegetationen mellem juletræerne var sparsom. Dermed blev en stor del af den anvendte mængde glyphosat afsat på jordoverfladen. Denne pesticidmængde kunne potentielt udvaskes, men generelt er det kompliceret at forudsige skæbnen af et pesticid som er afsat på jorden idet processer som binding til jord og nedbrydning af stoffet komplicerer sådanne forudsigelser. Eksempelvis kunne det forventes at bindingen til jordmatricen ville mindske risikoen for udvaskning. Der er dog kendt fra litteraturen at pesticidkomponenterne kan transporteres ned i jorden selv om de bundet til kolloider eller partikler, og der er også mulighed for, at bundne og sorberede pestcider kan frigives igen. Sammenhænge mellem omfanget af vegetationsdække og pesticidskæbne samt betydningen for kolloidbaseret transport er beskrevet i en tidligere dansk undersøgelse (Baun et al., 2007). I forsøget på marken i Slæggerup blev kolloidbaseret udvaskning ikke undersøgt i et tilsvarende omfang. Sammenlignes juletræsdyrkning med konventionelle landbrugsafgrøder som korn, kan det dog tænkes at forskelle i jordoverfladens beskaffenhed, dyrkningsformer og mængden af plantemateriale mellem afgrøderne kan have en effekt på betydningen af kolloidbaseret transport af glyphosat. Også klimaparametre kan have effekt på såvel udvaskningsforløb som kolloiddannelse. I begyndelsen af forsøget var der en regnhændelse umiddelbart efter udbringning af glyphosat. Fra forsøg på landbrugsjord i varslingssystemet er det kendt, at netop denne type hændelser kan medføre udvaskning af glyphosat (Kjaer et al., 2005). Projektets resultater viser dog, at risikoen for udvaskning fra juletræsbevoksninger, set over to vækstsæsoner, ikke væsentligt adskiller sig fra, hvad der i øvrigt kan observeres ved dyrkning af landbrugsafgrøder i årlig omdrift på tilsvarende, lerede jorde. Denne antagelse underbygges af resultaterne fra processtudierne der er udført i laboratoriet.
4.1.2 Transport og fund af glyphosat og AMPA i jord
Som beskrevet ovenfor i diskussionen af moniteringen af udvaskning til dræn var den observerede udvaskning via drænsystemet ringe. Skæbnen for størstedelen af den udbragte pesticidmængde var således relateret til den sorption, omdannelse og transport som forekom i jordmatricen under juletræerne. I et forsimplet billede kan denne pesticidmængde ses som tre forbundne puljer i jorden: En del pesticid blevet bundet til jord og plantematerialer i de allerøverste centimeter af jorden, en del fortsatte i opløst eller bunden form transporteret med det vand som fortsatte mod grundvandet, og endelig vil en del af pesticidkomponenterne forekomme som immobiliseret i jorden, typisk som følge af sorption, indbygning i mikroorganismer og irreversibel binding til jordkomponenter. Pesticidets skæbne i jorden vil også påvirkes af omsætningsprocesserne der bl.a. medfører dannelse af AMPA. Det er her væsentligt at bemærke, at der ikke er tale om statiske puljer. Eksempelvis er det kendt, at pesticider og nedbrydningsprodukter der er sorberet kan desorberes og mobiliseres. Også under transport i vandfasen kan der skiftes mellem bundne og opløste fraktioner. I litteraturen er der opstillet en række modelsystemer, som beskriver denne dynamik i pesticidernes skæbne i jorden (Miller et al., 1995; Delle Site, 2001; Jarvis, 2007).
Resultater fra laboratorieforsøget til beskrivelse af transport, sorption og nedbrydning i jorden lå på linie med resultater opnået i lignende forsøg relateret til traditionelle landbrugsafgrøder (Kjaer et al., 2005; Vereecken, 2005). Laboratorieforsøgene viste også, at over en periode på 2½ måned udvaskedes for alle søjlerne som medianværdi kun 0,13 ±0,31 % af den tilsatte mængde (2 kg stof/ha), ved en samlet infiltration på mellem 50 og 80 mm (se Figur 49). Da søjler kun dækkede de øverste 20 cm kan retentionen til drændybde (1,25 meter) reducere denne procent ganske væsentlig. Der synes at være en vis sammenhæng mellem infiltrationens størrelse og udvaskningen. I Slæggerup var der i forsøgsperioden regnhændelser som kunne give udvaskning til drænene, men en beregning viste at det svarede til at mindre end 20 % af nedbøren blev til drænvand.
