Rückstände von Schädlingsbekämpfungsmitteln
Insekten wurden in Zwei-Wochen-Intervallen in Malaise-Fallen gesammelt, wo Pestizidrückstände von Insektenkörpern in dem Ethanol gelöst wurden, das verwendet wurde, um die gesammelten Proben zu konservieren. Außerdem können Pflanzenpartikel, Pollen, Nektar oder Honigtau, die an den Insektenkörpern haften, Träger chemischer Verschmutzung sein. Erkannte Pestizidrückstände können daher von den Insekten und möglicherweise anhaftenden Partikeln stammen. Unter natürlichen Bedingungen wie Sonnenlicht und warmen Temperaturen kann die chemische Stabilität von Pestizidrückständen in der Ethanollösung beispielsweise durch Hydrolyse beeinträchtigt worden sein, was zu einem Abbau der Rückstände während der zweiwöchigen Sammelintervalle geführt haben könnte. Nur lebende Fluginsekten können in die Malaise-Fallen gelangen, und daher wird angenommen, dass die Pestizidrückstände in den gesammelten Proben subletale Werte für alle gefangenen Arten darstellen. Darüber hinaus wurde das Sammeln von Insekten über eine ganze Saison durchgeführt und berücksichtigte keine expliziten Sprühereignisse. Daher wurden bei der von uns durchgeführten Probenahme nicht unbedingt maximale Expositionswerte erfasst, die tödliche Werte für einzelne Arten und Substanzen darstellen könnten. Daher kann die Quantifizierung von Pestizidmengen nicht für Risikoberechnungen verwendet werden. Stattdessen bewerten wir das Vorhandensein von Rückständen von CUPs auf Insekten. Da der Nachweis bei geringen Konzentrationen möglich ist (siehe SOM-Tabelle A2), haben wir Informationen über Spurenkonzentrationen der Pestizidrückstände erhalten, denen Insekten ausgesetzt waren. Es ist davon auszugehen, dass die Pestizidbelastung von Insekten nach Sprühaktionen und bei betroffenen und damit flugunfähigen Personen besonders hoch war. Diese Insekten wurden dann nicht in den Malaise-Fallen beprobt.
Von den 92 Zielgemeinsamen CUPs wurden 47 in den Insektenproben aus 21 Naturschutzgebieten von zwei Probenahmeterminen im Mai und August 2020 nachgewiesen: 13 Herbizide, 28 Fungizide und 6 Insektizide. Darüber hinaus wurden an drei Standorten Metaboliten von Fipronil, einem Insektizid, das für die Verwendung als Biozid in der EU zugelassen ist, erfasst. An den 21 Standorten waren Insekten in den Schutzgebieten durchschnittlich 16,7 Pestiziden ausgesetzt, wobei die Bandbreite zwischen 7 und 27 Substanzen lag. Es wurden mehr Fungizide als Herbizide erfasst und Insekten waren im Durchschnitt weniger als zwei Insektiziden ausgesetzt (Tabelle 1). Dies kann teilweise die Anwendung in Ackerkulturen widerspiegeln, wo mehr Fungizide als Herbizide ausgebracht werden und Insektizide seltener eingesetzt werden. Da Insektizide andererseits aufgrund ihrer hohen akuten Toxizität direkt auf Insekten wirken, führt die Exposition gegenüber Insektiziden zu Mortalität oder subletalen Effekten, die die Mobilität beeinträchtigen, was zu einer Unterschätzung von Insektizidrückständen in unseren Proben führt.
Tabelle 1 Anzahl der nachgewiesenen CUP-Rückstände in 21 Naturschutzgebieten deutschlandweit und daraus resultierende minimale, maximale und mittlere Anzahl an Pestizidwirkstoffen.
