Pesticides in the atmosphere - Occurrence, distribution and behaviour of selected pesticides in the vinicultural area of Trier, Germany

Pestizide in der Atmosphäre - Auftreten, Ausbreitung und Verhalten ausgewählter Pestizide im Trierer Weinbaugebiet (Deutschland)

  • During and after application, pesticides enter the atmosphere by volatilisation and by wind erosion of particles on which the pesticide is sorbed. Measurements at application sites revealed that sometimes more than half of the amount applied is lost into the atmosphere within a few days. The atmosphere is an important part of the hydrologic cycle that can transport pesticides from their point of application and deposit them into aquatic and terrestrial ecosystems far from their point of use. In the region of Trier pesticides are widely used. In order to protect crops from pests and increase crop yields in the viniculture, six to eight pesticide applications take place between May and August. The impact that these applications have on the environmental pollution of the region is not yet well understood. The present study was developed to characterize the atmospheric presence, temporal patterns, transport and deposition of a variety of pesticides in the atmosphere of the area of Trier. To this purpose, rain samples were weekly collected at eight sites during the growing seasons 2000, 2001 and 2002, and air samples (gas and particle phases) were collected during the growing season 2002. Multiresidue analysis methods were developed to determine multiple classes of pesticides in rain water, particle- and gas-phase samples. Altogether 24 active ingredients and 3 metabolites were chosen as representative substances, focussing mainly on fungicides. Twenty-four of the 27 measured pesticides were detected in the rain samples; seventeen pesticides were detected in the air samples. The most frequently detected pesticides and at the highest concentrations, both in rain and air, were compounds belonging to the class of fungicides. The insecticide methyl parathion was also detected in several rain samples as well as two substances that are banned in Germany, such as the herbicides atrazine and simazine. Concentration levels varied during the growing season with the highest concentrations being measured in the late spring and summer months, coinciding with application times and warmer months. Concentration levels measured in the rain samples were, generally, in the order of rnng l-1. Though average concentrations for single substances were less than 100 ng l-1, total concentrations were considerable and in some instances well above the EU drinking water quality standard of 500 ng l-1 for total pesticides. Compared to the amounts applied for pest control, the amounts deposited by rain resulted between 0,004% and 0,10% of the maximum application rates. These low pesticide inputs from precipitation to surface-water bodies is not of concern in vinicultural areas where the impact of other sources, such as superficial runoff inputs from the treated areas and cleaning of field crop sprayers, is more important. However, the potential impacts of these aerial pesticide inputs to non-target sites, such as organic crops, and sensitive ecosystems are as yet not known. Concentration levels in the air samples were in the order of ng m-3 at sites close to the fields were pesticides were applied, while lower values, in the order of pg m-3, were detected at the site located further away from fields where applications were performed. The measured air concentration levels found in this study do not represent a concern for human health in terms of acute risk. Inhalation toxicity studies have shown that an acute potential risk only arises at air concentrations in the range of g m-3. Finally, it must be kept in mind that only a small number of chemicals that were applied in the area were analysed for in this study. In order to gain a better evaluation of the local atmospheric load of pesticides, a wider spectrum of applied substances (including metabolites) needs to be investigated.
