OH OH O - Glyphosat og fosfor i drænvand og lysimetervand som indikator for indhold af glyphosat i det dybereliggende grundvand

Transkript

1 DJF rapport Markbrug nr. 93 Oktober 2003 O - OH OH O - OH OH P P NH C O O O ortofosfat glyphosat Glyphosat og fosfor i drænvand og lysimetervand som indikator for indhold af glyphosat i det dybereliggende grundvand Glyphosate and Phosphorus in Drain and Lysimeter Water as Indicator for Glyphosate content in deeper Ground Water Ole Hørbye Jacobsen og Arne Helweg Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning

2 DJF rapport Markbrug nr. 93 Oktober 2003 Glyphosat og fosfor i drænvand og lysimetervand som indikator for indhold af glyphosat i det dybereliggende grundvand Glyphosate and Phosphorus in Drain and Lysimeter Water as Indicator for Glyphosate content in deeper Ground Water Ole Hørbye Jacobsen Danmarks JordbrugsForskning Afdeling for Jordbrugsproduktion og Miljø Forskningscenter Foulum Postboks Tjele Arne Helweg Danmarks JordbrugsForskning Afdeling for Plantebeskyttelse Forskningscenter Flakkebjerg 4200 Slagelse DJF rapporter indeholder hovedsageligt forskningsresultater og forsøgsopgørelser rettet mod danske forhold. Endvidere kan rapporterne beskrive større samlede forskningsprojekter eller fungere som bilag til temamøder. DJF rapporter udkommer i serierne: Markbrug, Husdyrbrug og Havebrug. Rapporterne koster i løssalg kr. pr. stk., afhængig af sideantal. Abonnenter opnår 25% rabat og abonnement kan tegnes ved henvendelse til: Danmarks JordbrugsForskning Postboks 50, 8830 Tjele Tlf Alle DJF s publikationer kan bestilles på nettet: Tryk: DigiSource Danmark A/S ISSN

3 Glyphosat og fosfor i drænvand og lysimetervand som indikator for indhold af glyphosat i det dybereliggende grundvand Glyphosate and Phosphorus in Drain and Lysimeter Water as Indicator for Glyphosate content in deeper Ground Water Ole Hørbye Jacobsen og Arne Helweg Danmarks JordbrugsForskning Foulum/Flakkebjerg, November 2002

4 Forord Rapporten er udarbejdet af Danmarks JordbrugsForskning for Miljøstyrelsen, men repræsenterer ikke nødvendigvis Miljøstyrelsens holdning. Miljøstyrelsen har nedsat en styringsgruppe bestående af Ole Hørbye Jacobsen og Arne Helweg, DJF samt Steen Marcher, Miljøstyrelsen. Projektgruppen består af Ole Hørbye Jacobsen og Arne Helweg, DJF, og der er kommet input fra Steen Marcher, Miljøstyrelsen. Ruth Grant (DMU), Per Rasmussen (GEUS) og Lisbeth Flint Jørgensen (GEUS) takkes for velvillig assistance ved brug af data fra Landovervågningsprogrammet. Jeanne Kjær (GEUS) og Preben Olsen (DJF) takkes for velvillig assistance ved brug af data fra Varslingssystem for pesticider. Danmarks JordbrugsForskning, November

5 Indholdsfortegnelse Forord...3 Resumé...7 Summary Indledning Formål Fremgangsmåde Sorption af fosfat og glyphosat i jord og anvendelse af fosfat som indikator for transport af glyphosat Fund af glyphosat og fosfat i drænvand og dybereliggende grundvand Sammenligning af drænvand, lysimetervand og det vand i en meters dybde, der fortsætter til dybereliggende grundvand Dræn Lysimetre Kan drænvand og lysimetervand bruges til at estimere forventet koncentration af glyphosat i dybereliggende grundvand? Samlet vurdering Anvendelse af redegørelsen i godkendelsessammenhæng Litteraturliste...22 Appendiks A

6 6

7 Resumé Miljøstyrelsens kriterier for godkendelse af pesticider omfatter bl.a. en vurdering af risikoen for grundvandsforurening. Den er udmøntet således, at pesticidkoncentrationen i vand udtaget i en meters dybde ikke som gennemsnit må overstige drikkevandskriteriet på 0,1 µg/l. Det er imidlertid ikke givet, at koncentrationen i drænvand eller lysimetervand udtaget i en meters dybde kan sidestilles med koncentrationen i det dybereliggende grundvand, og specielt for de stoffer som transporteres ved makroporestrømning, kan der at være en betragtelig forskel. Med den viden vi har om transport af adsorberende stoffer, vil vi forvente at den gennemsnitlige koncentration af glyphosat vil være højere i dræn- og lysimetervand end i det vand, der transporteres videre mod det dybereliggende grundvand. Men for både drænvand og lysimetervand gælder, at det er svært at sige noget kvantitativt om, hvad det vil betyde. Fosfat kan med visse forbehold bruges som sporstof for glyphosat på grund af ligheder i bindingsmekanismerne. Fosfat er målt henholdsvis i drænvand i en meter og i grundvand i 1,5, 3 og 5 meters dybde i Landovervågningsprogrammet. Resultaterne viser, at fosfat kan udvaskes til 1,5 m. Det kan derfor konkluderes, at der er mulighed for at også glyphosat kan transporteres ud af drændybden på ca. en meters dybde og videre til mindst 1,5 meters dybde. Undersøgelsen kan dog ikke bruges til at sige om det vil ske i koncentrationer på størrelse med det, der findes i drænene. På trods af de metodemæssige problemer tyder det dog ikke på, at koncentrationen af glyphosat, der vil kunne findes i 1,5 meters dybde vil være størrelsesordner mindre end det, der vil kunne findes i drænene. Til gengæld ses det, at der sker en meget betydelig reduktion i koncentrationen af fosfor i de dybere boringer i 3 og 5 meters dybde. Det kunne tyde på, at der sker en effektiv adsorption/filtrering med dybden. Vurderingerne her er fremkommet på grundlag af den viden, der eksisterer i dag. Den viden er ikke fremskaffet med henblik på at undersøge de forhold, der her er søgt belyst. Hvis man ønsker klarere svar på de spørgsmål, der er rejst i denne rapport, er der derfor behov for dels at foretage mere omfattende litteraturstudier, dels at der iværksættes målrettede undersøgelser. 7