An allen 21 Standorten wurden Insekten Rückständen der Herbizide Metolachlor-S, Prosulfocarb und Terbuthylazin sowie der Fungizide Azoxystrobin und Fluopyram ausgesetzt (Tabelle 2). Das Vorkommen der sechs häufig nachgewiesenen Herbizide lässt sich durch die hohe Verkaufsmenge im Jahr 2019 erklären (siehe SOM-Tabelle A3). Sie gehören zu den 25 umsatzstärksten Pestiziden in Deutschland34. Gleiches gilt für das Fungizid Azoxystrobin. Alle anderen sieben regelmäßig nachgewiesenen Fungizide wurden in geringeren Mengen verkauft, und ihr Vorhandensein in den Insektenproben könnte mit der hohen Persistenz dieser Fungizide zusammenhängen, wobei die Bodenhalbwertszeit 500 d (Bixafen), 484 d (Boscalid) und 309 d ( Fluopyram). Nur Kresoxim-Methyl, das an 10 Stellen vorkommt, ist im Boden nicht sehr persistent, hat aber eine Affinität zur wachsartigen Pflanzencuticula, wo es bindet und sich anreichert35,36.
Tabelle 2 CUP-Rückstände, die häufig an den 21 Standorten erfasst wurden. Es werden nur Stoffe aufgeführt, die an ≥ 10 Standorten erfasst wurden.
Das Neonicotinoid-Insektizid Thiacloprid wurde in 16 der 21 Naturschutzgebiete an Insekten nachgewiesen. Thiacloprid wurde in der EU für den Einsatz in Feldanwendungen ab August 2020 verboten, das Ende der Anwendung (Gnadenfrist) wurde jedoch auf den 3. Februar 2020 festgelegt37. Das hohe Vorkommen von Thiacloprid in unseren Proben an vielen Standorten in ganz Deutschland kann daher ebenfalls auftreten spiegeln die letzte Gelegenheit für Landwirte wider, ihre Restbestände zu verwenden. Ein Verbot könnte daher zu einer größeren Auswirkung auf das Ökosystem führen, wenn parallele Anwendungen in großem Umfang stattfinden. Daher erscheint es ratsam, für vom Markt verbotene hochwirksame Pestizide auf die Gewährung von Schonfristen zu verzichten und stattdessen Restbestände zu vernichten, anstatt sie trotz Kenntnis ihrer hohen Umweltrisiken in die Umwelt zu streuen.
Im Durchschnitt wurden im Frühjahr (Mai) Rückstände von 9,6 und im Sommer (August) von 9,3 CUPs in einzelnen Ethanolproben der drei Fangplätze in den Schutzgebieten festgestellt. Die Mindestzahl der Pflanzenschutzmittel-Rückstände von 3 (Mai, Standort Mülhauser Halde) und 2 (August, Mittelberg) und die Höchstzahl von 16 (Mai, Bottendorfer Hügel) und 18 (August, Wisseler Dünen) stammten alle aus zentrumsnäheren Proben das Naturschutzgebiet, das am weitesten von angrenzenden landwirtschaftlichen Flächen entfernt ist.
Saisonabhängigkeit der CUP-Exposition
Die Gesamtzahl der an Insekten erfassten CUP-Rückstände war für die beiden Probenahmeintervalle mit 32 Substanzen im Mai und 35 im August ähnlich. Allerdings wurden im Mai (13) im Vergleich zum August (9) mehr Herbizidrückstände verzeichnet, während bei Fungiziden das Gegenteil der Fall war [August (23), May (14)]. Die Zahl der nachgewiesenen Insektizidrückstände war ähnlich, wobei im Mai und August jeweils drei und fünf Substanzen registriert wurden. Dies führte je nach Saisonalität zu unterschiedlichen Mischungen von Pestizidrückständen (Abb. 1). Von Herbiziden dominierte Mai-Mischungen waren einander ähnlicher als die August-Mischungen, die mehr Fungizide enthielten. Die Extrempositionen der NMDS-Analyse im August bei Brauselay und Mittelberg werden durch die Anzahl der erfassten Fungizidrückstände getrieben. Brauselay ist der einzige Ort, an dem Weinberge an das Untersuchungsgebiet grenzen. Der Weinbau in Deutschland erfordert häufige Fungizidanwendungen.
