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Bewertung des Risikos für Bodenorganismen unter realen Bedingungen
(Umweltbundesamt, 2020) Toschki, Andreas; Hammers-Wirtz, Monika; Poßberg, Claudia; Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung; Deutschland. Umweltbundesamt; Pieper, Silvia
Zur Erfassung der Effekte von Pflanzenschutzmitteln (PPP) auf Bodenorganismen ist eine korrekte Berechnung der initialen Konzentration (PECsoil) von wesentlicher Bedeutung. Die PECsoil ist abhängig von der räumlichen und zeitlichen Verteilung der PPP, die durch physikochemische (Kow, Wasserlöslichkeit, Abbaubarkeit) und Bodenkennwerte (pH-Wert, organischer Gehalt, Bodenart etc.) mitbestimmt werden. Die potentiellen Effekte auf Bodenorganismen werden zudem durch räumliche und zeitliche Verteilung der Bodentiere als auch durch ihre spezifische Sensitivität gegenüber der Chemikalie bestimmt. Eine neue Herangehensweise zur Bestimmung von relevanten Umwelt-Konzentrationen in Abhängigkeit von der bevorzugten Aufenthaltstiefe der Organsimen wird zur Zeit diskutiert. Zu Überprüfung dieser Herangehensweise wurden zwei Outdoor Terrestrische Mesokosmos Studien (TME) durchgeführt, um das Verhalten der Pestizide im Boden über die Zeit zu untersuchen und gleichzeitig die Exposition und die Effekte auf Bodenorganismen zu messen. Zudem wurde eine Indoor TME-Studie unter Verwendung radioaktiv markierter Substanzen durchgeführt, um den Gehalt an nicht-extrahierbaren Rückständen zu ermitteln. Für die Studie [1] (outdoor) und [2] (indoor) wurden die beiden Insektizide Lindan (log Kow > 3) und Imidacloprid (log Kow < 1) mit unterschiedlichen physiko-chemischen Eigenschaften eingesetzt. Für die Studie [2] wurden die gleichen Stoffe mit radioaktiver Markierung verwendet. In Studie [3] (outdoor) wurde das Pestizid Carbendazim verwendet, welches bei bestimmten Konzentrationen regenwurmtoxisch ist. Die Ermittlung der statistischen Signifikanz der Effekte erfolgte mit Hilfe unterschiedlicher univariater und multivariater statistischer Methoden. Aus der gemeinsamen und zusammenführenden Betrachtung der gesamten Ergebnisse werden Handlungsempfehlungen für die Risikobewertung von Bodenorganismen abgeleitet. Quelle: Forschungsbericht
Evaluation of the risk for soil organisms under real conditions
(Umweltbundesamt, 2020) Toschki, Andreas; Hammers-Wirtz, Monika; Poßberg, Claudia; Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung; Deutschland. Umweltbundesamt; Pieper, Silvia
In assessing the effects of plant protection products (PPP) on organisms in soil it is crucial to predict accurately the environmental concentration (PECsoil) which organisms are exposed to. The PECsoil is depending on the spatial and temporal distribution of the PPP, arising from characteristics of the chemical (e.g. Kow, water solubility, degradability) and from soil parameters (e.g. pH value, TOC, texture). The potential effects of PPP on soil organisms depend -besides the concentration of the chemical in the soil matrix- on the spatial and temporal distribution of the animals, i.e., their exposure as well as their specific sensitivity to the chemical. A new approach for deriving environmental concentrations in soil is currently under discussion, taking the preferred soil depth of the organisms into account. We conducted two different outdoor studies in Terrestrial Model Ecosystems (TMEs) to monitor (1) the movement of pesticides in soil over time and (2) the exposure and effects on soil organisms during the same time. Additionally, an indoor TME study was conducted to measure the fate of the radiolabelled pesticides and the formation of non-extractable resi-dues in soil. In study [1] (outdoor) and [2] (indoor) Lindane (log Kow > 3) and Imidacloprid (log Kow < 1) were applied, two pesticides with different physico-chemical properties. In study [3] (outdoor), we investigated the effects of Carbendazim, a pesticide which is known as to be toxic for earthworms at certain concentrations. The effect analysis was conducted by means of different multivariate and univariate statistical methods. The synergistic conclusions based on the project results are proposed as recommendations for risk assessment concerning exposure and risk of soil organisms exposed to PPP under realistic conditions. Quelle: Forschungsbericht
Evaluation of the risk for soil organisms under real conditions
(Umweltbundesamt, 2020) Toschki, Andreas; Hammers-Wirtz, Monika; Poßberg, Claudia; Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung; Deutschland. Umweltbundesamt; Pieper, Silvia
Zur Erfassung der Effekte von Pflanzenschutzmitteln (PPP) auf Bodenorganismen ist eine korrekte Berechnung der initialen Konzentration (PECsoil) von wesentlicher Bedeutung. Die PECsoil ist abhängig von der räumlichen und zeitlichen Verteilung der PPP, die durch physikochemische (Kow, Wasserlöslichkeit, Abbaubarkeit) und Bodenkennwerte (pH-Wert, organischer Gehalt, Bodenart etc.) mitbestimmt werden. Die potentiellen Effekte auf Bodenorganismen werden zudem durch räumliche und zeitliche Verteilung der Bodentiere als auch durch ihre spezifische Sensitivität gegenüber der Chemikalie bestimmt. Eine neue Herangehensweise zur Bestimmung von relevanten Umwelt-Konzentrationen in Abhängigkeit von der bevorzugten Aufenthaltstiefe der Organsimen wird zur Zeit diskutiert. Zu Überprüfung dieser Herangehensweise wurden zwei Outdoor Terrestrische Mesokosmos Studien (TME) durchgeführt, um das Verhalten der Pestizide im Boden über die Zeit zu untersuchen und gleichzeitig die Exposition und die Effekte auf Bodenorganismen zu messen. Zudem wurde eine Indoor TME-Studie unter Verwendung radioaktiv markierter Substanzen durchgeführt, um den Gehalt an nicht-extrahierbaren Rückständen zu ermitteln. Für die Studie [1] (outdoor) und [2] (indoor) wurden die beiden Insektizide Lindan (log Kow>3) und Imidacloprid (log Kow<1) mit unterschiedlichen physiko-chemischen Eigenschaften eingesetzt. Für die Studie [2] wurden die gleichen Stoffe mit radioaktiver Markierung verwendet. In Studie [3] (outdoor) wurde das Pestizid Carbendazim verwendet, welches bei bestimmten Konzentrationen regenwurmtoxisch ist. Die Ermittlung der statistischen Signifikanz der Effekte erfolgte mit Hilfe unterschiedlicher univariater und multivariater statistischer Methoden. Aus der gemeinsamen und zusammenführenden Betrachtung der gesamten Ergebnisse werden Handlungsempfehlungen für die Risikobewertung von Bodenorganismen abgeleitet. Quelle: Forschungsbericht
Evaluation of the risk for soil organisms under real conditions
(Umweltbundesamt, 2020) Toschki, Andreas; Hammers-Wirtz, Monika; Poßberg, Claudia; Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung; Pieper, Silvia
Plant protection products (PPP) can only be authorized if they have no unacceptable effects on the environment. Aim of the project was to investigate whether the ecology and behavior of soil organisms should be considered in PPP risk assessment. The possible spatial and temporal relationship between the preferred soil layer, the distribution of PPP and the ecotoxicological effects were studied in Terrestrial Model Ecosystems (TME). The results indicate that also soil organism living deeper in soils are affected by the concentrations detected in the uppermost soil centimeters. The implications for the development of terrestrial risk assessment guidance are discussed in the report.