8 Summary The Danish EPA approve pesticides on the basis that the concentration of a certain pesticide in the percolate at one meter depth must not exceed an average of 0.1 µg/l. However, the concentration in drain and lysimeter percolate from one meter depth cannot necessarily be compared to the concentration in the deeper ground water and the difference can be especially pronounced for compounds that are transported mainly in macro pores. Based on the knowledge we have today on highly sorbing compounds, we expect the concentration of glyphosate in drain and lysimeters to be higher than in the percolate flowing towards the deeper ground water, but it is difficult to estimate the quantitative effect. Phosphorus resembles glyphosate with respect to binding mechanisms and can to a certain extent be used as a tracer for glyphosate. Phosphorus has been measured in drain at 1 m and in shallow ground water at depths of 1.5, 3 and 5 m in a large Danish monitoring programme. Phosphate was leached to 1.5 m depth. Despite the methodological problems, it can be concluded that the concentration of glyphosate that can be expected in ground water at 1.5 m will not be magnitudes smaller than that measured in tile drains. The concentration of phosphorus was significantly reduced in the deeper bore holes at 3 and 5 m depth. This indicates an efficient sorption/filtration with depth. The problem complex that we have been looking at has not been studied explicitly and we therefore recommend more comprehensive and focused investigations. 8

9 1. Indledning I Miljøstyrelsens rammer for vurdering af bekæmpelsesmidler anføres det, at vurderingen af risiko for grundvand foretages i en meters dybde. I vurderingen benytter man ud over laboratorieundersøgelser lysimeterforsøg, feltundersøgelser og matematisk modellering, såfremt denne dokumentation er til stede, idet koncentrationen af et pesticid som gennemsnit over et år ikke må overstige 0,1 µg/l i en meters dybde. Der er påvist glyphosat i drænvand adskillige gange. Når et så relativt stærkt adsorberende pesticid som glyphosat kan udvaskes til drænvand forventes det, at en lang række andre pesticider også kan påvises i koncentrationer over grænseværdien i drænvand. Det er derfor vigtigt, at få afklaret (i) i hvor høj grad drænvand og lysimetervand er repræsentativt for den del af overskudsnedbøren, som perkolerer til det dybereliggende grundvand, og (ii) om de indholdsstoffer som transporteres til dræn-, og lysimetervand er identisk med de stoffer som transporteres til det dybereliggende grundvand. Overskudsnedbør løber kun af i drænene, når der er dannet et sekundært grundvandspejl over drændybde. I perioder, hvor jorden er relativ tør, og der kun kommer moderat nedbør, vil al overskudsnedbøren strømme forbi drænene. Dette er samtidig forhold, som vil gøre, at den største del af vandet vil strømme gennem jordmatricen uden om de store porer. I perioder med stor nedbør vil overskudsvandet stuve op på grund af lav hydraulisk ledningsevne i de dybere jordlag, og den største del vil strømme af gennem drænene. Det er netop når jorden er fugtig, og der er stor nedbørsintensitet at makroporetransport får størst betydning. Og netop for stærkt adsorberende pesticider som glyphosat er makroporeflow afgørende for om der sker udvaskning, fordi der pga. den stærke adsorption ikke vil ske en nævneværdig transport gennem jordens matrix. Der er også blevet spekuleret i om nedlægningen af drænrør kan skabe bedre betingelser for transport af pesticider lige over drænene i forhold til den uforstyrrede jord mellem drænene. Argumentationen for denne hypotese er, at der kan være en hurtigere transport af vand med pesticider ned til drænene, dels fordi der kan være opstået transportkanaler i den tilbagefyldte jord, dels fordi makroporer kan ende i drænene og derfor har fri afdræning i forhold til almindelige makroporer, der ofte ender blindt i jorden med opstuvning af vand til følge. Dette kan evt. også betyde højere koncentrationer i drænvand sammenlignet med det vand der bliver til grundvand. Koncentrationen af glyphosat og andre stoffer i drænvand og lysimetervand kan muligvis ikke bruges til at estimere koncentrationen i det dybereliggende grundvand på grund af forskelle i strømningsmønstre. Det hænger sammen med, at de makroporer, der har betydning for vandtransporten i den øverste meter, især er rod- og ormegange og tørkesprækker, og de er ikke nødvendigvis særlig godt forbundet med de tektoniske sprækker, der især har betydning i 9

10 de dybere jordlag. Der vil derfor kunne ske en betydelig sorption/filtrering af stof, hvis vandet skal gennem jordmatricen fra det ene makroporesystem til det andet. Hvis de ovennævnte forhold giver anledning til stor forskel i de koncentrationer, man finder af glyphosat i drænvand og lysimetervand i forhold til dybereliggende grundvand, kan det betyde, at bruger man pesticidindholdet i drænvand og lysimetervand til at vurdere risikoen for pesticidforurening af grundvand, er man for restriktiv i sin vurdering af risikoen for forurening af drikkevandsmagasinerne. 1.1 Formål For at afklare i hvilken udstrækning transporten af glyphosat til drænvand og lysimetervand kan sidestilles med transporten til dybereliggende grundvand er følgende problemstilling søgt vurderet i rapporten: - Hvor godt illustrerer drænvand og lysimetervand det vand, som perkolerer til det dybereliggende grundvand? - Kan glyphosatfund i drænvand og lysimeterforsøg anvendes til at estimere en forventet koncentration i det dybereliggende grundvand? - Kan udvaskningsresultater for fosfat bruges i vurderingen af risikoen, for at glyphosat udvaskes? - Er der tilstrækkelige informationer til klarlæggelse af problemet, og er der eventuelt behov for yderligere undersøgelser? 1.2 Fremgangsmåde Rapporten bygger primært på den viden forfatterne har på området, samt en vurdering af nyere danske undersøgelser. Rapporten er koncentreret om danske forsknings- og overvågningsundersøgelser. Det kan være vanskeligt at benytte udenlandske undersøgelser, da der er en stor vekselvirkning mellem klima, jordtype og pesticidudvaskning. Dette gør det i mange tilfælde svært at tolke på undersøgelser udført under andre klima og jordbundsforhold. 2. Sorption af fosfat og glyphosat i jord og anvendelse af fosfat som indikator for transport af glyphosat Man kan bruge forskellige sporstoffer til at beskrive vandets transportveje ned gennem jorden. Bromid bruges for eksempel til at illustrere transporten af vand og anioner som nitrat. For adsorberende stoffer kan man prøve at finde stoffer, der har samme bindingsmekanisme. Glyphosat er et polært stof med tre grupper (amin, carboxylsyre og fosfonat). Dette resulterer i specifikke bindingsreaktioner til jorden såsom hydrogenbindinger og stabile koordinationsbindinger til frie og overfladeombyttede polyvalente kationer især Al 3+ og 10