Abbildung 1
CUP-Mischungen im Mai (grün) und August (rot) mit NMDS analysiert. Die Position der einzelnen Standorte wurde durch die Zusammensetzung der in den Ethanolproben gefundenen Pestizidrückstände bestimmt. Je näher Datenpunkte im Ordinationsraum liegen, desto ähnlicher sind ihre Zusammensetzungen von Pestiziden. Abkürzungen siehe Tabelle 1.
Auf Substanzebene wurden bei beiden Probenahmeintervallen auf mehr als der Hälfte der Standorte Rückstände der Herbizide Prosulfocarb, Metolachlor-S, Dimethenamid-P festgestellt, wobei Terbuthylazin im Mai, aber nicht im August, häufig und Flufenacet häufiger nachgewiesen wurde später im Jahr. Fungizidrückstände von Fluopyram, Azoxystrobin und Boscalid waren in beiden Probenahmeintervallen häufig, aber Pyraclostrobin, Bixafen und Dimoxystrobin waren charakteristisch für Mai-Proben und Fluazinam und Kresoxim-Methyl für die August-Proben (SOM-Tabelle A4). Obwohl im August mehr Rückstände von Fungiziden registriert wurden, führte dies nicht zu einer Zunahme der Fungizidfunde an vielen Standorten. 13 der 23 im August erfassten Fungizide wurden vergleichsweise sporadisch in Proben von ein bis drei Standorten nachgewiesen. Bei den Insektiziden wurde häufig nur Thiacloprid festgestellt, die restlichen Substanzen Acetamiprid, Dimethoat, Tebufenozid und Indoxacarb wurden im Mai gefunden, während Chlorantraniliprol und Indoxacarb im August erfasst wurden. Die beobachteten Muster spiegeln die landwirtschaftliche Praxis wider, Herbizide im Frühjahr und Frühsommer einzusetzen, um Nutzpflanzen wie Getreide, Raps und Mais anzubauen, und Fungizide später im Jahr einzusetzen, um Pilzkrankheiten zu bekämpfen, die mit wärmeren Temperaturen zunehmen.
Neben der Anwendung von Pestiziden wirkt sich die Saisonalität direkt auf Insektengemeinschaften aus, deren Zusammensetzung sich vom Frühjahr bis zum Herbst ändert38,39,40. Aufgrund von Verschiebungen in der Zusammensetzung der Insektengemeinschaft und der Anwendungsschemata von Pestiziden ändert sich die Mischung von Pestizidrückständen, die in Insektenproben vorhanden sind, im Laufe des Jahres. Daher ist es wahrscheinlich, dass eine feinere Zeitauflösung als die gewählten zwei Probenahmeintervalle zusätzliche Pestizidrückstände für die Exposition von Insekten in Naturschutzgebieten in der Agrarlandschaft aufdecken könnte.
Einfluss des umliegenden landwirtschaftlichen Produktionsgebiets
Unsere Daten zeigen, dass Insekten, die mit Malaise-Fallen in den Naturschutzgebieten gesammelt werden, Pestiziden ausgesetzt sind, die in der umliegenden Agrarlandschaft angewendet werden, wo verschiedene Feldfrüchte angebaut und mit einer Vielzahl von Pestiziden behandelt werden. Da die Flugreichweite von Fluginsekten von weniger als hundert Metern bis zu Kilometern schwankt (Beispiele aus der Literatur siehe SOM-Tabelle A5), kann nicht nur das benachbarte Ackerland als Kontaminationsquelle fungieren. Eine Korrelationsanalyse der Fläche der Ackerflächen in der umgebenden Landschaft (gepuffert von 500 bis 3500 m) und der Anzahl der im Insektenfang-Ethanol erfassten Pestizidrückstände ergab eine beste Anpassung für einen Radius von 2000 m um das Zentrum der Fangpositionen im Schutzgebiet (Abb. 2, alle 21 Standorte, Pearson-Korrelationskoeffizient = 0,48, p = 0,029). Die Lage Brauselay unterschied sich von allen Naturschutzgebieten, da Weinberge an das Naturschutzgebiet grenzten. Der Weinbau ist eine Dauerkultur, die sich durch einen hohen Fungizideinsatz auf vergleichbar kleiner Fläche auszeichnet. Beim Entfernen von Brauselay aus der Analyse nahm die Signifikanz weiter zu (Pearson-Korrelationskoeffizient = 0,60, p = 0,005; für weitere Details siehe SOM Abb. A2 und Tabelle A6). Rückstände von Pestiziden auf Insekten, die in den Naturschutzgebieten gesammelt wurden, sind daher nicht nur das Ergebnis von Anwendungen auf Kulturen in der unmittelbaren Umgebung, sondern auch von Pestizidrückständen in einem größeren Bereich innerhalb der Agrarlandschaft um die Naturschutzgebiete herum.