De sorptionsforsøg, som blev udført i laboratoriet var et væsentligst element i forståelsen af, hvad der blev af pesticidet efter det når jordoverfladen efter sprøjtning. Undersøgelserne af vandprøver fra dræn og horisontale boringer viste, at det kun var en mindre del, der kunne henføres til vandfasen i jorden. Det var derfor mulighed for, at pesticidet var blevet nedbrudt eller forekom på en bundet og form i jorden. Sorptionsforsøgene var tilrettelagt, så aspekterne omkring binding til jorden kunne undersøges.
I undersøgelserne af sorptionsevnen var det bemærkelsesværdigt, at den organiske jord havde en ret høj KF værdi, hvilket indikerede at det organiske stof og mineraler, der var tilknyttet til denne værdi, havde en vis sorptionsevne (Albers, 2006). Desorptionen syntes også at have en vis betydning, hvilket vil sige, at der til stadighed vil kunne frigives mindre mængder af en del af det sorberede materiale. Dermed muliggøres en fortsat mineralisering eller nedbrydning af det residuale glyphosat niveau, der blev bundet i jorden og genfundet som glyphosat og AMPA.
Resultaterne fra analyserne for pesticidkomponenter i jorden viste, at et generelt niveau svarende til omkring halvdelen af den udbragte glyphosatmængde kunne genfindes i jorden (afsnit 3.3.2.1), og det blev påvist, at den overvejende del af denne restkoncentration forekom i form af nedbrydningsproduktet AMPA. At AMPA var den fremherskende komponent i forhold til den langsigtede skæbne af pesticidet er i overensstemmende med iagttagelser fra varslingssystemet. I varslingssystemet moniteres skæbnen ikke i jorden, men udvaskningen følges i til drænsystemer og øvre grundvand. Glyphosat og nedbrydningsproduktet AMPA blev udvasket på alle de fire VAP lerlokaliteter der blev moniteret. I moniteringen var det typisk glyphosat der blev påvist tæt på udbringningen mens AMPA kunne detekteres i de efterfølgende år efter en regelret anvendelse af glyphosat til almindelige landbrugsafgrøder (Kjaer et al., 2005). Så selv om der blev påvist hyppigere udvaskninger til dræn i varslingssystemet var billedet det samme, over tid bliver AMPA stadig mere betydende komponent.
Sorptions- og desorptionsforsøgene indikerede desuden, at den del af den udbragte pesticidmængde som kunne genfindes som glyphosat eller omdannelsesproduktet AMPA i jorden (i størrelsesorden 50 % af den udbragte mængde) kan forventes at forefindes i stærkt bundne fraktioner, som ikke eller kun meget langsomt kunne frigives til jordvæsken (se afsnit 3.3.3). Dette passer med andre undersøgelser i Flakkebjerg og Sydvestsjælland, hvor der efter mere end 2 år fandtes ca. 30 % af den udbragte mængde tilbage i de øverste 1,2 meter (Jacobsen, 2003), (C.R. Petersen, Hvidovre Kommune, pers. komm.). I Flakkebjerg fandtes at den jordbearbejdede parcel havde en større residual mængde og at nedvaskningen var sket til større dybde. Det er muligt at samme effekt vil kunne erkendes på Slæggerup, jævnfør forskellen på M og P felterne efter udbringning. I undersøgelsen af stoffernes fordeling i jorden blev det vist, at de største koncentrationer forekom i A horisonten og til dels B horisonten under P feltet for AMPA's vedkommende (Tabel 10). Fra dette projekt og andre studier er det kendt at det også er netop i de øvre jordlag, den mikrobielle aktivitet er størst. Der er dermed en mulighed for, at stoffer der langsomt desorberes fra de øvre jordlag vil blive omdannet og nedbrudt, men indenfor projektet har det ikke været muligt at afklare den videre skæbne af stofferne der blev påvist i jorden.