11 Fe 3+. Koordinationsbindingerne til jorden af fosfonatgruppen er af samme type som for fosfat og fosfor og kan derfor med en vis ret bruges som et modelstof for glyphosat selvom bindingsmekanismerne for glyphosat givetvis er mere komplicerede. O - OH P OH O - OH P NH C OH O O O Figur 1. Strukturformlerne for ortofosfat og glyphosat [N-(phosphonomethyl)glycin]. Da der er sammenlignelige egenskaber mellem glyphosat og fosfat, og da der foreligger en del målinger af transporten af fosfor, kan der være god grund til at kigge på disse undersøgelser i forbindelse med en vurdering af mobiliteten af glyphosat. Det er dog også vigtigt at gøre sig klart at glyphosat og fosfor adskiller sig på et par væsentlige punkter. Glyphosat sprøjtes ud på planter i vandig opløsning, der kan være tilsat bærestoffer. Glyphosat skal herefter nå at virke på planterne, før man foretager en jordbearbejdning. Det meste glyphosat vil derfor være overfladenært placeret, dels på planterne, dels på jordoverfladen. I de fleste planter er glyphosat generelt stabilt, medens der i jorden sker en biologisk nedbrydning med halveringstider fra under en uge til flere måneder, afhængigt af miljøet (Franz et al., 1997). Fosfor derimod tilføres i dag hovedsageligt med husdyrgødning, da fosforforbruget i handelsgødning er faldet i de senere år. Husdyrgødning skal hurtigt inkorporeres i jorden for at undgå ammoniakfordampning. Her vil det blive blandet med den store pulje af fosfor, der allerede findes i pløjelaget. Hvis fosfor tilføres som handelsgødning vil det typisk være mere overfladenært placeret indtil næste pløjning. Stærkt adsorberende stoffer som fosfor og glyphosat vil hovedsageligt kunne transporteres ved præferentiel eller makroporestrømning. Makroporestrømning starter ved at infiltrationskapaciteten overskrides i en given dybde og vandet dermed løber ud i de ikke kapilære makroporer. Det kan typisk ske på jordoverfladen eller lige under pløjelaget hvor der typisk er en pløjesål med lavere hydraulisk ledningsevne i jordmatricen, men stadig med kontinuerte makroporer (Jørgensen et al., 1998). Derfor kan placeringen af henholdsvis glyphosat og fosfor være afgørende for om der sker udvaskning alt efter hvor makroporestrømningen starter. Ensartethed i bindingsmekanisme kan også føre til konkurrence om sorptionspladserne. De Jonge et al. (2001) fandt således, at glyphosat blev bundet mindre til jorde, der over en lang periode havde modtaget mere fosfor. En stigning i fosfortallet fra ca. 1 til 7 gav således en 11

12 estimeret porevandskoncentration af glyphosat der var 3-4 gange så stor. Det betyder ikke nødvendigvis at transporten mod grundvand vil være højere, ligesom der i forsøget er tale om en meget stor forskel i fosfortallet. Generelt må man om glyphosat sige at sorptionsforholdene er mere kompliceret end for mange af de hydrofobe pesticider og er påvirket meget mere af de kemiske forhold i jorden. Således fandt de Jonge & de Jonge (1999) at adsorptionen af glyphosat var påvirket af ph, opløst ortofosfat, ionstyrke og kationsammensætningen. Denne større afhængighed af de kemiske forhold i jorden giver en større usikkerhed om, hvor mobilt glyphosat er. 3. Fund af glyphosat og fosfat i drænvand og dybereliggende grundvand Glyphosat: Der er foretaget en række påvisninger af glyphosat og af nedbrydningsproduktet AMPA i grundvand i Danmark indenfor de sidste år. I de fleste tilfælde er der taler om lave koncentrationer (under grænseværdien på 0,1 µg/l). De højeste (grænseværdioverskridende) koncentrationer er generelt påvist under specielle forhold: boringer med dårlig foring, højtliggende grundvand, indendørs i gartneri eller på tørvejord. I to tilfælde er der dog fundet betydelig udvaskning af glyphosat til drænvand på ikke atypiske morænelerjordsmarker. Det ene tilfælde er på en Landovervågningsoplands - station ved Lillebæk på Fyn, hvor der blev fundet glyphosat i drænprøverne efter en sprøjtning med glyphosat i efteråret Det anden tilfælde var på en mark i Varslingssystemet ved Estrup hvor der blev fundet glyphosat efter sprøjtning med glyphosat i efteråret 2000 (Lindhardt et al., 2001). I begge tilfælde er der tale om sene efterårsudbringninger efterfulgt store mængder nedbør. Der er derfor sandsynligvis tale om en ikke stofspecifik udvaskning. Selv stoffer med en meget høj adsorptionskoefficient (K d ) vil til en vis grad findes i opløsning. Ved større regnskyl på fugtig lerjord vil der nemt ske en vandstuvning i jordprofilen hvorved makroporestrømning starter. Det kan for eksempel være på jordoverfladen eller på grænsen til en pløjesål. Derefter vil transporten ske så hurtigt at vandet stort set bypasser hele jordmatricen og strømmer meget hurtigt ned til drændybde og måske ud i drænene. Der kan muligvis også være tale om partikelbåren transport, hvor adsorberede stoffer transporteres i makroporerne. Fosfor: Fosfor i dræn er blevet målt systematisk i flere danske undersøgelser- bl.a. i DJFs drænvandsundersøgelser (Simmelsgaard, 1996), i landovervågningsoplandene (LOOP) (Grant et al., 2001) og i arealerne under varslingssystemet (VAP) (Kjær et al., 2002) 12