Figur 2
Die Zahl der in Insekten-/Ethanolproben nachgewiesenen CUP-Rückstände pro Standort stieg mit der landwirtschaftlichen Fläche in einem Radius von 2000 m um die Fangstellen (Pearson-Korrelationskoeffizient = 0,48, p = 0,029).
Basierend auf der Korrelation zwischen Pestiziden und umliegendem Ackerland wurde ein verallgemeinertes lineares gemischtes Modell (GLMM) angewendet, um die Anzahl der nachgewiesenen Pestizidrückstände als Funktion von Landschaftsfaktoren (Menge an landwirtschaftlicher Produktionsfläche, Menge an Naturschutzgebiet und Menge an FFH-Gebiet im Umkreis von 2000 m) und Biomasse der von den Malaise-Fallen gesammelten Insekten, wobei die Untersuchungsstandorte als Zufallseffekte berücksichtigt wurden (Tabelle 3). Weder die Fläche des Naturschutzgebietes noch das FFH-Gebiet noch die Biomasse der gesammelten Insekten standen im Zusammenhang mit der Anzahl der in Ethanolproben erfassten Pestizide. Nur die landwirtschaftliche Produktionsfläche im Umkreis von 2000 m hatte einen signifikanten (p < 0,022) Einfluss auf die Anzahl der in den Ethanolproben gefundenen Pestizidrückstände. Ein höherer Anteil an Ackerland war mit einer höheren Anzahl an CUP-Rückständen verbunden, die an Insekten im Naturschutzgebiet gemessen wurden. Die Signifikanz dieses Zusammenhangs stieg weiter an (p = 0,008), wenn man die Weinbaulage Brauselay ausschließt (SOM-Tabelle A7). Die getrennte Analyse der beiden Probenahmeintervalle zeigte einen hochsignifikanten Zusammenhang zwischen der nachgewiesenen Anzahl von Pestiziden und der landwirtschaftlichen Produktionsfläche im Mai (p < 0,001 ), aber nicht im August (SOM-Tabelle A8).
Insektizide haben direkte, tödliche Auswirkungen auf Insektenpopulationen oder verringern ihre Nahrungssuche oder Fortpflanzung. Herbizide können auch direkte Auswirkungen auf Insekten haben und Sterblichkeit verursachen, wirken sich aber im Allgemeinen indirekt auf Insekten aus, indem sie die Bedeckung mit Wildpflanzen oder „Unkraut“ auf landwirtschaftlichen Feldern verringern und infolgedessen die Nahrungsverfügbarkeit für Insekten verringern17). Fungizide wirken nicht nur auf Pilzkrankheiten, sondern können auch direkt toxisch für Insekten oder andere wirbellose Tiere sein41). Ein Beispiel ist das Fungizid Fluopyram, das in allen Naturschutzgebieten unserer Studie nachgewiesen wurde. Fluopyram wird auch als Nematizid in vielen Kulturpflanzen vermarktet und verwendet42 und hat folglich auch das Potenzial, wirbellose Tiere direkt zu beeinträchtigen. Die festgestellten Mischungen mehrerer Pestizide, indirekte Wirkungen und Wirkungen bei feldrelevanten Anwendungsmengen werden in der Umweltrisikobewertung, die für die Pestizidregulierung in Europa durchgeführt wird, nicht berücksichtigt, und das Risiko von Pestiziden für die Biodiversität wird daher unterschätzt43.