Hvad angår de koncentrationsniveauer, der blev påvist i jorden i nærværende projekt, er det vanskeligt at relatere til tidligere undersøgelser, da langt den overvejende del af litteraturen har beskrevet glyphosats skæbne på baggrund af forsøg udført i laboratoriet. Eksempelvis et fransk forsøg med glyphosat transport i skovjord, hvor søjler anvendes til studiet, men hvor der ikke fås et indtryk af niveauet under generel dyrkning (Dousset et al., 2004).
Der foreligger en feltbaseret undersøgelse af lerjorde fra Victoria, Australien (Eberbach, 1999). Her blev indholdet af glyphosat i fire jorde undersøgt og det blev vist, at såvel hurtig omdannelse til AMPA som irreversibel sorption til lerjordens komponenter forårsagede relativ hurtig forsvinding af det aktive stof. Undersøgelsen af den australske jord indikerede hurtig forsvinding uden akkumulering af AMPA. Et tilsvarende resultat blev rapporteret i et søjleforsøg med fransk jord fra vinmarker, hvor der ikke kunne ekstraheres glyphosat eller AMPA fra jorden efter et år (Landry et al., 2005) og en amerikansk jord (Miller et al., 1995). Disse observationer er således ikke er overensstemmende med studiet udført i Slæggerup, hvor en forholdsvis stor del af den udbragte pesticidmængde kunne genfindes i jorden under dyrkningsfelterne. Omvendt er der i flere andre danske studier fundet restkoncentrationer i jord, bl.a. i varslingssystemet. Umiddelbare forklaringer kunne være forskelle i jordtyper og klimazoner, herunder temperatur. Der ligger en forskningsmæssig interessant problemstilling i denne forskel, og i forhold til beskyttelsen af det danske miljø er det væsentligt at iagttage, at de udenlandske forskningsresultater ikke umiddelbart kan overføres til danske forhold.
Det skal nævnes, at der eksisterer tidligere undersøgelser af glyphosats skæbne under feltforhold, også i mere kølige regioner bl.a. blev der rapporteret hurtig og fuldstændig forsvinding af glyphosatkomponenter i et tidligt studie (Ragab et al., 1985) modsvaret af et studie af skovjord, hvor der stadig efter 122 dage kunne findes spor af glyphosat (Torstensson og Stark, 1979). Som anført af Eberbach (1999) kan det være problematisk at inddrage sådanne tidlige studier i perspektiveringen, da de metoder der blev anvendt i disse første studier var behæftet med stor usikkerhed. Dermed begrænses den mulige referencelitteratur yderligere.
I andre undersøgelser af pesticidanvendelser til juletræsproduktion (Pedersen et al., 2000; Pedersen et al., 2001) er der peget på en begrænset udvaskning af sprøjtemidler fra en juletræskultur på en næringsrig skovjord. Dette er ikke umiddelbart afvigende fra dette projekts resultater, hvor der blev fundet begrænset udvaskning til dræn. Forskellen ligger i, at der i nærværende studie blev undersøgt restkoncentrationer i jord, og der blev fundet relative høje restkoncentrationer af glyphosat og AMPA, som dermed adskiller dette studie fra tidligere udførte undersøgelser på danske lokaliteter. De påviste restkoncentrationer af glyphosat i jorden faldet forholdsvis hurtigt efter sprøjtningen, hvorimod de koncentrationsniveauer der blev målt for AMPA viste, at i størrelsesorden halvdelen af det udbragte sprøjtemiddel kunne genfindes som nedbrydningsproduktet i jorden over en længere tidsperiode. At det i den kemiske analyse var muligt at ekstrahere disse restindhold viste, at såvel glyphosat som AMPA forekom på en ikke omdannet form, og dermed ville der være mulighed for at stofferne efterfølgende blev firgivet fra den bundne form over tid. Stoffernes koncentration i jorden i både feltmålinger og i laboratorieforsøg indikerede at omdannelsen af glyphosat foregik forholdsvis hurtigt, set overfor en total mineralisering. Dermed kunne de påviste koncentrationer af AMPA i jorden relateres til såvel omsætningshastigheder som sorptionsforhold.
