Agrochemikalien stellen ein globales Risiko für Fließgewässer auf rund 40% der Erdoberfläche dar. Da in die Untersuchung auch viele Gewässer in unbeeinflussten Gebieten wie Gebirgen und Wäldern einbezogen wurden, seien diese Chemikalien somit ein Problem für die überwiegende Mehrzahl an Gewässern in landwirtschaftlichen Gebieten.
Das geht aus der ersten modellierten Weltkarte zum Austrag von landwirtschaftlich genutzten Insektenvernichtungsmitteln in Gewässern hervor, die Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und der Universität Koblenz-Landau zusammen mit den Universitäten Mailand, Aarhus und Aachen jetzt im Fachjournal Environmental Pollution veröffentlicht haben. Ein besonderes Risiko besteht demnach für Gewässer im Mittelmeerraum, den USA, Mittelamerika und Südostasien.
Im Gegensatz zu anderen Chemikalien werden Pflanzenschutzmittel gezielt in der Umwelt freigesetzt, um Schädlinge und Unkräuter in der Landwirtschaft unter Kontrolle zu halten. Sie können sich daher negativ auf die Ökosysteme an Land und durch Abfluss mit dem Regenwasser auch in den Oberflächengewässern auswirken. Schätzungen zufolge werden weltweit jedes Jahr etwa 4 Mio. t an Pflanzenschutzmitteln in der Landwirtschaft ausgebracht. Das entspricht im Schnitt 0,27 kg pro Hektar der Landfläche der Erde. „Von früheren Untersuchungen wissen wir zum Beispiel, dass diese Pflanzenschutzmittel die Artenvielfalt von wirbellosen Tieren in Fließgewässern um bis zu 42% reduzieren können und dass durch den Klimawandel mit einem verstärkten Einsatz dieser Stoffe zu rechnen ist“, erklärt Prof. Dr. Matthias Liess vom UFZ, der kürzlich für fünf Jahre in den wissenschaftlichen Beirat "Nationaler Aktionsplan zur nachhaltigen Anwendung von Pflanzenschutzmitteln" berufen wurde und dort das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) berät. Auch in vielen Entwicklungsländern könne der Einsatz häufiger werden, wenn Landwirte zunehmend von einer traditionellen extensiven auf eine intensive Landwirtschaft umsteigen, so Liess weiter. Bisher war die globale Dimension der möglichen Gewässerbelastung durch den Einsatz von Insektenvernichtungsmitteln unklar.
Das internationale Forschungsteam hat daher ein globales Modell mit einem Raster von rund zehn Kilometern erstellt, in das u.a. Daten der Welternährungsorganisation FAO zur Landwirtschaft und der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA zur Landnutzung eingeflossen sind. Berücksichtigt wurden außerdem die Jahresdurchschnittstemperatur und der monatliche Maximalniederschlag für rund 77.000 Messstationen weltweit. Danach schätzten die Forscher das sogenannte Runoff Potenzial (RP) ab, also welche Menge an Insektiziden über Regenwasser von den Agrarböden in die Bäche und Flüsse abfließt. „Dabei spielt zum Beispiel die Intensität der Niederschläge, die Bodenbeschaffenheit oder die Geländeneigung genauso eine Rolle wie die Art der angebauten Feldfrüchte“, erläutert Juniorprofessor Dr. Ralf B. Schäfer von der Universität Koblenz-Landau. „Um die komplizierten Schätzungen zu überprüfen, haben wir deshalb Kontrollmessungen zur Insektizidbelastung in Gewässern vier verschiedener Regionen durchgeführt“.
Entstanden sind mehrere Weltkarten: Die Vulnerabilitätskarte berücksichtigt zunächst nur die geografische und klimatische Ausgangslage. Die Risikokarte dagegen zeigt, welche Risiken aus dieser natürlichen Verletzbarkeit durch die Landnutzung des Menschen entstehen. In Mitteleuropa stuften die Wissenschaftler das Risiko für Gewässer größtenteils als mittel bis hoch ein. Dort wie auf der Nordhemisphäre insgesamt zeigt sich ein deutlicher Nord-Süd-Gradient. „Das Risiko des Eintrags von Insektenvernichtungsmittel in Gewässer nimmt in Europa, Nordamerika und Asien nach Süden hin deutlich zu, weil dort mit höheren Durchschnittstemperaturen auch mehr Insektizide eingesetzt werden“, berichtet Dr. Mira Kattwinkel, die inzwischen am Schweizer Wasserforschungsinstitut Eawag forscht. Da in vielen Ländern der Südhemisphäre Wirtschaft und Bevölkerung stark wachsen, rechnen die Wissenschaftler damit, dass dort künftig mehr Insektizide eingesetzt werden, um mehr Lebensmittel zu produzieren. Die Karte könnte sich also in weiteren Teilen der Erde noch deutlich verfärben. Momentan sind vor allem Gewässer im Mittelmeerraum, den USA, Mittelamerika und Südostasien gefährdet.
In Südostasien sind beispielsweise die Philippinen oder auch Vietnam stark betroffen. Dort suchen UFZ-Forscher im Rahmen des Projektes LEGATO zusammen mit dem Internationalen Reisforschungsinstitut IRRI nach Lösungen, um den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zu verringern. Ein Ansatz dafür könnte beispielsweise die Revitalisierung von Ökosystemen sein, damit die natürlichen Gegenspieler von Reisschädlingen eine Massenvermehrung und damit massive Ernteverluste vermeiden.
„Unsere Analyse hat Hotspot-Regionen ermittelt, in denen Insektizide ein großes Risiko für die Artenvielfalt in den Gewässern darstellen. Unseres Wissens ist dies der erste Versuch, die Insektizidbelastung der Gewässer auf globaler Skala abzuschätzen“, fasst Prof. Dr. Matthias Liess die Bedeutung der neuen Studie zusammen. Mit der Weltkarte wollen die Forscher Bevölkerung und Behörden in den gefährdeten Regionen für dieses Problem sensibilisieren und lokale Untersuchungen anregen. Pufferzonen durch Gewässerrandstreifen können die Belastung beispielsweise deutlich reduzieren. Ein effizientes Umweltmanagement sollte künftig Behörden und Landwirte über die Kosten, Auswirkungen und Alternativen informieren. Denn letztlich entscheidet sich vor Ort, wie stark ein Gewässer unter der Nutzung von solchen Chemikalien leidet.