Riskkartering av bekämpningsmedel i Skånes grundvatten

Syftet med detta projekt har varit att göra en kartering av riskerna med bekämpningsmedelsläckage till grundvatten i Skåne. Karteringen utfördes genom simuleringar med riskbedömningsverktyget MACRO-SE som har utvecklats inom Kompetenscentrum för kemiska bekämpningsmedel (CKB) vid Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) i Uppsala. Bearbetning och analys av simuleringsresultaten har gjorts av CKB i samarbete med Länsstyrelsen Skåne. Riskkarteringen har utförts för bekämpningsmedlen bentazon, isoproturon, kvinmerak, MCPA, metazaklor och metribuzin vilka tidigare har påvisats i grundvatten. Dessa substanser är också representativa för en stor del av jordbruket i Skåne då de används i stor mängd och tillsammans täcker in en stor del av alla grödor som odlas i länet. Tidigare kunskapssammanställningar pekar på att det framförallt är äldre, idag förbjudna ämnen som hittas i djupare grundvatten. Men eftersom det finns en, ofta lång, tidsfördröjning mellan att ett ämne sprutas på markytan tills det att det kan infiltrera ner till grundvattnet är det intressant att närmare studera om även dagens användning av bekämpningsmedel framöver kan leda till förekomst av olika substanser i grundvattnet. Inför simuleringarna definierades scenarier som motsvarar den typiska användningen av idag för respektive substans. Utifrån dessa scenarier och data för bekämpningsmedlens fysiska och kemiska egenskaper, kartor över arealen åkermark, odlade grödor, klimatdata och jordarternas egenskaper simulerar modellen koncentrationer av bekämpningsmedlet i markvattnet på ca 2 meters djup, som kan ses som det vatten som infiltrerar genom den omättade zonen för att bli grundvatten. Resultaten visar inte koncentrationer i det djupare grundvattnet, för detta skulle det krävas en avancerad och högupplöst modell för grundvattenflöden för hela Skåne. De simulerade koncentrationerna i markvattnet på 2 meters djup kan därför ses som ett slags värsta-falls-antagande av möjliga halter av bekämpningsmedel som den simulerade användningen kan ge upphov till i grundvattnet. Modellresultaten pekar på att samtliga undersökta substanser skulle kunna uppnå detekterbara koncentrationer i grundvattnet på något ställe i länet. För substanserna bentazon och metazaklor visar resultaten att halter över gränsvärdet för dricksvatten (0,1 µg/l) även skulle kunna förekomma på vissa platser i länet. En summering av koncentrationerna för de simulerade substanserna visar att dricksvattengränsvärdet för summahalt bekämpningsmedel (0,5 µg/l) skulle kunna överskridas inom några mycket små områden i nordvästra och sydöstra Skåne. Generellt sett är riskerna för bekämpningsmedelsläckage till grundvattnet betydligt större i södra och västra delarna av länet, mycket beroende på den betydligt högre andelen åkermark där men också på grund av vädret i klimatzonen i detta område. Som ett beslutsunderlag för vattenförvaltningen på Länsstyrelsen har även de simulerade koncentrationerna aggregerats utifrån de grundvattenförekomster som definierats för vattenförvaltningen och som därmed ska status- och riskklassas. Beräkningar av medelvärden per grundvattenförekomst för de utvalda substanserna visar att i nästan alla fall ligger de simulerade halerna under dricksvattengränsvärdet. Simuleringar har också gjorts för historisk användning av bentazon och MCPA. Utifrån användningsdata som var typisk 1986 kan man se att det är stora skillnader i riskerna för grundvattenläckage jämfört med dagens användning. Simuleringarna med den historiska användningen resulterade i avsevärt högre koncentrationer, vilket framförallt förklaras med de betydligt högre doserna som då tilläts. En jämförelse har även genomförts mellan av modellen simulerade koncentrationer och uppmätta koncentrationer på samma plats. Dessa jämförelser tyder på att MACRO-SE i stor utsträckning kan prediktera ifall ett ämne innebär en risk för detekterbara koncentrationer i grundvattnet. Simuleringsresultaten kan dock inte visa risker av transport av bekämpningsmedel i grundvatten eller lateral transport av bekämpningsmedel från intilliggande inströmningsområden och denna faktor måste tas hänsyn till med hjälp av andra informationskällor vid riskbedömning av specifika grundvattenförekomster. Vad gäller uppskattningar av faktiska koncentrationer i grundvattnet är predikterade och uppmätta koncentrationer ofta i samma storleksordning, för de få data som finns för jämförelse, men korrelationen mellan koncentrationerna är svag. Ett bättre dataunderlag av koordinatsatta provtagningar i grundvatten på 2 meters djup skulle bidra till ett bättre test av modellen som skulle vara värdefullt för fortsatt utveckling. Resultaten från denna rapport kan användas för att peka ut de substanser som kan utgöra en risk för läckage till grundvattnet samt i vilka områden denna risk är störst. Resultaten kan även användas i Länsstyrelsens vattenförvaltningsarbete som ett underlag i påverkansbedömningen samt för att ta fram nya stationer för kontrollerande och operativa övervakning av grundvattnet och på så sätt effektivisera de regionala miljöövervakningsprogrammen. Riskkartorna kan ge information om var arbetet med grundvattenskydd behöver intensifieras, samt utgöra underlag för upprättande av nya eller revidering av äldre vattenskyddsområden