Som beskrevet i afsnit 1.3.2 kan glyphosat omdannes via to nedbrydningsveje, dels via nedbrydningsproduktet AMPA, dels via N-methylglycin. Et nærmere studie af de påviste indhold af AMPA og glyphosat i jorden kompliceredes dermed dels af at AMPA både blev dannet, sorberet og nedbrudt i jorden, dels af at der findes flere mulige nedbrydningsveje for glyphosat. Dette er skitseret på Figur 58. Et egentligt kinetikstudie af de indhold af herbicid og AMPA, som projektet påviste i jorden, ville dermed forudsætte et detailstudie af elementerne i Figur 58. Som et minimum ville det være nødvendigt at kende forholdet mellem de to overordnede nedbrydningsveje og forsvindingen af såvel glyphosat som AMPA i jorden. Ud fra de udførte forsøg kunne stofspecifikke forsvindingstider (DT50) for glyphosat og AMPA ikke estimeres, ligesom der ikke forelå litteraturstudier, der kunne anvendes i en modelberegning. Projektets væsentligste resultat var således at sætte størrelsesorden på de restindhold, der forekom i jorden under juletræerne.
Figur 58 Skæbnen af glyphosat i jord. Herbicidet kan omdannes til CO2 via N-methylglycin og AMPA. Undersøgelsens resultater viste, at der blev dannet AMPA i jorden. Som vist vil forekomsten af AMPA i jorden dels afhænge af kinetikken i dannelsen af AMPA fra glyphosat, dels afhænge af kinetikken i den videre forsvinding af AMPA i jorden
I forhold til fremskrivningen af glyphosat og AMPA i jorden er det kendt fra andre studier, at dyrkning af nåletræer kan medføre forsuring af jordlagene (Falkengren-Grerup, 1987; Drohan og Sharpe, 1997; Binkley og Giardina, 1998; Thelin et al., 1998; Berger et al., 2004), en effekt som bl.a. er relateret til træernes optag af næringsstoffer gennem rodsystemet, dannelsen af sure humusstoffer og øget deposition af forsurende luftkomponenter. At der ikke kunne påvises pH-ændringer i de øvre jordlag i dette projekt må således forklares ud fra dels en væsentlig bufferkapacitet i Slæggerup jorden, dels at det må forventes at en effekt af nåletræsbeplantningen først vil slå igennem i senere vækstår. Det er dermed ikke overraskende at en ændring i pH ikke kunne påvises inden for forsøgsperioden som følge af kombinationen af små træer og en næringsrig jord. En eventuel pH-ændring forventes først at slå igennem, når træerne når en størrelse, hvor de "når sammen". I praksis anbefales det endvidere at der kalkes efter hver omdrift for at kompensere for optaget af Ca fra jorden. Set på denne baggrund er det ikke uventet, at betydning af pH ikke fremstod som markant i den multivariate analyse.
I forhold til de udførte undersøgelser af mikrobiologien på forsøgsområdet er der tidligere publiceret studier af glyphosats effekt på mikrobielle samfund i jord. En række studier har påvist at glyphosat bl.a. kan anvendes som kulstofkilde og dermed stimulere mikrobiel aktivitet i laboratorieforsøg (Haney et al., 2000; Busse et al., 2001; Ratcliff et al., 2006). Tilsætninger af 47- 234 µg/ g glyphosat til jord stimulerede den mikrobielle aktivitet, mens ændringer af den mikrobielle biomasse ikke kunne påvises (Haney et al., 2000). Som beskrevet i introduktionen skal der anvendes en dosis der overskrider det normale behandlingsniveau med op til 100 gange, før en effekt på den mikrobielle samfund i jorden kan dokumenteres. I velgødet landbrugsjord med bufferkapacitet som den i Slæggerup kan det endvidere forventes, at der i forhold til glyphosatbidraget er mange alternative N og C kilder tilgængelige for det mikrobielle samfund. En egentlig fremmende effekt af den tilsatte mængde glyphosat på den mikrobielle biomassen kan derfor ikke forventes, ligesom væsentlige ændringer i omsætningsraterne af generelle næringskilder ikke kan forventes på lokaliteter som marken i Slæggerup.
4.2 Træernes kvalitet og dyrkningsmetoder
I relation til juletræernes kvalitet har projektet vist, at den traditionelle ukrudtbehandling på felt P har givet klart den bedste vækstrespons sammenlignet med en alternativ, primært mekanisk baseret metode på M feltet (se afsnit 2.2 for detaljer).