13 Generelt har man fundet relativt lave koncentrationer af fosfor i drænvandet. Den gennemsnitlige koncentration af opløst fosfat i drænvand fra dyrkede marker i landovervågningsoplandene var 0,016 mg P/L for sandede oplande og 0,011 mg P/L for lerede oplande (Kronvang et al., 2001). Men i enkelte tilfælde har man fundet høje koncentrationer af fosfor i drænvandet på marker med højt fosfortal eller hvor der lige er tilført husdyrgødning (Simmelsgaard, 1996; Grant et al., 2001). Uanset relativt lave koncentrationer i drænvandet kan det betyde et væsentligt bidrag til fosforbelastningen af overfladevand og havvand. Der har været visse metodemæssige problemer med de tidligere drænvandsundersøgelser, idet fosforkoncentrationen er bestemt ved ugentlige stikprøver. Men da fosforkoncentrationen i drænvand kan variere betydeligt indenfor korte tidsintervaller i forbindelse med nedbørshændelser kan det være ret tilfældigt, hvilket koncentrationsniveau stikprøven repræsenterer (Grant et al., 2001). Grant et al. (1996) fandt at fosfortransporten oftest blev undervurderet med stikprøvetagning i forhold til intensiv prøvetagning, mens resultater fra Grant et al. (2001) ikke viste noget bestemt mønster. En vigtig kilde til fosfor i dræn er partikelbundet fosfor, som ofte udgør halvdelen af det fosfor der udvaskes (Laubel et al., 1999). Den måde partikelbundet fosfor bliver defineret på er, at det er det, der sidder tilbage på et filter med porestørrelse på enten 0,45 eller 1,2 µm. En betydelig del af den fosfor man derfor bestemmer som opløst kan derfor sagtens være bundet til mindre ler- eller humuspartikler. Fosforindholdet i det dybere grundvand kan ikke bruges som indikator for glyphosattransport, da fosfor her kan stamme fra andre kilder end fosfor tilført på jordoverfladen. Den vigtigste kilde til fosfor i dybere grundvand er nemlig naturligt forekommende fosforit i marine aflejringer. Boringer med højt fosforindhold falder derfor i områder hvor der er højt naturligt betinget fosforindhold i de geologiske aflejringer. Redoxforholdene har desuden stor betydning for den koncentration man finder, da fosforen især mobiliseres under reducerede forhold (Kronvang et al., 2001). Fosforindholdet i det øvre, yngre grundvand kan derimod bedre bruges som indikator, for om der er sket en fosforudvaskning fra topjorden, og dermed om resultaterne kan bruges til en vurdering af mulighederne for transport af glyphosat. Grant et al. (2001) fandt, at den gennemsnitlige koncentration af opløst fosfat i det øvre, nydannede grundvand udtaget i boringer i 1,5 meters dybde under dyrkede marker i landovervågningsoplandene var 0,013 mg P/L for sandede oplande og 0,009 mg P/L for lerede oplande. 13

14 4. Sammenligning af drænvand, lysimetervand og det vand i en meters dybde, der fortsætter til dybereliggende grundvand I rapporten er der skelnet mellem to forskellige problemstillinger: Nemlig først og fremmest om det der afstrømmer i drænvand svarer til den fluks, der vil være af vand og stof i samme dybde, og som går mod det dybereliggende grundvand. Det andet spørgsmål er, om det glyphosat, der i givet fald strømmer ud af en meters dybde, vil kunne nå ned til drikkevandsmagasinerne. Ved en sammenligning af fosforindholdet i drænvand og det dybereliggende grundvand kan man ikke adskille de to strømningsprocesser. Disse undersøgelser er derfor behandlet samlet i afsnit 5. Indledningsvis foretages nogle teoretiske overvejelser af hvilke forskelle der kan være mellem drænvand og det vand der perkolerer dybere. Disse holdes op mod den sparsomme litteratur, der er på området. 4.1 Dræn Der kan være flere grunde til at man kan forestille sig forskelle mellem det vand, der strømmer af i dræn i forhold til det, der transporteres uden om drænene og fortsætter til det dybereliggende grundvand. Mere makroporestrømning til drænene? Overskudsnedbør løber kun af i drænene, når der er dannet et sekundært grundvandspejl over drændybde. Dræn har ingen sugende virkning. I perioder, hvor jorden er relativt tør, og der kun kommer moderat nedbør, vil alt overskudsnedbøren derfor strømme til det dybereliggende grundvand. Dette er samtidig forhold, som vil gøre, at den største del af vandet vil strømme gennem jordmatricen. I perioder med stor nedbør vil vandet stuve op på grund af lav hydraulisk ledningsevne i de dybere jordlag, og den største del vil strømme af gennem drænene. Det er netop når jorden er fugtig, og der er stor nedbørsintensitet, at makroporetransport får størst betydning. Under disse forhold, hvor jordmatricen har lille evne til at opsuge vandet, og der samtidig er en stor vandfluks, vil der meget nemt opstå vandmætning på jordoverfladen eller ved overgangen til et jordlag med lav hydraulisk ledningsevne i jordmatricen (f.eks. pløjesål). Her vil vandet så strømme ud i makroporerne, som ellers ikke er vandførende. Flere undersøgelser har vist, at fosfor og glyphosat netop transporteres ved makroporestrømning (Laubel et al., 1999; de Jonge et al., 2000). Det kan derfor betyde, at fosfor og glyphosat især kan udvaskes, når der er drænafstrømning. Derfor kan koncentrationen i drænvand måske være mange gange højere end koncentrationen i det vand, der transporteres til det dybereliggende grundvand. Men det er meget svært at kvantificere, hvor stor betydning dette har. Der er to elementer i det: dels hvordan fordelingen af 14

