Wie Pestizide über Gewässerrandstreifen in Bäche gelangen

Pestizide unterstützen das Pflanzenwachstum, indem sie Unkraut und Insekten bekämpfen. Doch diese Chemikalien können auch Flüsse, Fische und sogar die menschliche Gesundheit schädigen.

Wie gelangen Chemikalien, die auf landwirtschaftliche Felder ausgebracht werden, in unser Trinkwasser? Diese Frage beschäftigt weiterhin Wissenschaftler und Landwirte gleichermaßen.

Fällt Regen auf Ackerflächen, kann das Wasser Pestizide in nahe gelegene Bäche transportieren. Um dieses Risiko zu senken, empfehlen Fachleute häufig, entlang von Bachufern Streifen aus Gras und Sträuchern anzulegen. Diese Bereiche werden als Gewässerrandstreifen bezeichnet.

Eine neue Studie der Penn State zeigt jedoch, dass solche Streifen zwar in einigen Fällen helfen, aber nicht immer.

Uferbepflanzung verringert Belastungen

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

Wurzeln stabilisieren den Boden, während dichtes Gras fließendes Wasser abbremsen kann. Dadurch wird Erosion vermindert und es gelangt weniger Sediment in Gewässer.

Viele Landwirte setzen Gewässerrandstreifen als einfache, natürliche Maßnahme zum Schutz der Wasserqualität ein. Wissenschaftler hinterfragen jedoch weiterhin, wie wirksam diese Streifen unterschiedliche Pestizidarten aufhalten.

Das Einzugsgebiet in Pennsylvania

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

Der Bach verläuft durch ein Einzugsgebiet von 24 Quadratmeilen, das von Karstgeologie geprägt ist. Dort bilden leicht lösliche Gesteine Risse, Dolinen und verborgene unterirdische Kanäle. Durch diese unsichtbaren Wege kann sich Wasser rasch bewegen.

„In dieser Forschung wollten wir verstehen, ob bewachsene Pufferstreifen 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 Pufferstreifen Bäche vor Nährstoffen und Sedimenten schützen können, doch bei Pestiziden ist die Situation anders, weil sie sich je nach Art auf unterschiedliche Weise mit dem Wasser bewegen.“

Oberflächenwasser und Grundwasser

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

Pestizide können außerdem in den Boden einsickern und sich unterirdisch mit dem Grundwasser fortbewegen. In Karstlandschaften fließt Grundwasser schnell durch Risse und unterirdische Kanäle.

Wasser kann von unten in Bäche gelangen und den Gewässerrandstreifen vollständig umgehen. In solchen Fällen können Pflanzen am Ufer Verschmutzungen aus dem Untergrund nicht aufhalten.

Wasserproben auf Chemikalien untersucht

Während der Vegetationsperiode 2023 überwachte das Forschungsteam fünf verschiedene Stellen am Halfmoon Creek. Die Gruppe entnahm alle zwei Wochen Wasserproben.

Die Wissenschaftler prüften auf die beiden zur Unkrautbekämpfung eingesetzten Herbizide Atrazin und Simazin. Zusätzlich untersuchte das Team vier Insektizide, mit denen häufig Mais- und Sojasaatgut behandelt wird: Clothianidin, Imidacloprid, Thiacloprid und Thiamethoxam.

Indem die Forscher die Pestizidkonzentrationen ermittelten und mit den Abflussraten des Bachs verglichen, konnten sie 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 trat in 92 Prozent der Proben auf.

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

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

Gewässerrandstreifen erfassen unterirdische Verschmutzung nicht

Da Atrazin und Clothianidin vor allem mit Oberflächenwasser transportiert werden, können Gewässerrandstreifen 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. Simazin wurde überwiegend über das Grundwasser transportiert. Selbst bei niedrigem Bachabfluss gelangte Simazin über unterirdische Kanäle in den Bach.

In einer Karstlandschaft kann Grundwasser große Entfernungen zurücklegen und unterhalb des Gewässerrandstreifens in Bäche eintreten. In diesem Fall können die Streifen einen großen Teil der Verschmutzung nicht aufhalten.

Über eine einzelne Lösung hinausdenken

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

„Bevor wir entscheiden, wie sich Pestizidverschmutzung verringern lässt, müssen wir berücksichtigen, wie Pestizide tatsächlich durch die Landschaft gelangen, denn allein mit Pufferstreifen können wir die Pestizidverschmutzung nicht stark reduzieren, wenn die Pestizide unterirdisch hindurchgelangen.“

Die Studie verdeutlicht, 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 fortbewegt.