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DOI: http://dx.doi.org/10.1065/uwsf2004.12.088.2

Präambel. In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat die Besorgnis über mögliche Risiken von Pflanzenschutzmitteln (PSM) für die Struktur und Funktion von Bodenbiozönosen zugenommen. Dadurch stieg der Bedarf an aussagekräftigen Methoden, mit deren Hilfe mögliche unerwünschte Wirkungen von PSM auf Bodenökosysteme erfasst und beurteilt werden können. Während in gemäßigten Regionen erhebliche Anstrengungen zur Erarbeitung solcher Methoden unternommen wurden (z.B. Løkke & Van Gestel 1998) und damit auch entsprechende Daten zur Verfügung stehen, gibt es bisher nur wenige Studien über Nebenwirkungen von PSM in den Tropen. Dabei ist zu bedenken, dass sich die biotischen and abiotischen Faktoren, die sowohl das Verhalten von Chemikalien als auch das von Organismen bzw. von ökosystemaren Prozessen beeinflussen, in den verschiedenen Regionen stark unterscheiden können. Solche Unterschiede sind zu beachten, wenn das Risiko der Anwendung von PSM in den Tropen beurteilt werden soll. Da die meisten für diesen Zweck verwendbaren Daten auf standardisierten Studien beruhen, die in den gemäßigten Breiten erarbeitet wurden, ist zu befürchten, dass die Extrapolation solcher Daten auf tropische Verhältnisse zu einer fehlerhaften Risikobeurteilung führen kann.

Ziel der hier in zwei Beiträgen vorgestellten Untersuchungen war es daher, die wissenschaftliche Basis für eine tropische Bodenökotoxikologie zu verbreitern. Dazu wurden die Auswirkungen dreier ausgewählter PSM auf die Struktur (Regenwürmer, Arthropoden) und Funktion (Streuabbau) der Bodenbiozönose in Amazonien (Brasilien) untersucht. Schwerpunkte bildeten die beiden Fragen:
(1) Unterscheiden sich das Verhalten und die Wirkungen dieser PSM unter tropischen und gemäßigten Bedingungen? (2) Sind die aus gemäßigten Breiten stammenden Daten für eine Risikobeurteilung in den Tropen ausreichend?

Wegen der Komplexität der Interaktionen zwischen verschiedenen PSM, Organismen und Umwelteigenschaften (z.B. Bodentypen, Temperatur usw.) sowie der praktisch nicht vorhandenen Kenntnisse zu diesem Thema war es nicht die Aufgabe dieser Arbeit, eine Kausalanalyse der beobachteten Wirkungen durchzuführen.

Aufgrund der Vielzahl der in dieser Studie erarbeiteten Daten kann an dieser Stelle nur ein Überblick gegeben werden. Detaillierte Beschreibungen der einzelnen Tests sind Garcia (2004) zu entnehmen.

Zusammenfassung
Ziel und Hintergrund. Bodenorganismen sind ein wichtiger Bestandteil terrestrischer Ökosysteme. Pflanzenschutzmittel (PSM) können toxisch für diese Organismen sein und damit auch negative Wirkungen auf die von ihnen beeinflussten Bodenfunktionen haben. Die Auswirkungen von PSM in tropischen Ökosystemen wurden bisher wenig erforscht. Daher wurde in dieser Studie untersucht, ob sich die Wirkung von PSM unter tropischen und gemäßigten Bedingungen unterscheiden und ob Daten aus gemäßigten Regionen für die ökologische Risikobeurteilung (ERA) von PSM in den Tropen verwendet werden können.