Ytavrinning av växtskyddsmedel i Sverige och lämpliga motåtgärder

Ytavrinning är en av flera möjliga diffusa spridningsvägar för växtskyddsmedel till ytvatten. Motåtgärder mot ytavrinning av växtskyddsmedel, med speciellt fokus på skyddszoner, har aktualiserats genom EU:s antagande av ett nytt ramdirektiv (2009/128/EG)1 för hållbar användning av bekämpningsmedel och genom riskbedömningsrutiner vid produktregistrering av växtskyddsmedel enligt växtskyddsmedelsförordningen (EG 1107/2009)2 . Med anledning av detta har problemets omfattning i Sverige och olika motåtgärders relevans och effektivitet under svenska mark- och väderförhållanden undersökts genom en litteraturgenomgång och intervjuer med svenska och internationella aktörer och experter. Rimligheten i riskbedömningsmodelleringar med R1 scenariot i PRZM-in-FOCUS har också utvärderats för svenska förhållanden. Bedömningen är att ytavrinning lokalt kan vara av stor betydelse för transport av växtskyddsmedel till ytvatten i Sverige, men att fenomenet troligtvis är begränsat i tid och rum till tillfällen (t ex extrem nederbörd) och/eller platser (t ex erosionsbenägna jordar, traktorspår, området runt dräneringsbrunnar) där särskild risk för ytavrinning föreligger. R1- scenariots mark- och väderförhållanden är inte representativa för svensk åkermark och modelleringarna överskattar troligtvis risken för transport genom ytavrinning. Skyddszoner och andra motåtgärder bedöms effektivt kunna reducera mängden växtskyddsmedel i ytavrinning om placeringen i landskapet och utformningen är rätt. De lokala förutsättningarna i form av t ex topografi (på landskaps- och fältnivå), markegenskaper, brukningsmetoder och grödor är avgörande för vilken typ av åtgärd(er) som lämpar sig bäst och var den/de ska placeras. Att införa obligatoriska skyddszoner längs med alla vattendrag bedöms därför inte motiverat, då den förväntade effekten är låg i förhållande till de stora arealer jordbruksmark som skulle behöva tas ur produktion. Istället förespråkas lokalt anpassade åtgärder, som kan föreskrivas eller ingå i rådgivning och miljöstödssystem. Eventuellt bör ett alternativ till dagens riskbedömningsmodelleringar övervägas för att nå en rimligare försiktighetsnivå i bedömningarna

Pesticide run-off to Swedish surface waters and appropriate mitigation strategies