15 overskudsnedbør er mellem dræn og det vand der perkolerer dybere hen over året og dels hvilke kvalitetsforskelle der er? Hvis man skal måle sig frem til kvalitets- og kvantitetsforskelle er der brug for at kunne måle fluksen af vand og fosfor/glyphosat uden at forstyrre transporten af vand og stof. Det findes der ingen gode metoder til i dag. Ved DJF er vi dog i gang med at udvikle sådanne fluksmålere. En anden mulighed er at bruge en simuleringsmodel. Hvis drænafstrømningen er målt kan man med større sikkerhed simulere transporten videre til grundvand, men stadig bygger det på en antagelse om at alle betydende processer er rigtigt beskrevet i modellen. I dag findes der ingen gode todimensionale modeller til beskrivelse af makroporeflow i rodzonen. Forstyrrelse af jorden over drænene Et andet forhold der kan give anledning til uensartet strømning til drænvand og dybereliggende grundvand er, at jorden over drænene kan være blevet forstyrret ved etableringen af dræn. Drænledninger kan enten graves ned eller etableres ved at et rør nedlægges efter et skær (gravefri dræning). I begge tilfælde har der været rejst spørgsmål om, hvad denne forstyrrelse af jorden kan betyde for transportvejene. Når der har været gravet en rende kan man forestille sig at der vil være en løsere struktur hvor jorden er fyldt tilbage. Der kan derfor argumenteres for at det har skabt nogle præferentielle strømningsveje som gør at der kan ske en øget transport af pesticider til drænene som ikke vil ske med det vand der strømmer til det dybereliggende grundvand. Ved gravefri dræning, hvor drænledningen skæres ned kunne man forstille sig at der efterfølgende kunne være kanaler direkte ned til rørene. I begge tilfælde er det noget man ved meget lidt om. I forbindelse med etablering af to drænplot (Schelde & Jacobsen, 1997) blev der taget prøver til bestemmelse af de hydrauliske parametre henholdsvis lige over drænene og to meter ved siden af drænene. Drænene er gravet ned i slutningen af 40erne. På figur 2 ses resultaterne for mættet hydraulisk ledningesevne. Der er en tendens til en lidt højere ledningesevne lige over drænene i forhold til i den uforstyrrede jord. I appendiks A er vist en tabel med resultaterne for volumenvægt og retentionskurve. Resultaterne viser en tilsvarende tendens til lidt lavere volumenvægt (større porøsitet) lige over drænene og en tilsvarende påvirkning af retentionskurverne. Forskellene er dog ikke statistisk signifikante. Det er desuden svært umiddelbart at sige hvad en forskel i denne størrelsesorden i givet fald vil betyde for udvaskningen. 15

16 Hvis man skal udtale sig mere generelt om forskelle i de hydrauliske forhold over og ved siden af drænene vil det kræve undersøgelser på flere arealer. Desuden vil det kræve en følsomhedsanalyse med en simuleringsmodel, der beskriver vandtransport i to dimensioner. Mættet hydraulisk ledningsevne, m/s (Log-skala) Dybde, cm Over dræn Gns. Over dræn Ved siden af dræn Gns. Ved siden af dræn Figur 2. Mættet hydraulisk ledningsevne målt enten lige over dræn eller 2 meter ved siden af dræn på en østjysk morænelerjord (JB6). En samlet vurdering af drænvand i forhold til det vand der strømmer mod det dybereliggende grundvand i en meters dybde vil pege i retning af, at man generelt vil få højere koncentration af glyphosat i drænvand end i det vand der strømmer dybere. Der er dog ingen ordentlig dokumentation eller noget godt bud på hvilken størrelsesorden forskellen kan have. 4.2 Lysimetre Der er nogle principielle forskelle mellem det vand der vil løbe ud af et en meter dybt lysimeter i forhold til den vandfluks der er på vej til det dybere grundvand på den samme jord. I den type lysimetre der bruges til godkendelse af pesticider er der fri afdræning i bunden. Det vil sige at der ikke er et kapilært sug på bunden af lysimeterjorden sådan som der vil være på den tilsvarende jord i samme dybde, når jorden ikke er mættet. Det betyder, at der kun sker afdræning fra lysimetrene, når der er vandmætning i bunden hvorimod der vil være vandumættet vandstrømning ude i marken. Det kan betyde længere opholdstid i lysimeteret end der ville være i marken. Dette vil betyde længere tid til sorption. 16

17 Under mere fugtige forhold vil ledningsevnen for vand i de underliggende lag blive overskredet ude i marken og vandet vil stuve op og løbe af i drænene. Drænene ligger typisk i en meters dybde. Det svarer altså meget godt til de forhold der er i lysimetrene. Den eneste forskel er at i marken ligger drænene med for eksempel 20 meters afstand, mens lysimetrene har det der svarer til et drænrør under hele lysimetret. Vandtransportmæssigt kan de to situationer derfor godt ligne hinanden, men der vil ske meget mere lateral transport i marken, og der vil være vandmættet højere op mellem drænene. Under den laterale transport kan glyphosaten måske nå at blive bundet til jorden. Hvis der strømmer mere glyphosat til dræn end til det dybereliggende grundvand sådan som noget kunne tyde på jævnfør ovenstående afsnit er man nødt til at forholde sig til den problemstilling, hvis man bruger lysimetre til at beskrive transporten til det dybere grundvand på drænede arealer. Selvom lysimetervand måske repræsenterer den gennemsnitlige koncentration, der forlader marken i 1 meters dybde enten til dybere grundvand eller dræn, så vil lysimetervandet sandsynligvis overestimere den koncentration, der går mod det dybereliggende grundvand. Men som for drænvand foreligger der ikke nogen gode undersøgelser der viser noget om forskellene, hvilket især hænger sammen med de metodiske problemer der er med at måle vand- og stoffluks i jorden som omtalt under drænvand. Det er netop på grund af disse måleproblemer, at man bruger lysimetre og drænvand som mål for vand- og stoffluksen ude i jorden. Derfor ville udvikling af fluksmålere også havde betydning for tolkningen af forskellen mellem lysimetervand og det vand der i marken strømmer dybere end en meters dybde. Simuleringsmodeller vil også her kunne bruges til følsomhedsanalyser for de forskelle der kan være mellem lysimetre og marken. En samlet vurdering af lysimetervand i forhold til det vand der strømmer mod dybere grundvand i 1 meters dybde i marken vil gå på, at der er ting der peger i retning af, at man generelt vil få højere koncentration af glyphosat i lysimetervand end i det vand der strømmer dybere. Vi har dog ingen ordentlig dokumentation eller noget godt bud på hvilken størrelsesorden forskellen kan have. 5. Kan drænvand og lysimetervand bruges til at estimere forventet koncentration af glyphosat i dybereliggende grundvand? Koncentrationen af glyphosat og andre stoffer i drænvand og lysimetervand kan muligvis ikke bruges til at estimere koncentrationen i det dybereliggende grundvand på grund af forskelle i strømningsmønstrene. De makroporer, der især har betydning i den øverste meter, er især rodog ormegange og tørkesprækker, og de er ikke nødvendigvis særlig godt forbundet med de 17