Methoden. Die Auswirkungen eines Fungizids (Carbendazim) und eines Insektizids (lambda-Cyhalothrin) auf Bodenorganismen und funktionale Parameter (Streuabbau, Fraßrate) wurden in Halbfreilandtests mittels 'Terrestrischer Modellökosysteme' (TMEs) und im Freiland mit Netzbeutelversuchen untersucht. Der für die TMEs verwendete, für tropische Regionen typische, saure Tonboden wurde an einer auch für den Freilandtest genutzten Fläche nahe Manaus (Amazonas, Brasilien) entnommen. In den TMEs wurden sowohl Standardtestorganismen als auch native Spezies eingesetzt (siehe Teil 1, DOI: http://dx.doi.org/10.1065/uswf2004.12.088.1).
Verschiedene praxisrelevante Applikationsszenarien wurden in den TME-Versuchen und im Freiland verwendet, wobei deren Auswirkungen über 150 bzw. 365 Tage verfolgt wurden. Abschließend wurde eine Risikobeurteilung für beide PSM durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen. Die Ergebnisse der TME-Tests zeigen, dass beide PSM konzentrationsabhängig negativ auf die Testorganismen sowie den Streuabbau, nicht aber die Fraßrate, wirkten. Auch im Freiland wurde der Streuabbau zeitweilig negativ beeinflusst, während, wohl aufgrund der relativ kleinen Versuchsflächen, Wirkungen auf einzelne Arten nur in einem Fall (der nativen Regenwurmspezies Andiorrhinus amazonicus) beobachtet wurden. In den mit Testsubstanz behandelten TMEs waren beim Streuabbau beobachtete Unterschiede zur Kontrolle häufig statistisch signifikant, während aufgrund der höheren Variabilität der Ergebnisse dies selbst bei Differenzen >10% zwischen den Mittelwerten im Freiland nicht der Fall war.

Empfehlungen und Ausblick. Gemäß der hier vorgelegten – vorläufigen – Einschätzung des Umweltrisikos ist beim Einsatz der beiden PSM unter tropischen Bedingungen (z.B. in Brasilien) eine Beeinträchtigung des Umweltkompartiments Boden möglich. Daher ist eine weitere Untersuchung dieser Stoffe, insbesondere eine genauere Erfassung der Exposition (Rückstandsanalytik) zu empfehlen. Unabhängig davon können die bisher in Amazonien durchgeführten Arbeiten wie folgt zusammengefasst werden: (1) Die Wirkung von Pflanzenschutzmitteln (PSM) in gemäßigten und tropischen Regionen kann sich je nach den Eigenschaften des zu testenden PSM unterscheiden. (2) Für PSM, die in den Tropen eingesetzt werden, sollten daher tropenspezifische ökotoxikologische Tests durchgeführt und in die Risikobeurteilung integriert werden.

Abstract

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Goal, Scope, and Background. Soil organisms play a crucial role in terrestrial ecosystems. Plant Protection Products (PPPs) are known to affect these organisms and might have negative impacts on soil functions influenced by these organisms. Little research has been done to day on the impact of PPPs on tropical ecosystems. Therefore, in this study it was investigated whether the effects of pesticides differ between tropical and temperate regions and whether data generated under temperate conditions can be used for the Environmental Risk Assessment (ERA) in tropical regions.

Methods. The effects of one fungicide (Carbendazim) and one insecticide (lambda-Cyhalothrin) on soil invertebrates (earthworms and arthropods) and functional parameters (organic matter (OM) breakdown, feeding rate) were evaluated in semi-field tests using Terrestrial Model Ecosystems (TMEs) and in field tests using litter-bags. The soil for the TMEs was extracted from the same site near Manaus (Amazonas, Brazil) where the field test was conducted (see Part 1, DOI: http://dx.doi.org/10.1065/uswf2004.12.088.1). The soil was acid clay, typical for tropical regions. In the TMEs the standard test species as well as native tropical species were introduced. Several application scenarios, selected according to their relevance for practical conditions, were realized in TME-tests and field (duration: 150 and 365 days, respectively). Finally, an Environmental Risk Assessment (ERA) for the two chemicals was performed.

Results and Conclusions. The results from the TME-tests show that both test chemicals (depending on their concentration) had toxic effects on the tested organisms and organic matter breakdown, but not on the feeding rates. In the field organic matter breakdown was affected for some time too, but effects on single species were, with one exception (the native earthworm Andiorrhinus amazonicus) not observed; a result probably influenced by the small size of the test plots. Observed differences in OM breakdown between control and treated TMEs were often significant, while due to the higher variability even with differences >10% between means this was not the case in the field.

Recommendation and Perspective. According to the preliminary results of the Environmental Risk Assessment presented here the use of the three model chemicals in the tropics (e.g. in Brazil) can cause a damage to the environmental compartment soil. Therefore, a more detailed investigation of these PPPs is recommended, in particular a better evaluation of the exposure (residue analysis). In general, the work performed in Amazonia can be summarised as follows: (1) Depending on the properties of the PPP, the effects of pesticides in tropical resp. temperate regions can differ. (2) If a PPP is going to be used in the tropics, data from tests modified for these conditions should be performed and their results should be incorporated in an Environmental Risk Assessment (ERA) for tropical regions.