Environmental monitoring has revealed that pesticides regularly enter surface waters in Sweden. Mitigation measures to control point sources and spray drift have successfully reduced pesticide concentrations in natural waters, but concentrations still sometimes exceed ecotoxicological guideline values. In addition, the EU directives on water (2000/60/EC) and sustainable use of pesticides (2009/128/EC), and the regulations regarding placing plant protection products on the market (EC 1107/2009) stipulate that mitigation strategies should be developed against diffuse sources, such as surface run-off and drainage. This report presents a compilation of existing knowledge as data support for the relevant authorities in the implementation of run-off mitigation strategies in regulatory and subsidy systems. The report describes a number of measures (vegetated buffer strips in particular, but also wetlands, ditch management, integrated pest management and other management strategies) to reduce the risk of surface run-off of pesticides. The report also evaluates the validity under Swedish conditions of the R1 scenario in the PRZM-in-FOCUS model for assessing the risk of pesticide concentrations exceeding the ecotoxicological guideline values due to pesticide transport through run-off. In Sweden, the majority of surface run-off occurs during snowmelt, when pesticide losses are unlikely. The temporal and spatial incidence of run-off events during the growing season and the amount of pesticides transported in this way are currently unknown. Phosphorus models estimate that up to 33% of total annual water flow enters water courses as surface run-off in the worst case scenario, and around 10% on average, but lack of model calibration data renders these estimates highly uncertain. Field data from a drained silt loam (considered to represent the 95th percentile worst case for run-off under Swedish conditions) suggest that 35- 50% of total monthly water flow during summer (May-September) occurs as surface run-off. Thus, surface run-off may contribute considerably to pesticide transport locally, but is still considered unlikely to be of major importance on a national level, although data are lacking to confirm this assumption. Therefore, local adaptation of mitigation measures is deemed a more efficient strategy for Sweden than general solutions, such as mandatory vegetated buffer strips along all water courses. This would also simplify coupling to other environmental mitigation measures, e.g. concerning nutrients and biodiversity, and increase acceptance among farmers. The R1 scenario in PRZM-in-FOCUS greatly overestimates the risks of run-off and erosion for Sweden, since the assumptions on soil and weather conditions are more extreme than is realistic for Sweden. Thus, alternative solutions suggested in this report for assessing pesticide run-off risks in Sweden are: 1) developing a Swedish scenario for the PRZM model; 2) expanding the Swedish groundwater scenario for the MACRO-in-FOCUS model to include run-off estimation; and 3) establishing a system for local run-off mitigation that is sufficiently reliable to justify the assumption that pesticides will rarely enter surface waters through runoff. It is strongly suggested that research and monitoring projects be supported to provide a better database on which to build risk assessment scenarios and risk management strategies

90

The soil texture wizard: R functions for plotting, classifying, transforming and exploring soil texture dat

Variabilité spatiale et déterminismes agro-pédologiques du devenir d'un herbicide dans l'horizon de surface - Application au cas de l'isoproturon dans un secteur agricole de Beauce chartraine.