Kvalitetsundersøgelserne for de to ukrudtsbehandlinger angav tydelige forskelle i nålefarve, som også modsvaredes af et forskelligt optag af kvælstof. Dette afspejledes endvidere af markante forskelle i koncentration og indhold af kvælstof i nålene. Derimod resulterede behandlingerne ikke i nogen forskelle for de andre næringsstoffers vedkommende. Set over tid viste nåleanalyserne et stigende indhold af langt de fleste næringsstoffer i nålene fra 2004 til 2005 efterfulgt af et klart fald i 2006 (Tabel 7). Dette understreger virkningen af den meget tørre vækstsæson i 2006 på optagelsen af næringsstoffer. Resultaterne indikerer dog, at optagelsen af N, K, Ca, og Mg har været større i den traditionelle behandling sammenlignet med den alternative, mens der ikke fremstår tydelige forskelle hvad angår mikronæringsstofferne. Generelt lå næringsstofniveauet i nålene for hele lokaliteten inden for det anbefalede, optimale niveau. Den observerede forskel i kvælstof var den eneste karakteristiske forskel indenfor næringsstofferne, og dermed kan de kemiske tilstande i træerne ikke afklare de observerede forskelle i træernes kvalitet felterne imellem.
Generelt er der registreret et meget højt skadesniveau i såvel kontrolarealet som på træer i de to forsøgsbehandlingsfelter (Tabel 4). På den anvendte forsøgslokalitet var der givetvis andre forhold end ukrudtsbekæmpelsen, der kunne få betydning for høsten. Forøges det meget høje skadesniveau, der blev registreret i alle forsøgsbehandlinger, blot en smule, vil der således være øget risiko for en forsinkelse i høsten og/eller et reduceret udbytte.
Selve den mekaniske bearbejdning var formodentlig medvirkende årsag til den ringere vækst og dårligere farve i de mekanisk behandlede træer (felt M). Fra andre studier er det kendt at mekanisk behandling kan bruges som vækstregulering (Pedersen et al., 2002), og at den kan fremme mineralisering i forbindelse med skovrejsning (Pedersen et al., 2005b; Pedersen et al., 2005c). For at være effektiv må mulching behandlingen gå tæt på træerne, og i nogen tilfælde fjerner dette grenene på de små træer. Denne mekaniske bearbejdning var formodentlig også årsagen til den ringere vækst og dårligere farve i den traditionelle behandling. På Slæggerup har mulching på M feltet formentlig haft sin største effekt i form af rodkapning og barriereetablering for rodvæksten ud i rækkemellemrummene. Dette konkluderes ud fra, at kvaliteten for træer på M feltet var tydeligt ringere end den ubehandlede kontrol (K feltet). Den traditionelle behandling på P feltet gav i vækstårene en stadigt bedre højdevækst samtidig med at behandlingen også gav en tydeligt bedre nålefarve end den mekanisk baserede ukrudtsbehandling.
I fremskrivningen af træernes vækst blev en forskel imellem den alternative og den traditionelle behandling på næsten 25 cm på middelværdien beregnet. Dette karakteriseres som en betragtelig størrelse, der godt kan have betydning for ”om der er behov for endnu et vækstår” med den alternative ukrudtsbehandling på Slæggerup-lokaliteten før afdrift. En uændret strategi for ukrudtsbekæmpelse i de nærmeste år, må antages yderligere at øge forskellen mellem de to ukrudtsbehandlinger. Det anslås af Dansk Juletræsdyrkerforening (pers. kom., Direktør Kaj Østergård), at omkostningen ved at øge juletræsrotationen med et år ligger mellem 10–30.000 kr. pr. ha, og det er kendt fra bl.a. økologisk juletræsproduktion, at omdriften tager 1-2 år længere fordi kulturstarten oftest er langsommere (Pedersen et al., 2005c). Generelt er der således en betydelig risiko for, at vækstresponset i den mekanisk baserede ukrudtbehandling medfører et behov for endnu et vækstår for at nå en tilstrækkelig juletræshøjde og muligvis en forringet juletræskvalitet med en betydelig produktionsomkostning til følge.
Version 1.0 September 2008, © Miljøstyrelsen.