Measurement and Computation of Movement of Bromide Ions and Carbofuran in Ridged Humic-Sandy Soil

Water flow and pesticide transport in the soil of fields with ridges and furrows may be more complex than in the soil of more level fields. Prior to crop emergence, the tracer bromide ion and the insecticide carbofuran were sprayed on the humic-sandy soil of a potato field with ridges and furrows. Rainfall was supplemented by sprinkler irrigation. The distribution of the substances in the soil profile of the ridges and furrows was measured on three dates in the potato growing season. Separate ridge and furrow systems were simulated by using the pesticide emission assessment at regional and local scales (PEARL) model for pesticide behavior in soil–plant systems. The substances travelled deeper in the furrow soil than in the ridge soil, because of runoff from the ridges to the furrows. At 19 days after application, the peak of the bromide distribution was measured to be in the 0.1–0.2 m layer of the ridges, while it was in the 0.3–0.5 m layer of the furrows. After 65 days, the peak of the carbofuran distribution in the ridge soil was still in the 0.1 m top layer, while the pesticide was rather evenly distributed in the top 0.6 m of the furrow soil. The wide ranges in concentration measured with depth showed that preferential water flow and substance transport occurred in the sandy soil. Part of the bromide ion distribution was measured to move faster in soil than the computed wave. The runoff of water and pesticide from the ridges to the furrows, and the thinner root zone in the furrows, are expected to increase the risk of leaching to groundwater in ridged fields, in comparison with more level fields

Pesticide Leaching from Agricultural Fields with Ridges and Furrows

In the evaluation of the risk of pesticide leaching to groundwater, the soil surface is usually assumed to be level, although important crops like potato are grown on ridges. A fraction of the water from rainfall and sprinkler irrigation may flow along the soil surface from the ridges to the furrows, thus bringing about an extra load of water and pesticide on the furrow soil. A survey of the literature reveals that surface-runoff from ridges to furrows is a well-known phenomenon but that hardly any data are available on the quantities of water and pesticide involved. On the basis of a field experiment with additional sprinkler irrigation, computer simulations were carried out with the Pesticide Emission Assessment at Regional and Local scales model for separate ridge and furrow systems in a humic sandy potato field. Breakthrough curves of bromide ion (as a tracer for water flow) and carbofuran (as example pesticide) were calculated for 1-m depth in the field. Bromide ion leached comparatively fast from the furrow system, while leaching from the ridge system was slower showing a maximum concentration of about half of that for the furrow system. Carbofuran breakthrough from the furrow system began about a month after application and increased steadily to substantial concentrations. Because the transport time of carbofuran in the ridge soil was much longer, no breakthrough occurred in the growing season. The maximum concentration of carbofuran leaching from the ridge–furrow field was computed to be a factor of six times as high as that computed for the corresponding level field. The study shows that the risk of leaching of pesticides via the furrow soil can be substantially higher than that via the corresponding level field soil

Ecological impacts of time-variable exposure regimes to the fungicide azoxystrobin on freshwater communities in outdoor microcosms

This paper evaluates the effects of different time-varying exposure patterns of the strobilurin fungicide azoxystrobin on freshwater microsocosm communities. These exposure patterns included two treatments with a similar peak but different time-weighted average (TWA) concentrations, and two treatments with similar TWA but different peak concentrations. The experiment was carried out in outdoor microcosms under four different exposure regimes; (1) a continuous application treatment of 10 μg/L (CAT10) for 42 days (2), a continuous application treatment of 33 μg/L (CAT33) for 42 days (3), a single application treatment of 33 μg/L (SAT33) and (4) a four application treatment of 16 μg/L (FAT16), with a time interval of 10 days. Mean measured 42-d TWA concentrations in the different treatments were 9.4 μg/L (CAT10), 32.8 μg/L (CAT33), 14.9 μg/L (SAT33) and 14.7 μg/L (FAT16). Multivariate analyses demonstrated significant changes in zooplankton community structure in all but the CAT10 treated microcosms relative to that of controls. The largest adverse effects were reported for zooplankton taxa belonging to Copepoda and Cladocera. By the end of the experimental period (day 42 after treatment), community effects were of similar magnitude for the pulsed treatment regimes, although the magnitude of the initial effect was larger in the SAT33 treatment. This indicates that for long-term effects the TWA is more important for most zooplankton species in the test system than the peak concentration. Azoxystrobin only slightly affected some species of the macroinvertebrate, phytoplankton and macrophyte assemblages. The overall no observed ecologically adverse effect concentrations (NOEAEC) in this study was 10 µg/L

Calculation of leaching and accumulation of pesticides as a function of their sorptioncoefficient and transformation rate in the plough layer of soils