Integriertes Monitoring in der Agrarlandschaft - Erfassung der ökologischen Auswirkungen des chemischen Pflanzenschutzes
(Umweltbundesamt, 2021) Toschki, Andreas; Oellers, Johanna; Rumohr, Quintana; Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung; RWTH Aachen. Institut für Umweltforschung; Deutschland. Umweltbundesamt; Egerer, Sina Elisabeth; Frische, Tobias; Wengerodt, Christoph
Der alarmierende Rückgang der ⁠Biodiversität⁠, insbesondere in der Agrarlandschaft, lässt Zweifel aufkommen, ob die derzeitige prospektive Risikoabschätzungs- und Registrierungspraxis von Pflanzenschutzmitteln (PSM), die zu Pflanzenschutzzwecken eingesetzt werden, den gesetzlich vorgesehenen Schutz der Biodiversität gewährleistet. Als Hauptgrund dafür wird die allgemeine Intensivierung der Landwirtschaft genannt, die aus einem Komplex verschiedener Einflussfaktoren (z. B. Düngemitteleinsatz, Monokulturen) besteht. Ein wichtiger Faktor ist dabei der derzeitige Einsatz von PSM, die nachweislich negative Auswirkungen auf die Lebensgemeinschaften in landwirtschaftlichen Regionen haben. Die Auswirkungen der PSM auf die Biodiversität sind sowohl direkt als auch indirekt. Neben den direkten toxischen Wirkungen auf so genannte Nicht-Zielorganismen entstehen indirekte Effekte z. B. durch die Veränderung des durch ⁠Herbizide⁠ verursachten Konkurrenzverhältnisses zwischen Gräsern und Blütenpflanzen in der Vegetation als wichtige Primärproduzenten in der Nahrungskette. Folglich können die Wirkungen des chemischen Pflanzenschutzes in ihrer Gesamtheit nur durch retrospektive Ökosystembetrachtungen, d.h. durch Monitoringansätze, nachgewiesen werden. Da die Gemeinschaften im Freiland neben den bereits erwähnten PSM mit einem Komplex von verschiedenen Stressoren konfrontiert sind, müssen diese Stressoren in einem retrospektiven Ansatz ebenfalls berücksichtigt werden. Wir stellen hier das Konzept eines neuen, integrierten Monitoringansatzes vor, auf dessen Grundlage die ökologischen Auswirkungen des PSM-Einsatzes in der Agrarlandschaft Deutschlands untersucht und bewertet werden sollen. Dabei sollen Synergien genutzt werden, indem das ⁠Monitoring⁠ auf den etablierten, bundesweiten repräsentativen Stichprobenflächen durchgeführt und in die bestehenden Monitoringaktivitäten (z. B. Monitoring häufiger Brutvögel) integriert wird. Der geplante modulare Aufbau, d. h. die schrittweise Umsetzung einzelner Monitoring-Einheiten (Ermittlung stofflicher Belastung bzw. die Untersuchung verschiedener taxonomischer Gruppen) werden aufgezeigt.
Integriertes Monitoring in der Agrarlandschaft - Erfassung der ökologischen Auswirkungen des chemischen Pflanzenschutzes
(Umweltbundesamt, 2021) Toschki, Andreas; Oellers, Johanna; Rumohr, Quintana; Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung; RWTH Aachen. Institut für Umweltforschung; Deutschland. Umweltbundesamt; Egerer, Sina Elisabeth; Frische, Tobias; Wengerodt, Christoph
Der alarmierende Rückgang der Biodiversität, insbesondere in der Agrarlandschaft, lässt Zweifel aufkommen, ob die derzeitige prospektive Risikoabschätzungs- und Registrierungspraxis von Pflanzenschutzmitteln (PSM), die zu Pflanzenschutzzwecken eingesetzt werden, den gesetzlich vorgesehenen Schutz der Biodiversität gewährleistet. Als Hauptgrund dafür wird die allgemeine Intensivierung der Landwirtschaft genannt, die aus einem Komplex verschiedener Einflussfaktoren (z. B. Düngemitteleinsatz, Monokulturen) besteht. Ein wichtiger Faktor ist dabei der derzeitige Einsatz von PSM, die nachweislich negative Auswirkungen auf die Lebensgemeinschaften in landwirtschaftlichen Regionen haben. Die Auswirkungen der PSM auf die Biodiversität sind sowohl direkt als auch indirekt. Neben den direkten toxischen Wirkungen auf so genannte Nicht-Zielorganismen entstehen indirekte Effekte z. B. durch die Veränderung des durch Herbizide verursachten Konkurrenzverhältnisses zwischen Gräsern und Blütenpflanzen in der Vegetation. Folglich können die Wirkungen des chemischen Pflanzenschutzes in