Wie Pestizide aus Ackerflächen ins Trinkwasser gelangen

Wie gelangen Chemikalien, die auf landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht werden, in unser Trinkwasser? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ebenso wie Landwirte weiterhin.

Pestizide fördern das Pflanzenwachstum, indem sie Unkraut und Insekten bekämpfen. Zugleich können diese Chemikalien Flüsse, Fische und sogar die menschliche Gesundheit beeinträchtigen.

Fällt Regen auf Ackerflächen, kann das Wasser Pestizide in nahe gelegene Bäche transportieren. Um dieses Risiko zu verringern, empfehlen Fachleute häufig, entlang der Ufer von Gewässern Streifen mit Gras und Sträuchern anzulegen. Diese Bereiche werden als Uferpufferstreifen bezeichnet.

Eine neue Studie der Penn State zeigt jedoch, dass solche Pufferstreifen nur in bestimmten Fällen wirksam sind.

Pflanzen am Gewässerrand mindern Verschmutzung

Das US-Landwirtschaftsministerium (USDA) empfiehlt Uferpufferstreifen, weil Pflanzen Erde, Nährstoffe und bestimmte Schadstoffe zurückhalten können, bevor das Wasser einen Bach erreicht.

Wurzeln stabilisieren den Boden, während dichtes Gras fliessendes Wasser abbremst. Dadurch nimmt die Erosion ab und Sedimente gelangen weniger leicht in Gewässer.

Viele Landwirte setzen Pufferstreifen als einfache, natürliche Massnahme zum Schutz der Wasserqualität ein. Dennoch ist unter Forschenden weiterhin umstritten, wie gut diese Streifen verschiedene Arten von Pestiziden zurückhalten.

Das Einzugsgebiet in Pennsylvania

Für ihre Untersuchung konzentrierte sich ein von Penn State geleitetes Forschungsteam auf den Halfmoon Creek im Zentrum Pennsylvanias.

Der Bach verläuft durch ein Einzugsgebiet von 24 Quadratmeilen, was etwa 62 Quadratkilometern entspricht. Die Landschaft ist von Karstgeologie geprägt: Leicht lösliches Grundgestein bildet Risse, Dolinen und verborgene unterirdische Kanäle. Durch diese unsichtbaren Wege kann Wasser rasch fliessen.

„In dieser Forschung wollten wir herausfinden, ob vegetative Pufferstreifen die Menge unterschiedlicher Pestizide verringern können, die in landwirtschaftlich geprägten Gebieten in Bäche gelangen“, sagte Heather Preisendanz, Professorin für Agrar- und Bioingenieurwesen.

„Wir haben Hinweise darauf gesehen, dass Pufferstreifen Gewässer vor Nährstoffen und Sedimenten schützen können. Bei Pestiziden ist die Lage jedoch anders, weil sie sich je nach Art auf unterschiedliche Weise mit dem Wasser bewegen.“

Oberflächenwasser und Grundwasser im Vergleich

Pestizide gelangen auf zwei wesentlichen Wegen weiter. Regen kann Chemikalien über die Bodenoberfläche in Bäche spülen. Dieser Vorgang wird als Oberflächenabfluss bezeichnet.

Pestizide können aber auch in den Boden einsickern und sich unterirdisch mit dem Grundwasser fortbewegen. In Karstlandschaften fliesst Grundwasser schnell durch Spalten und unterirdische Kanäle.

Wasser kann daher von unten in Bäche eintreten und die Pufferzone vollständig umgehen. In solchen Situationen können Pflanzen am Ufer Schadstoffe, die aus dem Untergrund stammen, nicht aufhalten.

Wasser auf Chemikalien untersucht

Während der Vegetationsperiode 2023 überwachte das Forschungsteam fünf unterschiedliche Stellen am Halfmoon Creek. Im Abstand von jeweils zwei Wochen entnahm die Gruppe Wasserproben.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten zwei Herbizide zur Unkrautbekämpfung, Atrazin und Simazin. Zusätzlich testete das Team vier Insektizide, die häufig zur Beizung von Mais- und Sojasaatgut verwendet werden – Clothianidin, Imidacloprid, Thiacloprid und Thiamethoxam.

Indem sie die Pestizidkonzentrationen bestimmten und mit den Abflussmengen des Bachs verglichen, konnten die Forschenden nachvollziehen, wie sich jede Chemikalie durch die Landschaft bewegte.

Pestizide im Bachwasser nachgewiesen

Die Ergebnisse zeigten, dass Pestizide häufig im Bachwasser vorkamen. Simazin wurde in 93 Prozent der Proben nachgewiesen, Atrazin in 92 Prozent.

Clothianidin trat in 75 Prozent der Proben auf. Diese hohen Anteile bedeuten, dass die Chemikalien während des grössten Teils der Vegetationsperiode im Bach vorhanden blieben.

Die Konzentrationen von Atrazin und Clothianidin stiegen, wenn nach Niederschlägen auch der Bachabfluss zunahm. Dieses Muster deutet darauf hin, dass Oberflächenabfluss diese Chemikalien in den Bach transportierte.

Uferpufferstreifen erfassen unterirdische Verschmutzung nicht

Da sich Atrazin und Clothianidin überwiegend mit Oberflächenwasser bewegen, können Uferpufferstreifen ihre Auswirkungen verringern. Die Vegetation verlangsamt den Abfluss und ermöglicht es dem Boden, einen Teil der Chemikalien zurückzuhalten.

Simazin verhielt sich dagegen anders. Es wurde hauptsächlich über das Grundwasser transportiert. Selbst bei niedrigem Bachabfluss gelangte Simazin aus unterirdischen Kanälen in das Gewässer.

In einer Karstlandschaft kann Grundwasser weite Strecken zurücklegen und unterhalb der Pufferzone in Bäche eintreten. In diesem Fall können Pufferstreifen einen grossen Teil der Verschmutzung nicht verhindern.

Mehr als eine einzelne Lösung berücksichtigen

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Pufferstreifen hilfreich sind, aber nur bei Pestiziden, die sich über den Oberflächenabfluss bewegen – über Grundwasser transportierte Pestizide können Pufferstreifen, besonders in Karst-Einzugsgebieten, vollständig umgehen“, sagte Professorin Preisendanz.

„Bevor wir entscheiden, wie wir die Pestizidverschmutzung verringern, müssen wir berücksichtigen, wie Pestizide tatsächlich durch die Landschaft wandern. Denn mit Pufferstreifen allein können wir die Pestizidverschmutzung nicht stark reduzieren, wenn die Pestizide unterirdisch weiterziehen.“

Die Studie macht deutlich, dass der Schutz von Bächen mehr als eine Strategie erfordert. Landwirte, Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Organisationen wie das USDA müssen berücksichtigen, auf welchem Weg sich jedes Pestizid fortbewegt.