  • Während und nach ihrer Anwendung gelangen Pflanzenschutzmittel in die Atmosphäre. Dies geschieht durch Evaporation und durch Winderosion der Partikel, an denen das Pestizid adsorbiert ist. Messungen an den Anwendungsorten haben gezeigt, dass sich manchmal mehr als die Hälfte der eingesetzten Pestizide innerhalb weniger Tage in der Atmosphäre verflüchtigt. Die Atmosphäre ist ein wichtiger Teil des hydrologischen Zyklus und kann Pestizide über weite Strecken transportieren, so dass es zu einem Eintrag dieser Pflanzenschutzmittel in emissionsferne aquatische und terrestrische Ökosysteme kommt. In der Region Trier kommen Pflanzenschutzmittel umfassend zum Einsatz. Um Nutzpflanzen vor Schädlingen zu schützen und die Erträge im Weinbau zu erhöhen, werden vor allem Fungizide eingesetzt. Von Anfang Mai bis Ende August werden durchschnittlich 6 bis 8 Pflanzenschutzmittelapplikationen durchgeführt. Die Auswirkungen dieser Applikationen auf die Luftbelastung der Region wurden bisher kaum untersucht. Die vorliegende Arbeit hatte die Beschreibung und Bewertung der Präsenz verschiedener Pflanzenschutzmittel in der Atmosphäre der Region Trier sowie ihre zeitliche Variabilität, ihren Transport und ihre Deposition zum Ziel. Dazu wurden in den Jahren 2000, 2001 und 2002 während der Vegetationszeit wöchentlich Regenproben an acht Messstandorten gesammelt. In der Vegetationszeit 2002 wurden zusätzlich Luftproben (Gas- und Partikelphase) an drei Messstellen gesammelt. Es wurden Analysemethoden entwickelt, um Pestizide aus verschiedenen chemischen Gruppen im Regenwasser und in Luftproben zu bestimmen. Insgesamt wurden 24 Pestizide und 3 Pestizid-Metaboliten als repräsentative Substanzen ausgewählt. 24 von den 27 untersuchten Pestiziden konnten in den Regenproben, 17 in den Luftproben nachgewiesen werden. Die am häufigsten gefundenen Pestizide mit den höchsten Konzentrationen sowohl in den Regenproben als auch in den Luftproben gehören zu der Gruppe der Fungizide. Auch das Insektizid Parathion-methyl sowie die zwei Herbizide Atrazin (Anwendungsverbot in Deutschland seit 1991) und Simazin (Anwendungsverbot im Weinbau seit 1992) konnten in mehreren Regenproben nachgewiesen werden. Die Konzentrationen der verschiedenen Substanzen variierten während der Vegetationszeit, wobei die höchsten Werte zum Frühjahrsende und in den Sommermonaten gemessen wurden. Die in den Regenproben gemessenen Konzentrationen bewegten sich im Allgemeinen im ng l-1-Bereich. Diese geringen, durch Niederschläge verursachten Pestizideinträge in Oberflächengewässer können in Weinbaugebieten vernachlässigt werden, zumal hier die Belastungen aus anderen Quellen wie Oberflächenabflüsse aus den behandelten Flächen oder infolge der Reinigung von Applikationsgeräten eine höhere Bedeutung haben. Jedoch die potenziellen Auswirkungen des Pestizideintrag über die Luft auf Nutzpflanzen, die nicht Ziel der Anwendung sind wie zum Beispiel ökologisch angebaute Nutzpflanzen, oder auf empfindliche Ökosysteme sind noch nicht bekannt. Die Konzentrationen in den Luftproben lagen an den Messstellen in der Nähe der mit Pestiziden behandelten Weinberge im ng m-3-Bereich, während an Messstellen in weiterer Entfernung der behandelten Weinberge Werte im Bereich pg m-3 gemessen wurden. Die im Rahmen dieser Arbeit gemessenen Konzentrationen stellen für die menschliche Gesundheit keine Bedrohung dar. Inhalationstoxizitätsstudien haben gezeigt, dass ein akutes potenzielle Risiko nur bei Luftkonzentrationen im g m-3-Bereich besteht. Es muss abschließend darauf hingewiesen werden, dass für die vorliegende Arbeit nur eine geringe Anzahl von Chemikalien analysiert wurde, die in der untersuchten Region angewandt wurden. Um eine bessere Evaluierung der örtlichen Pestizidbelastung der Luft durchführen zu können, muss ein breiteres Spektrum der angewandten Substanzen (einschließlich der Metaboliten) untersucht werden.

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Metadaten
Author:Chiara De Rossi
URN:urn:nbn:de:hbz:385-5730
Advisor:Wolfhard Symader
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of completion:2010/06/24
Publishing institution:Universität Trier
Granting institution:Universität Trier, Fachbereich 6
Date of final exam:2009/02/06
Release Date:2010/06/24
Tag:Pestizid-Anwendungen; Pflanzenschutzmitteln
Pesticides; atmospheric pollution; fungicides; pesticide application; rain
GND Keyword:Fungizid; Luftverschmutzung; Pestizidbelastung
Institutes:Fachbereich 6 / Geographie und Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften

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