ihrer Gesamtheit nur durch retrospektive Ökosystembetrachtungen, d.h. durch Monitoringansätze, nachgewiesen werden. Da die Gemeinschaften im Freiland neben den bereits erwähnten PSM mit einem Komplex von verschiedenen Stressoren konfrontiert sind, müssen diese Stressoren in einem neuen retrospektiven Ansatz ebenfalls berücksichtigt werden. Wir stellen hier das Konzept eines neuen, integrierten Monitoringansatzes vor, auf dessen Grundlage die ökologischen Auswirkungen des PSM-Einsatzes in der Agrarlandschaft Deutschlands untersucht und bewertet werden sollen. Dabei sollen Synergien genutzt werden, indem das Monitoring in einem etablierten, bundesweiten ökologischen Flächenstichprobennetz durchgeführt und in die bestehenden Monitoringaktivitäten (z. B. Monitoring häufiger Brutvögel) integriert wird. Der geplante modulare Aufbau, d. h. die schrittweise Umsetzung einzelner Monitoring-Einheiten (analytische Endpunkte sowie Biodiversität bzw. die Untersuchung verschiedener taxonomischer Gruppen) werden aufgezeigt. Quelle: Forschungsbericht
Konzeption und Umsetzung eines Klimafolgen-Bodenmonitoring-Verbunds für Bodenbiologie und organische Bodensubstanz
(Umweltbundesamt, 2022) Kaufmann-Boll, Carolin; Kern, Maike; Kastler, Michael; Mathews, Jeannette; ahu GmbH (Aachen); Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung; Forschungsinstitut für Biologischen Landbau; Deutschland. Umweltbundesamt
Der Schutz des Bodens ist im Bundes-Bodenschutzgesetz gesetzlich verankert. Im Sinne dieses Gesetzes sind Funktionen des Bodens zu schützen und wiederherzustellen, schädliche Bodenveränderungen abzuwehren und Vorsorge gegen nachteilige Bodeneinwirkungen zu treffen. Im übertragenen Sinn gilt dies auch für die Auswirkungen des Klimawandels auf den Boden und damit auf seine Funktionen im Naturhaushalt. Die Handlungsebenen im Klimaschutzplan 2050 und in der Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel erfordern bundesweite, qualitätsgesicherte und hochaufgelöste Bodeninformationen für Aussagen über die Betroffenheit der Böden und ihre Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Vor diesem Hintergrund streben das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit und das Umweltbundesamt die Einrichtung eines Klimafolgen-Bodenmonitoring-Verbunds in Deutschland an. Durch eine Vernetzung und verstärkte Zusammenarbeit können die Aussagen zum Bodenzustand und zu seinen Veränderungen auf Bundesebene wesentlich verbessert und auf eine solide Datenbasis gestellt werden. In diesem und in einem Vorgängerprojekt wurden die Grundlagen für die Umsetzung dieses Verbunds erarbeitet. Der Verbund versteht sich dabei als ein Netzwerk der Daten erhebenden Stellen. Er baut auf den in Deutschland eingerichteten, langfristig untersuchten Messstandorten auf, deren Weiterbetrieb nach aktuellem Stand gesichert ist. Zugleich ist er für die Aufnahme neu eingerichteter Standorte offen. Messdaten sollen dabei in der Hand der Daten erhebenden Stellen bleiben. Im Fokus stehen die Themen Bodenbiologie, organische Substanz, Bodenwasserhaushalt und Bodenerosion. Die Betreiber aller bundesweit betriebenen, bodenbezogenen Messprogramme und -aktivitäten haben Interesse bekundet, ihre Standorte und deren Messergebnisse für Zwecke der Klimafolgenbetrachtung zur Verfügung zu stellen und sich in einem Verbund zusammenzuschließen. Rund 9.000 Messstandorte aus 16 Programmen wurden bisher für die Teilnahme am Messnetzverbund gemeldet. Im Rahmen der Projektbearbeitung erfolgte erstmals eine übergreifende Prüfung und Bewertung dieser Mess- und Erhebungsaktivitäten auf ihre Eignung für die Zwecke des Klimafolgen-Bodenmonitorings. Grundlage der Bewertung bildeten Angaben der Daten erhebenden Stellen zu den standortbezogenen Messmethoden und -konzepten. Das Startkonzept für die Vorbereitungs- und die erste Betriebsphase umfasst zum einen fachliche Anforderungen an die Verbundstandorte für die vier oben genannten Themen in Form von definierten Qualitätskriterien (Mindestparametersätzen), Ziel- und Begleitgrößen sowie methodische Ansätze für Datenauswertungen. Darüber hinaus liegen Empfehlungen für die zur Umset-zung erforderlichen Organisationsstrukturen und Werkzeuge vor. Weiterhin werden Anpassungs- und Ergänzungsmaßnahmen vorgeschlagen, um Defizite hinsichtlich des Messumfangs und der Vergleichbarkeit der Mess- und Erhebungsaktivitäten zu reduzieren. Quelle: Forschungsbericht