Diffuse pollution of groundwater bodies by pesticides is a critical environmental issue. Approaches designed to spatially modulate the applied pesticide dose, as a function of pesticide leaching risks down the soil, seem to be appealing solutions. In a research context, such approaches require a mapping of soil hydropedologic properties and of pesticides adsorption and degradation properties, in order to be able to model molecules fate in soils. The PhD work presented here deals with the first step of such approach: the characterisation of soils properties and an herbicide molecule - isoproturon - fate properties in soil at the scale of a 2600 ha agricultural area in the Beauce chartraine region. The PhD objectives hold in 3 parts: [i] characterising the spatial variability of soils pedological, physico-chemical and hydraulic properties (water retention, hydraulic conductivity KSAT, immobile water fraction fIMM), as well as isoproturon adsorption (KD) and degradation (DT50) properties in the topsoil of the studied area; [ii] Identify the agronomical and/or pedological determinisms of properties that are important for pesticides fate in soils; [iii] Calibrate and test pedotransfer classes or functions in order to predict important properties using simpler agronomical and/or pedological properties. Soils in the studied area have intermediate thickness and are derived from an aeolian loess that stands on a frost cracked and cryoturbed limestone. The topsoil of 34 sites has been characterised, with a systematic measurement of the seedbed properties, and a partial measurement of the rest of the cultivated layer. Among the 50 layers / samples that were characterised, one-third holds in no-tillage fields. With the exception of bulk density, soil physico-chemical properties are moderately variable (notably clay and CaCO3 contents). If the water holding properties and isoproturon KD are moderately contrasted too, soil fIMM, and KSAT, as well as isoproturon DT50 are highly variable. An importantLa pollution diffuse des nappes phréatiques par les pesticides pose un problème environnemental critique. Les approches visant à moduler spatialement la dose de pesticide apportée en fonction des risques de transfert des molécules phytosanitaires à travers le sol sont a priori une solution séduisante. Dans un cadre de recherche, ces approches requièrent une connaissance spatialisée des caractéristiques hydropédologiques du sol, de l'adsorption et de la dégradation des molécules phytosanitaires, afin de pouvoir modéliser le comportement des molécules. Le travail de thèse présenté ici porte sur la première étape d'une telle démarche, la caractérisation des propriétés du sol et d'une molécule herbicide - l'isoproturon - à l'échelle d'un secteur agricole de 2600 ha de Beauce chartraine. Les objectifs de la thèse se décomposent en 3 parties : [i] Caractériser la variabilité spatiale des propriétés pédologiques, physico-chimiques et hydriques du sol (rétention en eau, conductivité hydraulique KSAT, fraction d'eau immobile fIMM), ainsi que les propriétés d'adsorption (KD) et de dégradation (DT50) de l'isoproturon dans l'horizon de surface du secteur agricole étudié ; [ii] Identifier les déterminismes agronomiques et/ou pédologiques des propriétés importantes pour le comportement des pesticides dans les sols ; [iii] Établir et tester des classes et des fonctions de pédotransfert permettant de prédire ces propriétés déterminantes à partir de propriétés agronomiques ou pédologiques plus simples. Les sols de ce secteur sont des sols moyennement épais développés dans un limon éolien reposant sur un calcaire gélifracté et cryoturbé. L'horizon de surface de 34 sites a été caractérisé, avec une détermination systématique des propriétés du lit de semence, et une détermination partielle du reste de l'horizon travaillé. Sur les 50 couches / échantillons de sol caractérisés, un tiers se trouvent dans des parcelles en travail simplifié (sans labour). À l'exception de la masse volumique apparente, les propriétés physico-chimiques du sol sont peu variables (teneur en argile et en CaCO3 notamment). Si les propriétés de rétention en eau et le KD de l'isoproturon sont, elles aussi, modérément contrastées, la fIMM, la KSAT, et la DT50 de l'isoproturon sont très variables. U

Variabilité spatiale et déterminismes agro-pédologiques du devenir d un herbicide dans l horizon de surface (application au cas de l'isoproturon dans un secteur agricole de Beauce chartraine)

PARIS-AgroParisTech Centre Paris (751052302) / SudocSudocFranceF

Modelling pesticides leaching in cropping systems: Effect of uncertainties in climate, agricultural practices, soil and pesticide properties

International audienc

Biases in the spatial estimation of pesticide loss to groundwater

Prediction of pesticide fate in soils is highly sensitive to parameters describing sorption and degradation processes, namely the Koc partioning coefficient between the soil solution and organic carbon fraction and the half-life DT50 for degradation. This paper explores the impact of getting Koc and DT50 values either from databases or from site-specific measurements on the predicted fate of atrazine, isoproturon and metamitron on the catchment scale. Pesticide fate on the scale of the Bruyères-et-Montbérault catchment, France, was predicted using the SEAMS software that couples a one-dimensional local-scale model of pesticide fate to a geographic information system. The results show that the use of database average values for Koc and DT50 underestimates the average risk of pesticide leaching calculated from site-specific Koc and DT50 values, whereas maximised risk scenarios based on extreme Koc and DT50 values may be overestimated when using database values. Whenever available, site-specific data should be preferred to limit bias in pesticide leaching risk assessments on the catchment scale

Modelling pesticides leaching in cropping systems: Effect of uncertainties in climate, agricultural practices, soil and pesticide properties

Modelling of pesticide leaching is paramount to managing the environmental risks associated with the chemical protection of crops, but it involves large uncertainties in relation to climate, agricultural practices, soil and pesticide properties. We used Latin Hypercube Sampling to estimate the contribution of these input factors with the STICS-MACRO model in the context of a 400 km2 catchment in France, and two herbicides applied to maize: bentazone and S-metolachlor. For both herbicides, the most influential input factors on modelling of pesticide leaching were the inter-annual variability of climate, the pesticide adsorption coefficient and the soil boundary hydraulic conductivity, followed by the pesticide degradation half-life and the rainfall spatial variability. This work helps to identify the factors requiring greater accuracy to ensure better pesticide risk assessment and to improve environmental management and decision-making processes by quantifying the probability and reliability of prediction of pesticide concentrations in groundwater with STICS-MACRO