Sorption and leaching of glyphosate on partly sealed urban areas
Anlass für die Untersuchungen war der Einsatz des Herbizids Glyphosat zur Unkrautbekämpfung auf Gehwegen. Da das für den Gehwegbau eingesetzte Material, geringere Sorptionskapazitäten für Glyphosat als landwirtschaftliche Böden aufweist, war das Ziel dieser Arbeit abzuschätzen, ob nach Applikation auf teilversiegelten Gehwegen die Gefahr einer Verlagerung von Glyphosat in tiefere Schichten besteht. Dazu wurde nach einer grundlegenden Charakterisierung des Fugenmaterials das Verhalten von Glyphosat auf vier methodischen Ebenen untersucht: (1) Sorptionsbatchexperimente mit Fugenmaterial von Berliner Gehwegen, (2) ein Freilandversuch mit teilversiegelten Lysimetern, (3) Säulenversuche mit Material des Lysimeters und Fugenmaterial eines Gehwegs, (4) ökotoxikologische Versuche mit dem Wurm Lumbriculus variegatus. Die Untersuchungen des Fugenmaterials zeigten, dass die obere 0-1 cm Schicht aufgrund von urbaner Deposition (z.B. Feinstäube, Ruß, Bremsenabrieb, Laub, Kot) gegenüber der unteren 1-5 cm Schicht deutlich veränderte physiko-chemische Eigenschaften aufweist. Mit Hilfe der Batchversuche konnte eine signifikant höhere Sorptionskapazität der 0-1 cm Schicht gegenüber der 1-5 cm Schicht für Glyphosat nachgewiesen werden. Um die Verlagerung von Glyphosat unter realitätsnahen Bedingungen zu untersuchen, wurden Freilandversuche mit teilversiegelten Lysimetern durchgeführt, die mit unterschiedlichen Belägen [Gehwegplatten (S95), Kleinsteinpflaster (S50), wassergebundene Wegdecke (L)] bedeckt waren. 24 Stunden nach der Applikation einer 10%igen Roundup Ultra-Lösung mit dem Walzenstreichgerät Rotofix wurden die Lysimeter künstlich beregnet. Im Sickerwasser der teilversiegelten Lysimeter S95 und S50 wurden unerwartet hohe Konzentrationen von Glyphosat gemessen [> 1000 µg L-1 (S95)]. Insgesamt wurden fast 60% der aufgetragenen Menge an Glyphosat als Wirkstoffäquivalent im Sickerwasser des Lysimeters S95 wiedergefunden. Aufgrund der durchgeführten Tracerversuche konnte eine Verlagerung des Herbizids durch präferentielles Fließen nachgewiesen werden. Zur Untersuchung der Verlagerung von Glyphosat im Gehwegmaterial unter kontrollierten Laborbedingungen, wurden Säulenversuche mit 14C-markiertem Glyphosat mit realistischer Applikations- und Beregnungsrate durchgeführt. Dazu wurden Edelstahlsäulen 11 cm hoch mit a) Material des Lysimeterversuchs (L) und b) Material von einem Gehweg (P) befüllt. Während der 117 Tage des Säulenversuchs wurde in den mit Gehwegmaterial befüllten Säulen P kein Durchbruch von Glyphosat oder seines Abbauproduktes ins Sickerwasser beobachtet. Dies ist auf den, im Gegensatz zum Grobsand der Lysimeter, hohen Sorptionskoeffizienten (Kf) des Materials zurückzuführen. Im Gegensatz dazu wurden über den gesamten Versuchszeitraum in den mit dem Grobsand der Lysimeter befüllten Säulen L ca. 33% der applizierten Menge als Wirkstoffequivalent mit dem Sickerwasser ausgetragen. Im Sickerwasser wurden Höchstkonzentrationen von > 400 µg L-1 gemessen. Da ein präferentielles Fließen aufgrund des Bromid-Fließverhaltens ausgeschlossen werden konnte, konnte gezeigt werden, dass Glyphosat und dessen Abbauprodukte im Grobsand über Matrixfluss verlagert werden. Die Durchbruchskurven wurden mit dem numerischen Transportmodell HYDRUS-1D angepasst. Die beste Anpassung wurde bei einem Modell mit zwei Domänen und nicht-linearer Sorption, mit einem Kf ≤ 1 mg1-n Ln kg-1, erreicht. Der für den Grobsand aus den Durchbruchskurven der Säulenversuche errechnete Kf Wert ist eine Größenordnung kleiner als der im Batchexperiment bestimmte. Die ökotoxikologischen Untersuchungen wurden in einem sedimentlosen System mit dem Wurm Lumbriculus variegatus mit sublethalen Konzentrationen von 0,05 – 5 mg L-1 über vier Tage durchgeführt. Dabei wurde die Bioakkumulation und die Effekte von Glyphosat und seiner Formulierung Roundup Ultra auf Biotransformations- und Antioxidationsenzyme getestet. Sie zeigen, dass Glyphosat in den Organismen akkumuliert und dadurch eine erhöhte Aktivität von Antioxidations- (SOD) und Biotransformations-Enzymen (sGST) bewirkt. Die Reaktion der Organismen war für die reine Glyphosat Substanz geringer als für die Formulierung Roundup Ultra, was darauf hindeutet, dass die Formulierung Roundup Ultra aufgrund ihrer Zusatzstoffe eine größere ökotoxikologische Relevanz aufweist als Glyphosat selber. Diese Arbeit zeigt, dass die Verlagerung von Glyphosat auf teilversiegelten Flächen nicht ausgeschlossen werden kann: Zum einen aufgrund von präferentiellen Fließwegen unter teilversiegelten Flächen und zum anderen aber auch aufgrund der geringen Sorptionskapazitäten der für den Gehwegbau eingesetzten Materialien, die zu einer Verlagerung über Matrixfluss führen können. Daher sollte der Einsatz von Glyphosat im städtischen Bereich neu überdacht werden.
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