Een simulatiemodel werd opgesteld voor de schatting van accumulatie en uitspoeling van bestrijdingsmiddelen in grond ten behoeve van de beoordeling voor toelating. Het model gaat uit van sorptie-evenwicht en een eerste orde omzettingssnelheid. Transport in de gasfase wordt verwaarloosd. Als grondsoort is een relatief kwetsbare zandgrond (Hn21 VI) gekozen waarop continu mais wordt verbouwd. Wat betreft het weer is uitgegaan van de KNMI-gegevens voor De Bilt van 1980 (een 74% nat jaar). Er is uitgegaan van een eenmalige voorjaarstoepassing van het middel in een dosering van 1 kg.ha -1. Er is aangenomen dat geen grondbewerking plaatsvindt. De stofconstanten K-om (sorptie-constante) DT-50 (halfwaardetijd voor 1e- orde omzetting) werden als variabelen in de verschillende berekeningen gebruikt. Als uitkomsten werden verkregen: de maximale concentratie van een stof in het bovenste grondwater en de tijd sinds dosering waarop deze concentratie werd bereikt, de hoeveelheid stof die het grondwater bereikt en de hoeveelheid stof die een jaar na dosering nog in de bouwvoor aanwezig is. Met behulp van dit rapport kan elk bestrijdingsmiddel, waarvoor K-om en DT-50 reele stofconstanten zijn en dat bovendien niet vluchtig is, worden geclassificeerd wat betreft zijn accumulatie- en uitspoelingseigenschappen.Abstract not availableLV-DGM/SR /Werkgroep "Gedrag in grond&quot

Het GeoPEARL model. Model beschrijving, toepassingen en handleiding

The GeoPEARL model presented here is a spatially distributed model describing the fate of pesticides in the soil-plant system. The model calculates the drainage of pesticides into local surface waters and their leaching into the regional groundwater. Set up to simulate the behaviour of a wide range of pesticides (e.g. volatile substances and substances showing soil-dependent sorption constants and transformation rates), GeoPEARL plays an important role in the evaluation of such Dutch pesticide policy plans as the 'Multiyear Crop Protection Plan' and the plan for 'Sustainable Crop Protection'. The report contains a number of examples of applications using pesticides with different properties. Generally, results showed the average fluxes of pesticide into local surface waters to be higher than the average fluxes of pesticide to the regional groundwater, with rapid drainage mechanisms (i.e. tube drainage and surface drainage) dominating. These observations should be taken seriously, since pesticides lost through these routes contaminate local surface waters directly. GeoPEARL has also been used to verify the current Dutch Pesticide Authorisation procedure. This procedure starts by applying PEARL to a single site, which, for leaching, is assumed to represent realistic worst-case conditions. Results of GeoPEARL showed, however, that the leaching potential of individual pesticides peaked in different regions, indicating that no such single site exists. The conclusion was that the single-site approach could give erroneous results, unless additional precautionary measures were taken while selecting the pesticide input parameters. Discussion on what these conditions should be can be avoided by opting for direct application of GeoPEARL in preference to the single-site approach.In dit rapport wordt het GeoPEARL model gepresenteerd. GeoPEARL is een ruimtelijk verdeeld model, dat het gedrag van bestrijdingsmiddelen in het bodem - plant systeem beschrijft. Het model berekent de drainage naar het lokale oppervlaktewater en de uitspoeling naar het diepe grondwater. Met GeoPEARL kunnen stoffen met sterk uiteenlopende eigenschappen worden gesimuleerd, waaronder vluchtige stoffen en stoffen die bodemafhankelijke sorptie- en omzettingsconstanten hebben. Het model zal worden ingezet voor de evaluatie van nationale beleidsplannen, zoals het 'Meerjarenplan Gewasbescherming' en het plan 'Duurzame Gewasbescherming'. Het rapport bevat een aantal voorbeeldberekeningen voor stoffen met verschillende eigenschappen. De resultaten laten zien dat de gemiddelde belasting van het oppervlaktewater een orde groter is dan de gemiddelde belasting van het grondwater. Snelle afvoermechanismen, zoals buisdrainage, zijn hierbij dominant. Bestrijdingsmiddelen die op een dergelijke wijze worden afgevoerd kunnen direct het oppervlaktewater belasten. GeoPEARL is ook gebruikt om de huidige toelatingsprocedure voor bestrijdingsmiddelen te verifieren. In de huidige procedure wordt begonnen met de toepassing van PEARL op een enkele locatie. Deze locatie wordt verondersteld representatief te zijn voor kwetsbare gebieden. Resultaten van GeoPEARL laten echter zien dat, afhankelijk van het beschouwde middel, de maximum uitspoeling in verschillende gebieden plaats vindt. Dit duidt erop dat bij toepassing van het model op een locatie niet noodzakelijkerwijs de meest kwetsbare situatie gesimuleerd wordt. Om dit te bereiken moeten aanvullende voorwaarden gesteld worden. Om discussies over deze voorwaarden te voorkomen is directe toepassing van GeoPEARL echter te prefereren