18 tektoniske sprækker, der især har betydning i de dybere jordlag. Derfor vil man kunne forvente en hurtigere og dermed større transport ned gennem det øverste jordlag til drændybde end videre ned gennem jordprofilet. Drænede arealer er i udstrømningsområder netop drænede fordi underjorden har lav gennemtrængelighed. Der vil derfor kunne ske en betydelig sorption/filtrering af stof, hvis vandet skal gennem jordmatricen fra det ene makroporesystem til det andet. Da en stor del af det fosfor der udvaskes til drænene er partikelbundet, må man forvente at det samme gør sig gældende for glyphosat og netop for partikelbunden glyphosat, må der forventes en stor filtrering. Til gengæld vil mobiliteten af fosfor og glyphosat blive større under de reducerende forhold som kan opstå under vandmættede forhold. Når først et pesticid er i grundvandet er det usikkert om der sker mere nedbrydning (Fredericia et al., 2000), så selvom der for en del stoffer sker en fortsat nedbrydning af pesticidet, så kan man ikke estimere dens størrelse. Sammenligning af fosfatindhold i dræn og grundvandsboringer Der foreligger to undersøgelser, hvor der systematisk er målt ortofosfat i drænvand og højt placerede grundvandsboringer nemlig varslingssystemet (VAP) og landovervågningsprogrammet (LOOP). Der er fire VAP-arealer, der er drænede, og hvor man derfor har begge typer målinger (Kjær et al., 2002). Ved analyse af data viste det sig dog, at der kun var målt ortofosfat på grundvandsprøverne med en metode der giver en meget høj detektionsgrænse (2,7 mg P/L). Ortofosfat blev nemlig målt i en analysepakke med fokus på andre anioner. Det betyder at samtlige prøver er under detektionsgrænsen. Disse målinger kan derfor ikke bruges til en sammenligning af fosfattransporten til drænvand og dybereliggende grundvand. Resultaterne fra LOOP-arealerne (Grant et al., 2001) kan derimod bruges for de to oplande hvor jordene er systematisk drænede: Højvads Rende på Lolland og Lillebæk på Fyn. Vi har venligst fået adgang til data fra DMU (dræn) og GEUS (grundvandsboringer) opgjort som gennemsnitlig koncentration for et prøvetagningsår ( ) for hver af de 7 stationer(marker) der måles i for hvert opland. For drænvand er resultaterne opgjort for en afdræningssæson hen over vinteren mens de for grundvandsboringerne følger kalenderåret. Vi har valgt at sammenligne resultaterne således at den gennemsnitlige koncentration for 1990/-91 for drænvand sammenlignes med resultater for 1991 for grundvandsboringerne og så videre, da der kan være en forsinkelse før fosforen kommer fra drændybde til grundvandsboringerne. Bemærk at ikke alle kombinationer af sted dybde og år er målt, således at datasættet ikke er fuldstændig balanceret. 18

19 Data er vist i figur 3. Figurerne i højre side viser samtlige data og i venstre side er akserne skåret af ved 0,1 mg/l for bedre at kunne sammenligne den største mængde data. Resultaterne viser, at koncentrationen af ortofosfat i 1,5 meters dybde i grundvandsboringerne generelt er større end koncentrationen i drænvand. Det gælder for begge lokaliteter. Man kan desuden se, at der også er høje koncentrationer i 1,5 m for de tre højeste koncentrationer i dræn. De stammer fra den samme mark, som desuden har et meget højt fosfortal i overjorden. Der er desuden en generel tendens til at der er en positiv sammenhæng mellem fosfatkoncentrationen i drænvand og vand fra de øvre grundvandsboringer. Alt i alt tyder resultaterne på, at fosforkoncentrationerne fundet i boringerne i 1,5 meters dybde stammer fra fosfor tilført på jordoverfladen. I de to dybe boringer er det modsatte tilfældet og koncentrationen af fosfor er generelt større i drænvandet end i vand fra 3 og 5 meters dybde. Der synes altså ikke at være sammenhæng mellem de høje koncentrationer i drænvandet og koncentrationerne i 3 og 5 meters dybde. Der er et par forhold der skal gøres klar før der konkluderes. Som beskrevet i afsnit 2 er der nogle forhold der gør at fosfor ikke kan sidestilles fuldstændig med glyphosat. Fosfor er tilstede hele tiden og vil år efter år kunne udvaskes. På denne måde kan der ske en stadig oplagring af fosfor i de dybere jordlag og der vil opstå en ligevægt mellem bundet og opløst fosfor. Man kan desuden kun udtage vandprøver i denne dybde når der er høj grundvandstand. Det kan give anledning til begyndende reducerende forhold i denne dybde, som kan øge mængden af P i opløsning Det kan være et par af forklaringerne på, at vi i de fleste tilfælde ser højere koncentrationer i vand fra de øvre grundvandsboringer end i drænvand. Et andet problem er at drænvandsprøverne i LOOP-oplandene udtages som ugentlige stikprøver. Som beskrevet under afsnittet vedrørende fund af fosfor i dræn kan det i visse tilfælde undervurdere udvaskningen af fosfor til dræn hvis stikprøverne er faldet skævt i forhold til kraftige regnskyl (Grant et al., 1996, 2001). Resultaterne for landovervågningen viser altså, at fosfat kan udvaskes til 1,5 m. Det er derfor sandsynligt, at der er mulighed for at også glyphosat kan transporteres ud af en meters dybde og videre til mindst 1,5 meters dybde. Undersøgelsen kan ikke bruges til at sige om det vil ske i koncentrationer på størrelse med det vi finder i drænene. På trods af de metodemæssige problemer tyder det dog ikke på, at koncentrationen i det vand der findes i 1,5 meters dybde er størrelsesordner mindre end det i drænene. Til gengæld ser vi, at der sker en meget betydelig reduktion i koncentrationen af fosfor fra 1,5 meters dybde og til de dybere boringer i 3 og 5 m. Dette kunne tyde på at der sker en effektiv adsorption/filtrering med dybden. 19

20 1.5 m Ortofosfat i grundvand (1.5 m), mg/l Ortofosfat i grundvand (1.5 m), mg/l Ortofosfat i dræn, mg/l Ortofosfat i dræn, mg/l 3 m Ortofosfat i grundvand (3 m), mg/l Ortofosfat i grundvand (3 m), mg/l Ortofosfat i dræn, mg/l Ortofosfat i dræn, mg/l 5 m Ortofosfat i grundvand (5 m), mg/l Ortofosfat i grundvand (5 m), mg/l Ortofosfat i dræn, mg/l Ortofosfat i dræn, mg/l 20