PROSOIL - Protection of soil organisms: Development of toxicity criteria for soil organisms in the framework of classification of substances and PBT assessment
(Umweltbundesamt, 2022) Scholz-Starke, Björn; Stibany, Felix; Hammers-Wirtz, Monika; darwin statistics; Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung; Deutschland. Umweltbundesamt; Hassold, Enken; Ziegler, Korinna
Die gefahrenbasierten Klassifizierungssysteme für Chemikalien, wie das Globale Harmonisierte System (GHS) sowie die europäische Verordnung zur Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung (CLP), basieren derzeit in Bezug auf Umweltgefahren nur auf Kriterien für die aquatische Toxizität. Es gibt keine rechtlichen Anforderungen oder Kriterien für die Verwendung von Toxizitätsdaten für Bodenorganismen in diesem Zusammenhang, obwohl Daten zur Bodentoxizität aus vielen Regulierungsbereichen (wie z.B. Pflanzenschutzmittel, Arzneimittel, Biozide oder REACH-Chemikalien) verfügbar sind. Es wurde bisher davon ausgegangen, dass die Kriterien für Wasserorganismen konservativ genug sind, um über die Gefahren für terrestrische (und Boden-) Kompartimente im Rahmen der CLP-Verordnung zu informieren und einen ausreichenden Schutz der dort lebenden Organismen zu gewährleisten. Exposition, Aufnahme und Toxizität von Chemikalien gegenüber terrestrischen und aquatischen Standardtestorganismen und -systemen ist jedoch sehr unterschiedlich. Im Rahmen des PROSOIL-Projekts wurde eine umfassende harmonisierte Datenbank mit Ökotoxizitätsdaten für verschiedene Bodenorganismen aus vier internationalen Datenbanken erstellt (zum ersten Mal in einer derart umfassenden Form), um Toxizitätsschwellenwerte für terrestrische Organismen, klassifiziert in fünf Kriterien-Gruppen, abzuleiten. Basierend auf der Bodenökotoxizitätsdatenbank prosoildat wurden Boden-Toxizitätskriterien abgeleitet, betroffene Substanzen identifiziert und in Kandidatenlisten zusammengefasst. Nach umfangreichen Datenverarbeitungsschritten zur Harmonisierung, Standardisierung und Qualitätssicherung erfolgten weitere Analysen für fünf definierte kohärente Kriterien-Gruppen, auf Grundlage von u.a. Testarten und Testexpositionsdauern (Pflanzen akut, Pflanzen chronisch, Bodenmakroorganismen akut, Bodenmakroorganismen chronisch, Bodenmikroorganismen chronisch). Nach Anwendung strenger Qualitätskriterien auf die Daten standen 125.000 Datensätze in der PROSOIL-Datenbank für Analysen zur Verfügung, die 3.700 Substanzen und 2.700 Testarten abdecken. Die Toxizitätsschwellenwerte wurden mit Hilfe von drei verschiedenen statistischen Methoden (geometrisches Mittel / Quantil / Nullhypothesen-Signifikanztest) ermittelt. Die Chemikalien, deren Effektwert unter die festgelegten Schwellenwerte fiel, wurden als sehr toxisch ("very toxic"), toxisch ("toxic") und gefährlich ("harmful") für die terrestrische Umwelt eingestuft. Mit der Anwendung dieser Schwellenwerte auf die Daten in der PROSOIL-Datenbank wurden Listen von Kandidatenstoffen für jede der fünf Gruppen erstellt. Die Stoffe der Kandidatenlisten wurden abschließend mit den entsprechenden aquatischen Einstufungen verglichen, die im europäischen CLP-Inventar festgelegt sind. Das wichtigste Ergebnis dieser Analyse war, dass ein erheblicher Teil der untersuchten Stoffe eine Einstufung gemäß der angewendeten PROSOIL Kriterien erhielt, aber nicht von der bestehenden aquatischen Klassifizierung unter CLP abgedeckt war. Folglich werden die Umweltgefahren von Chemikalien auf der Grundlage des bestehenden Klassifizierungssystems für Wasserorganismen bei Weitem unterschätzt. Quelle: Forschungsbericht