Wie Pestizide über Uferpuffer ins Trinkwasser gelangen

Wie gelangen Chemikalien, die auf landwirtschaftliche Flächen ausgebracht werden, letztlich in unser Trinkwasser? Diese Frage beschäftigt Wissenschaft und Landwirtschaft weiterhin gleichermaßen.

Pestizide fördern das Wachstum von Kulturpflanzen, indem sie Unkraut und Insekten bekämpfen. Zugleich können diese Stoffe jedoch 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 mindern, empfehlen Fachleute häufig Gras- und Gehölzstreifen entlang von Ufern. Diese Bereiche werden als Uferpuffer bezeichnet.

Eine neue Studie der Penn State University zeigt jedoch: Solche Puffer helfen in bestimmten Fällen, bieten aber nicht immer Schutz.

Uferpflanzen verringern die Verschmutzung

Das US-Landwirtschaftsministerium USDA empfiehlt Uferpuffer, weil Pflanzen Erde, Nährstoffe und einen Teil der Schadstoffe zurückhalten können, bevor das Wasser einen Bach erreicht.

Wurzeln stabilisieren den Boden, während dicht wachsendes Gras abfließendes Wasser abbremst. Dadurch nimmt die Erosion ab und weniger Sediment gelangt in Gewässer.

Viele Landwirte setzen Pufferstreifen als einfache, naturnahe Maßnahme zum Schutz der Wasserqualität ein. Forschende fragen jedoch weiterhin, wie zuverlässig diese Bereiche verschiedene Pestizidarten aufhalten.

Das Einzugsgebiet in Pennsylvania

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

Der Bach verläuft durch ein 62 Quadratkilometer großes Einzugsgebiet mit Karstgeologie. Das leicht lösliche Grundgestein bildet Risse, Dolinen und verborgene unterirdische Kanäle, durch die Wasser rasch fließen kann.

„In dieser Forschung wollten wir verstehen, ob bewachsene Puffer die Menge verschiedener 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 Puffer Bäche vor Nährstoffen und Sediment schützen können, aber bei Pestiziden ist die Situation 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 in Gewässer. Regen kann die Chemikalien über die Bodenoberfläche in Bäche spülen; dieser Vorgang heißt Oberflächenabfluss.

Sie können außerdem in den Boden einsickern und sich unterirdisch mit dem Grundwasser weiterbewegen. In Karstlandschaften strömt Grundwasser schnell durch Risse und unterirdische Kanäle.

Wasser kann einen Bach daher von unten erreichen und die Pufferzone vollständig umgehen. Pflanzen am Ufer können Verschmutzung, die aus dem Untergrund eintritt, in solchen Fällen nicht aufhalten.

Wasserproben auf Chemikalien untersucht

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

Die Wissenschaftler prüften zwei Herbizide zur Unkrautbekämpfung: Atrazin und Simazin. Zusätzlich analysierte das Team vier Insektizide, die häufig zur Behandlung von Mais- und Sojasaatgut verwendet werden: Clothianidin, Imidacloprid, Thiacloprid und Thiamethoxam.

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

Pestizide im Bachwasser nachgewiesen

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

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

Nach Niederschlägen stiegen bei höherem Bachabfluss die Konzentrationen von Atrazin und Clothianidin. Dieses Muster deutet darauf hin, dass Oberflächenabfluss diese Stoffe in den Bach eintrug.

Uferpuffer erfassen keine unterirdische Verschmutzung

Da Atrazin und Clothianidin überwiegend mit Oberflächenwasser transportiert werden, können Uferpuffer dazu beitragen, ihre Auswirkungen zu 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 sich Grundwasser über weite Strecken bewegen und unterhalb der Pufferzone in Bäche eintreten. Uferpuffer können in diesem Fall einen großen Teil der Verschmutzung nicht verhindern.

Mehr als eine einzelne Lösung betrachten

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Puffer hilfreich sind, aber nur bei Pestiziden, die mit Oberflächenabfluss transportiert werden – durch Grundwasser transportierte Pestizide, insbesondere in Karst-Einzugsgebieten, können Puffer vollständig umgehen“, sagte Professorin Preisendanz.

„Bevor wir entscheiden, wie sich Pestizidverschmutzung verringern lässt, müssen wir berücksichtigen, wie sich Pestizide tatsächlich durch die Landschaft bewegen, denn mit Puffern allein können wir die Pestizidverschmutzung nicht stark senken, wenn die Pestizide unterirdisch entweichen.“

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