21 6. Samlet vurdering Fosfat kan med visse forbehold bruges som sporstof for glyphosat på grund af ligheder i bindingsmekanismerne. Der er dog også forhold især omkring tilførsel til jorden og nedbrydning der gør at man skal være forsigtige. Fosfor tilføres jævnligt og nedbrydes ikke. Så i modsætning til glyphosat vil fosfor være opblandet i hele pløjelaget og vil være til stede for udvaskning i hele vækstsæsonen. Der er principielle forskelle mellem det vand, der perkolerer til det dybereliggende grundvand, og det man opsamler i lysimetre og dræn. Med den viden vi har om transport af adsorberende stoffer, vil vi forvente at koncentrationen i dræn og ud af lysimetre vil være højere end det der perkolerer videre mod det dybere grundvand. For drænene skyldes det at der især er afstrømning i drænene, når der også er størst risiko for makroporestrømning, som er den dominerende transportvej for glyphosat. Desuden kan jorden lige over drænene måske have en ændret gennemtrængelighed. For lysimetrene skyldes det især en bedre mulighed for afdræning under fugtige forhold. Situationen svarer til den der er lige over et dræn mens der mellem drænene vil være længere opholdstid. Omvendt vil den transport der sker ud af lysimetret under relativt tørre forhold nok trække svagt i den anden retning. For både drænvand og lysimetervand gælder at det er svært at sige noget kvantitativt om hvad de principielle forskelle der er i forhold til det vand der perkolere til det dybereliggende grundvand vil betyde. Det er i udredningen forsøgt at belyse om udvaskningen af fosfat kan bruges som indikator for risikoen for udvaskning af glyphosat. På basis af danske resultater er fosfatudvaskningen til drænvand og til grundvandsboringer søgt sammenkædet på baggrund af resultater fra Landovervågningsprogrammet, hvor der er målt fosfat i drænvand og i grundvand i 1,5, 3 og 5 meters dybde. Figur 3. Ortofosfat i dræn sammenlignet med ortofosfat i boring i 1,5, 3 og 5 meters dybde. Data er fra to landovervågningslokaliteter: Højvads Rende på Lolland og Lillebæk på Fyn. Ortofosfat er opgjort som gennemsnitlig koncentration for et prøvetagningsår ( ) for hver af de 7 stationer i hvert opland. Data er fra DMU (drænvand) og GEUS (grundvand). Venstre side <0,1 mg/l, højre side alle data. 21

22 Resultaterne for de arealer i landovervågningen, hvor der er målt fosfatindhold i dræn og i grundvandsboringer viser, at fosfat kan udvaskes til 1,5 m. Det kan derfor sandsynligvis konkluderes, at der også er mulighed for at glyphosat kan transporteres ud af drændybden på ca. en meters dybde og videre til mindst 1,5 meters dybde. Undersøgelsen kan dog ikke bruges til at sige om det vil ske i koncentrationer på størrelse med det der findes i drænene. På trods af de metodemæssige problemer tyder det dog ikke på, at koncentrationen i det der findes i 1,5 meters dybde er størrelsesordner mindre end det i drænene. Til gengæld ser vi, at der sker en meget betydelig reduktion i koncentrationen af fosfor i de dybere boringer i 3 og 5 meters dybde. Det kunne tyde på, at der sker en effektiv adsorption/filtrering med dybden. Vurderingerne her er fremkommet på grundlag af den viden der eksisterer i dag. Den viden er ikke fremskaffet med henblik på at undersøge de forhold, der her er søgt belyst. Hvis man ønsker klarere svar på de spørgsmål der er rejst i denne rapport er der derfor behov for dels foretage mere omfattende litteraturstudier, dels at der iværksættes målrettede undersøgelser. 7. Anvendelse af redegørelsen i godkendelsessammenhæng - Udredningen peger på, at der er behov for en revurdering af godkendelseskriterierne, således at man skelner mellem de stoffer som primært transporteres opløst eller partikelbundet ved makroporestrømning, og de som på grund af en relativt svag sorption kan transporteres i jordens matrix. - Udredningen tyder på, at grænsen for makroporetransport af fosfat og dermed sandsynligvis også glyphosat ikke nødvendigvis er drændybden på ca. 1 meter, men også kan være mindst 1,5 meter. Der synes at ske en væsentlig reduktion i koncentrationen af fosfat inden vandet når 3 og 5 meters dybde hvilket kunne tyde på at der sker en effektiv adsorption/filtrering med dybden. Datamaterialet er dog relativt spinkelt. - Før der konkluderes på materialet er der behov for dels at foretage mere omfattende litteraturstudier, dels at der iværksættes målrettede undersøgelser af sammenhængen mellem koncentrationer i drænvand og i det dybere grundvand. 8. Litteraturliste de Jonge, H. & de Jonge, L.W., Influence of ph and solution composition on the sorption of glyphosate and prochloraz to a sandy loam soil. Chemosphere 39, de Jonge, H., de Jonge, L.W. & Jacobsen, O.H., (14C) Glyphosate transport in undisturbed topsoil columns. Pesticide Management Science 56,