Het GeoPEARL model. Model beschrijving, toepassingen en handleiding

In dit rapport wordt het GeoPEARL model gepresenteerd. GeoPEARL is een ruimtelijk verdeeld model, dat het gedrag van bestrijdingsmiddelen in het bodem - plant systeem beschrijft. Het model berekent de drainage naar het lokale oppervlaktewater en de uitspoeling naar het diepe grondwater. Met GeoPEARL kunnen stoffen met sterk uiteenlopende eigenschappen worden gesimuleerd, waaronder vluchtige stoffen en stoffen die bodemafhankelijke sorptie- en omzettingsconstanten hebben. Het model zal worden ingezet voor de evaluatie van nationale beleidsplannen, zoals het 'Meerjarenplan Gewasbescherming' en het plan 'Duurzame Gewasbescherming'. Het rapport bevat een aantal voorbeeldberekeningen voor stoffen met verschillende eigenschappen. De resultaten laten zien dat de gemiddelde belasting van het oppervlaktewater een orde groter is dan de gemiddelde belasting van het grondwater. Snelle afvoermechanismen, zoals buisdrainage, zijn hierbij dominant. Bestrijdingsmiddelen die op een dergelijke wijze worden afgevoerd kunnen direct het oppervlaktewater belasten. GeoPEARL is ook gebruikt om de huidige toelatingsprocedure voor bestrijdingsmiddelen te verifieren. In de huidige procedure wordt begonnen met de toepassing van PEARL op een enkele locatie. Deze locatie wordt verondersteld representatief te zijn voor kwetsbare gebieden. Resultaten van GeoPEARL laten echter zien dat, afhankelijk van het beschouwde middel, de maximum uitspoeling in verschillende gebieden plaats vindt. Dit duidt erop dat bij toepassing van het model op een locatie niet noodzakelijkerwijs de meest kwetsbare situatie gesimuleerd wordt. Om dit te bereiken moeten aanvullende voorwaarden gesteld worden. Om discussies over deze voorwaarden te voorkomen is directe toepassing van GeoPEARL echter te prefereren.The GeoPEARL model presented here is a spatially distributed model describing the fate of pesticides in the soil-plant system. The model calculates the drainage of pesticides into local surface waters and their leaching into the regional groundwater. Set up to simulate the behaviour of a wide range of pesticides (e.g. volatile substances and substances showing soil-dependent sorption constants and transformation rates), GeoPEARL plays an important role in the evaluation of such Dutch pesticide policy plans as the 'Multiyear Crop Protection Plan' and the plan for 'Sustainable Crop Protection'. The report contains a number of examples of applications using pesticides with different properties. Generally, results showed the average fluxes of pesticide into local surface waters to be higher than the average fluxes of pesticide to the regional groundwater, with rapid drainage mechanisms (i.e. tube drainage and surface drainage) dominating. These observations should be taken seriously, since pesticides lost through these routes contaminate local surface waters directly. GeoPEARL has also been used to verify the current Dutch Pesticide Authorisation procedure. This procedure starts by applying PEARL to a single site, which, for leaching, is assumed to represent realistic worst-case conditions. Results of GeoPEARL showed, however, that the leaching potential of individual pesticides peaked in different regions, indicating that no such single site exists. The conclusion was that the single-site approach could give erroneous results, unless additional precautionary measures were taken while selecting the pesticide input parameters. Discussion on what these conditions should be can be avoided by opting for direct application of GeoPEARL in preference to the single-site approach.VROM-DG

Uitspoeling van gewasbeschermingsmiddelen naar kavelsloten : Ontwikkeling van een drainpijpscenario voor akkerbouw

