Belastung durch Pestizide genauer vorhersagen

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME haben für Deutschland eine Software entwickelt, die die Konzentration von Pestiziden beziehungsweise Pflanzenschutzmitteln (PSM) in Oberflächengewässern wie Gräben oder Bächen berechnet. Das neue Verfahren kann als Baustein für PSM-Zulassungsverfahren eingesetzt werden.

Die von den Wissenschaftlern am Standort Schmallenberg entwickelte Software arbeitet genauer und liefert schneller Ergebnisse als bisherige Verfahren in Deutschland und der EU. Die Konzentrationen von PSM werden dazu genutzt, das Risiko für die Lebensgemeinschaft der Gewässer – zu der zum Beispiel Fische, Wasserpflanzen oder Insekten gehören – zu bewerten.

Partner im Forschungsvorhaben sind das Institut für Landschaftsökologie und Ressourcenmanagement der Uni Gießen, das Institut für Agrarökologie der RLP AgroScience, die RWTH Aachen und das französische IT-Unternehmen FOOTWAYS S.A.S.. Das Umweltbundesamt (UBA) ist Förderer.

Blaupause für andere EU-Länder?

Die Software baut auf Computermodellen für die Zulassung von PSM-Wirkstoffen in der EU auf. Sie könnte deshalb auch als Blaupause für andere EU-Länder dienen, um das Bewertungsverfahren für Pflanzenschutzmittel zwischen den EU-Ländern weiter zu harmonisieren.

Den Prototyp GERDA, kurz für »German Run-off, Erosion and Drainage Risk Assessment« haben die Forscher bereits erfolgreich getestet. »Wir erhoffen uns eine Einführung bis Anfang nächsten Jahres«, sagt Dr. Michael Klein, aus der Abteilung »Ökologische Chemie« in Schmallenberg, »aber die endgültige Entscheidung darüber treffen die deutschen Zulassungsbehörden«.

Die Forscher haben GERDA im Vergleich zur bestehenden EU-Systematik an vielen Stellen optimiert: Die Methode enthält nun eine umfangreiche Datenbank von Szenarien für Umweltbedingungen spezifisch für Deutschland. Diese basieren auf Wetterdaten der letzten 30 Jahre und detaillierten Karten der Böden in Deutschland. Die Forscher greifen hier auf Daten des Deutschen Wetterdiensts (DWD) und der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) zurück.

Die Software verarbeitet Informationen über die PSM-Wirkstoffe, deren Einsatzgebiet und Anwendungen nach Menge und Zeitpunkten. Aus dem Datenpool berechnet GERDA diejenige PSM-Konzentration, die bei fachgerechter Anwendung einen »realistisch ungünstigen« Fall für die Gewässer darstellt. »Entscheidender Maßstab ist dabei, dass die Populationen nicht beeinträchtigt werden«, erklärt Klein.

Nutzer des Programms können verschiedene Umweltbedingungen einstellen, um zu beobachten, wie sich die Änderungen auf die berechneten Umweltkonzentrationen auswirken. Zum Beispiel, wie sich die Konzentrationen im Gewässer verringern, wenn größere Abstände zu Oberflächengewässern von denjenigen Äckern eingehalten werden, auf denen das Pflanzenschutzmittel angewendet wird.

»Diese Information steht dann auch auf den Produktverpackungen der PSM und wären dann Bedingung für eine Zulassung und Anwendung des PSM«, sagt Klein. Die Modelle, mit denen die Forscher die PSM-Konzentrationen berechnen, sind komplex. Trotzdem arbeiten sie schneller als bestehende Verfahren. »Wir haben bei einigen Berechnungen einfacher programmiert,« erklärt Klein. Damit die Software auch Anwender mit anderem fachlichen Hintergrund nutzen können, haben die Wissenschaftler eine bedienerfreundliche Benutzeroberfläche entwickelt. »Für den Nutzer ist das jetzt genauso einfach, wie die Tabelle eines normalen PC-Kalkulationsprogramms auszufüllen«, so Klein.

Damit die Software alle notwendigen Daten verarbeiten kann, muss sie diese zunächst verstehen. Die Forscher haben den heterogenen Informationspool aus meteorologischen, geographischen, chemischen und biologischen Daten deshalb zunächst in ein Format übertragen, das die Prognosemodelle verarbeiten können. Kleins Kollege Udo Hommen aus der Abteilung »Ökotoxikologie« hat das Wissen darüber eingebracht, wann ein Ökosystem geschädigt wird und wann nicht.

»Es ist zum Beispiel ein Unterschied, ob die Belastungen kurz- oder langfristig sind. Werden Organismen bereits durch eine sehr kurze Belastung geschädigt, dann macht es keinen Sinn, Tagesmittelwerte als relevante Gewässerkonzentration einzusetzen. Bei anderen Mitteln können kurze Belastungen dagegen ohne Effekt bleiben«, erklärt Hommen. Diese Unterscheidung ermöglicht das Prognosemodell.

Pflanzenschutzmittel haben die Aufgabe, Nutzpflanzen gegen pflanzliche oder tierische Schädlinge oder Pilze zu schützen. Um negative Auswirkungen dieser Chemikalien auf Mensch und Umwelt zu vermeiden, gibt es in der EU ein zweistufiges Zulassungssystem:

Zunächst werden die PSM-Wirkstoffe auf EU-Ebene geprüft, die PSM-Produkte dann von den jeweiligen nationalen Behörden bewertet. In Deutschland sind dafür das Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL), das Julius-Kühn-Institut (JKI), das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) und das Umweltbundesamt (UBA) zuständig.