23 de Jonge, H., de Jonge, L.W., Jacobsen, O.H., Yamaguchi, T. & Møldrup, P., Glyphosate sorption in soils with varying ph and phosphorous status. Soil Science 166, Franz, J.E., Mao, M.K. & Sikorski, J.A., Glyphosate: A Unique Global Herbicide, ACS Monograph 189, American Chemical Society, Washington DC, 653 pp. Fredericia, J., Rosbjerg, D. & Bækgaard, A., Pesticcides and Groundwater. Final report. The Danish Environmental Research Programme Grant, R., Laubel, A., Kronvang, B., Andersen, H.E., Svendsen, L.M. & Fuglsang, A., Loss of dissolved and particulate phosphorus from arable catchments by subsurface drainage. Water Resources 30, Grant, R., Blicher-Mathiesen, G., Paulsen, I., Jørgensen, J.O., Laubel, A.R., Jensen, P.G., Pedersen, M. & Rasmussen, P., Landovervågningsoplande NOVA Danmarks Miljøundersøgelser. 152 pp. - Faglig rapport fra DMU 376. Jørgensen, P.R., Schrøder, T., Felding, G., Helweg, A., Spliid, N.H., Thorsen, M., Refsgaard, J.C. & Jacobsen, O.H., Validation and development of pesticide leaching Models. Bekæmpelsesmiddelforskning fra Miljøstyrelsen, nr. 47, 150 pp. Kjær, J., Ullum, M., Olsen, P., Sjelborg, P., Helweg, A., Mogensen, B., Plauborg, F., Jørgensen, J.O., Iversen, B.V., Fomsgaard, I. & Lindhardt, B., The Danish pesticide leaching assessment programme: Monitoring results May June Second report. Geological Survey of Denmark and Greenland, May ISBN pp. Kronvang, B. et al. (red.) Fosfor i jord og vand udvikling, status og perspektiver. Danmarks miljøundersøgelser, 90 pp. Faglig rapport fra DMU 380. Laubel, A., Jacobsen, O.H., Kronvang, B., Grant, R. & Andersen, H.E., Subsurface drainage loss of particles and phosphorus from field plot experiments and a tile-drained catchment. Journal of Environmental Quality 28, Lindhardt, B., Kjær, J., Jørgensen, J.O., Plauborg, F.& Olsen, P., Resultatrapport: Udvaskning af glyphosat på Estrup forøgsmark vinteren 2000/2001. Varslingssystem for udvaskning af pesticider til grundvand. Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse. 8 pp. Schelde, K. & Jacobsen, O.H., Preferential solute transport to tile drains - Field experiments and modelling. NJF seminar "Preferential Flow Processes in Soil and their importance for Water Flow Distribution and Transport of Nutrients and Pesticides", Copenhagen, Nov Seminar abstracts 24. Simmelsgaard, S.E., Plantenæringsstoffer i drænvand og jordvand. SP rapport nr. 7, 77 pp. 23

24 Appendiks A. Volumenvægt og retentionskurve for jord lige over drænrøret eller 2 m ved siden af drænrøret i to drænplotfosøg på en østjysk morænelerjordslokalitet (Røgen). Plot Sted Dyb -de Gentag. Vol. vægt Porøsitet Volumetrisk vandindhold ved at pf, cm 3 /cm 3 g/cm 3 cm 3 /cm 3 1 1,2 1,7 2 2,2 2,7 4,2 P1 D ,567 0,409 0,356 0,349 0,332 0,322 0,302 0,281 0,119 P2 D ,545 0,417 0,348 0,336 0,313 0,303 0,298 0,263 0,117 P1 S ,516 0,428 0,348 0,336 0,309 0,290 0,282 0,256 0,115 P2 S ,623 0,387 0,332 0,319 0,296 0,285 0,276 0,253 0,123 P1 D ,549 0,416 0,365 0,359 0,344 0,332 0,312 0,287 0,118 P2 D ,608 0,393 0,348 0,337 0,316 0,305 0,296 0,266 0,122 P1 S ,522 0,426 0,370 0,360 0,340 0,321 0,308 0,292 0,116 P2 S ,594 0,399 0,354 0,350 0,336 0,321 0,309 0,291 0,121 P1 D ,735 0,345 0,318 0,313 0,291 0,277 0,271 0,245 0,132 P2 D ,636 0,383 0,323 0,316 0,293 0,277 0,274 0,240 0,124 P1 S ,724 0,349 0,327 0,326 0,307 0,290 0,280 0,245 0,131 P2 S ,713 0,353 0,317 0,314 0,293 0,272 0,258 0,238 0,130 P1 D ,621 0,388 0,339 0,328 0,295 0,278 0,267 0,240 0,123 P2 D ,639 0,382 0,316 0,304 0,275 0,257 0,249 0,218 0,125 P1 S ,680 0,366 0,313 0,309 0,288 0,269 0,257 0,225 0,128 P2 S ,722 0,350 0,296 0,291 0,271 0,251 0,240 0,228 0,131 P1 D ,660 0,374 0,332 0,325 0,302 0,285 0,274 0,246 0,126 P2 D ,680 0,366 0,333 0,327 0,306 0,291 0,285 0,250 0,128 P1 S ,665 0,372 0,339 0,336 0,316 0,296 0,281 0,253 0,127 P2 S ,691 0,362 0,336 0,333 0,316 0,297 0,286 0,271 0,129 P1 D ,720 0,351 0,337 0,334 0,320 0,308 0,300 0,268 0,131 P2 D ,698 0,359 0,337 0,333 0,321 0,309 0,305 0,278 0,129 P1 S ,675 0,368 0,343 0,339 0,327 0,313 0,297 0,268 0,127 P2 S ,695 0,360 0,340 0,340 0,329 0,316 0,306 0,292 0,129 P1 S ,736 0,345 0,348 0,345 0,340 0,332 0,329 0,296 0,132 P1: plot 1 P2: plot 2 S: uforstyrret jord 2 m ved siden af dræn D: Lige over dræn 24

25 DJF Foulum Postboks 50, 8830 Tjele Tlf Fax Direktion Administration Afdeling for Råvarekvalitet Afdeling for Husdyravl og Genetik Afdeling for Husdyrernæring og Fysiologi Afdeling for Husdyrsundhed og Velfærd Afdeling for Jordbrugsproduktion og Miljø Afdeling for Mark- og Stalddrift Kommunikationsafdelingen Afdeling for Centerdrift DJF Årslev Kirstinebjergvej 10, 5792 Årslev Tlf Fax Afdeling for Havebrugsproduktion DJF Flakkebjerg Flakkebjerg, 4200 Slagelse Tlf Fax Enheder på andre lokaliteter Afdeling for Sortsafprøvning Teglværksvej 10, Tystofte 4230 Skælskør Tlf Fax Askov Forsøgsstation Vejenvej 55, 6600 Vejen Tlf Fax Afdeling for Plantebiologi Thorvaldsensvej 40, 2., opg Frederiksberg C Tlf Fax Den økologiske Forsøgsstation Rugballegård Postboks 536, 8700 Horsens Tlf Fax Foulumgård, Postboks Tjele Tlf Fax Jyndevad Forsøgsstation Flensborgvej 22, 6360 Tinglev Tlf Fax Afdeling for Plantebiologi Afdeling for Plantebeskyttelse Afdeling for Infrastruktur DJF Bygholm Postboks 536 Schüttesvej 17, 8700 Horsens Tlf Fax Afdeling for Jordbrugsteknik Driftsfunktion