In de Nederlandse toelatingsbeoordeling voor gewasbeschermingsmiddelen wordt de blootstelling van waterorganismen te eenzijdig berekend. In de huidige beoordeling wordt namelijk geen rekening gehouden met belasting van het oppervlaktewater via drainagesystemen in de bodem van landbouwpercelen. Het RIVM heeft daarom in samenwerking met Wageningen UR een scenario ontwikkeld waarin wel rekening wordt gehouden met deze drainage. Dat is nodig om de toelatingsbeoordeling beter overeen te laten komen met Europese toelatingsprocedures voor dergelijke stoffen, waarin drainage al langer wordt meegenomen. Drainage via scheuren in kleigronden Drainage vindt vooral plaats via scheuren in kleigronden. Dergelijke scheuren ontstaan als de bodem uitdroogt en vervolgens krimpt. Het Nederlandse model PEARL, dat in de Nederlandse toelating van gewasbeschermingsmiddelen wordt gebruikt, hield nog geen rekening met drainage via scheuren. Het model is daarom uitgebreid met een module om stroming via kleischeuren te berekenen. Het nieuwe model is getoetst aan metingen. Hierbij bleek het model de stroming via kleischeuren goed te berekenen. Stofeigenschappen blijven belangrijk Net als in de oude versie van het model is de drainage van gewasbeschermingsmiddelen afhankelijk van de eigenschappen van het middel. Stoffen die langzaam afbreken en stoffen die slecht binden aan de bodem spoelen het meest uit. Omdat bij stroming via kleischeuren de bodem gepasseerd wordt, is de afhankelijkheid van stofeigenschappen in het nieuwe model echter minder groot.In the current Dutch authorisation procedure for calculating exposure of surface water organisms to plant protection products, deposition of drift is considered to be the only source. Drainage from agricultural fields is being ignored. Because drainage may be an important source for exposure of water organisms, RIVM, Wageningen UR and the Board for the authorisation of plant protection products and biocides derived a new procedure in which drainage is included. The update of the current procedure was initiated by the Dutch government to bring the Dutch procedure more in line with the EU procedure, which already takes account of drainage. Cracking clay soils A large part of the drainage may occur via cracks in the soil resulting from clay shrinking upon drought. The PEARL model was extended with a module to account for this preferential flow route and tested against field data. PEARL appeared to be able to simulate the preferential flow processes reasonably well. Substance properties still important Calculations for a number of hypothetical substances showed that sorption and degradation still play an important role in the leaching of these substances. Substances with a longer half-life and a lower sorption coefficient show the highest leaching potential. The effect of the substance properties is, however, less pronounced than in a situation without cracks, because most of the active layer of the soil is bypassed.Ministerie van Infrastructuur en Milie

Evaluatie van de beslisboom voor uitspoeling van bentazon, MCPA en Mecoprop

Evaluatie Beslisboom Uitspoeling Gewasbeschermingsmiddelen naar grondwater Sinds 2004 wordt een beslismodel (beslisboom) gebruikt om te beoordelen in welke mate een gewasbeschermingsmiddel uitspoelt naar het grondwater. Uit een evaluatie van het RIVM, het College voor de toelating van gewasbeschermingsmiddelen en biociden (Ctgb) en onderzoekinstituut Alterra blijkt dat de beslisboom goed werkt en state of the art is. Wel laten de stofgegevens waarmee wordt gerekend te wensen over. Om de kwaliteit van het grondwater te waarborgen moeten deze gegevens zorgvuldiger worden afgeleid. Drinkwaterbedrijven hebben gevraagd om het beslismodel te evalueren, omdat zij betwijfelen of het grondwater afdoende wordt beschermd. In grondwaterbeschermingsgebieden gelden extra strenge normen voor het gebruik van gewasbeschermingsmiddelen. In grondwater worden soms restanten van gewasbeschermingsmiddelen teruggevonden. Dit betreft voornamelijk stoffen die inmiddels zijn verboden. Ze zijn zeer waarschijnlijk in het verleden gebruikt en door de jaren heen in de ondergrond onvoldoende afgebroken. Het blijkt dat een aantal stoffen sneller door de bodem wordt getransporteerd dan op grond van de huidige afleidingsmethodiek wordt verwacht. Hierdoor is er minder tijd beschikbaar voor afbraak in de bodem. Met de huidige afleidingsmethodiek voor de stofgegevens wordt dan een te lage uitspoeling berekend en daardoor te lage concentraties in het grondwater. De onderzoekers hebben voorstellen gedaan voor een zorgvuldiger afleiding van stofgegevens voor het beslismodel. De voorgestelde procedures daarvoor zijn beschikbaar in een ander rapport. Door toepassing van deze procedures worden hogere concentraties voor stoffen in het grondwater voorspeld. Voor de drie onderhavige stoffen kan dat aanvullende beperkingen voor de toelating opleveren, wat leidt tot lagere concentraties van deze middelen in het milieu.The leaching of bentazone, MCPA and mecoprop to groundwater was assessed using the new proposals for evaluating sorption and degradation studies (Boesten et al. 2015). The three substances are weak acids, showing pH-dependent sorption behaviour in soil. The evaluation led to large corrections for the sorption endpoint, KOM, derived for individual studies. Consequently, the curve describing sorption as a function of soil pH changed, indicating lower sorption over the relevant pH range. None of the available Freundlich exponents passed the reliability check. Using the improved interpretation procedures for sorption and degradation experiments revealed that several usages of the substances did not comply with the threshold limit for leaching when assessed at both Tier 1 and Tier 2 of the decision tree on leaching. The assessments did not reveal shortcomings in the decision tree itself. It is recommended that the improved interpretation procedures for sorption and degradation experiments are used for deriving endpoints for future substance leaching evaluations.Ministerie van I&MMinisterie van E