• search hit 1 of 5
Back to Result List

Pesticide sources and landscape elements driving aquatic pesticide exposure and effects on macroinvertebrate communities

  • The adoption of the EU Water Framework Directive (WFD) in 2000 marked the beginning of a new era of European water policy. However, more than a decade later, the majority of European rivers are still failing to meet one of the main objectives of the WFD: the good ecological status. Pesticides are a major stressor for stream ecosystems. This PhD thesis emphasises the need for WFD managers to consider all main agricultural pesticide sources and influencing landscape parameters when setting up River Basin Management Plans and Programmes of Measures. The findings and recommendations of this thesis can help to successfully tackle the risk of pesticide contamination to achieve the WFD objectives. A total of 663 sites that were situated in the German Federal States of Saxony, Saxony-Anhalt, Thuringia and Hesse were studied (Chapter 3 and 4). In addition to an analysis of the macroinvertebrate data of the governmental WFD monitoring network, a detailed GIS analysis of the main agricultural pesticide sources (arable land and garden allotments as well as wastewater treatment plants (WWTPs)) and landscape elements (riparian buffer strips and forested upstream reaches) was conducted. Based on the results, a screening approach was developed that allows an initial rapid and cost-effective identification of those sites that are potentially affected by pesticide contamination. By using the trait-based bioindicator SPEARpesticides, the insecticidal long-term effects of the WWTP effluents on the structure of the macroinvertebrate community were identified up to at least 1.5 km downstream (in some cases even 3 km) of the WWTPs. The results of the German Saprobic Index revealed that the WWTPs can still be important sources of oxygen-depleting substances. Furthermore, the results indicate that forested upstream reaches and riparian buffer strips at least 5 m in width can be appropriate measures in mitigating the effects and exposure of pesticides. There are concerns that the future expansion of energy crop cultivation will lead to an increased pesticide contamination of ecosystems in agricultural landscapes. Therefore, the potential of energy crops for pesticide contamination was examined based on an analysis of the development of energy crop cultivation in Germany and a literature search on perennial energy crops (Chapter 5). The results indicate that the future large-scale expansion of energy crop cultivation will not necessarily cause an increase or decrease in the amounts of pesticides that are released into the environment. The potential effects will depend on the future design of the agricultural systems. Instead of creating energy monocultures, annual energy crops should be integrated into the existing food production systems. Financial incentives and further education are needed to encourage the use of sustainable crop rotations, innovative cropping systems and perennial energy crops, which may contribute to crop diversity and generate lower pesticide demands than do intensive farming systems.
  • Die Verabschiedung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) in 2000 markierte den Beginn einer neuen Ära in der europäischen Wasserpolitik. Mehr als ein Jahrzehnt später, verfehlt jedoch weiterhin die Mehrheit der europäischen Flüsse den guten ökologischen Zustand, eines der wichtigsten WRRL-Ziele. Ein bedeutender Belastungsfaktor für Fließgewässerökosysteme sind Pflanzenschutzmittel (PSM). Die vorliegende Doktorarbeit unterstreicht die Notwendigkeit, alle wichtigen land-wirtschaftlichen PSM-Quellen und beeinflussenden Landschaftsfaktoren bei der Erstellung von WRRL-Bewirtschaftungsplänen und Maßnahmenprogrammen zu berücksichtigen. Die Ergebnisse und Empfehlungen dieser Doktorarbeit verbessern das Verständnis für eine zielgerichtete Bekämpfung von PSM-Belastungen zur Erreichung der WRRL-Ziele. Insgesamt wurden 663 Messstellen in den Bundesländern Sachsen, Sachsen-Anhalt, Thüringen und Hessen untersucht (Kapitel 3 und 4). Neben einer Analyse der Makrozoobenthos-Daten aus dem WRRL-Monitoringnetz, erfolgte eine detaillierte GIS-Analyse der wichtigsten landwirtschaftlichen PSM-Quellen (Ackerland, Kleingärten sowie kommunale Abwasserreinigungsanlagen) sowie Landschaftsfaktoren (Gewässerrandstreifen und bewaldete Abschnitte im Oberlauf). Basierend auf den Ergebnissen wurde eine Screening-Methode zur schnellen und kostengünstigen Identifizierung von potenziell mit PSM belasteten Stellen entwickelt. Mit Hilfe des Bioindikators SPEARpesticides konnten insektizide Langzeitwirkungen der Abwässer von Abwasserreinigungsanlagen auf die Struktur der Makrozoobenthos-Gemeinschaft bis in 1,5 km Entfernung flussabwärts (in einigen Fällen sogar 3 km) aufgezeigt werden. Die Ergebnisse für den Deutschen Saprobienindex zeigen zudem, dass Abwasserreinigungsanlagen weiterhin eine bedeutende Quelle für sauerstoffzehrende Substanzen sind. Als geeignete Maßnahmen zur Verminderung der Belastung und der Auswirkungen von PSM wurden Gewässerrandstreifen (mindestens 5 m breit) und bewaldete Oberläufe identifiziert. Es wird befürchtet, dass die zukünftige Ausdehnung des Energiepflanzenanbaus zu einem Anstieg der diffusen PSM-Belastung von Ökosystemen in Agrarlandschaften führen könnte. Diese Fragestellung wurde im Rahmen der vorliegenden Doktorarbeit basierend auf einer Analyse der Entwicklung des Energiepflanzenanbaus in Deutschland und anhand einer Literaturrecherche zu mehrjährigen Energiepflanzen untersucht (Kapitel 5). Die Ergebnisse zeigen, dass eine großflächige Ausdehnung des Energiepflanzenanbaus nicht unbedingt zu einer Erhöhung oder Verringerung der Menge an PSM, die in die Umwelt gelangen, führen muss. Die potenziellen Auswirkungen hängen vielmehr von der zukünftigen Ausgestaltung der Agrarsysteme ab. Anstelle des Anbaus von einjährigen Energiepflanzen in Monokulturen, sollten diese in die bereits vorhandenen Nahrungsmittelanbausysteme integriert werden. Zudem könnten finanzielle Anreize sowie eine verstärkte Aus- und Fortbildung der Bauern dazu beitragen, die Nutzung von nachhaltigen Fruchtfolgen, innovativen Anbausystemen und mehrjährigen Energiepflanzen zu erhöhen. Dies würde die Vielfalt der Feldfrüchte erhöhen und könnte helfen, den PSM-Bedarf der bisherigen intensiven Nahrungsmittelanbausysteme zu verringern.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author:Katja Bunzel
URN:urn:nbn:de:hbz:lan1-10314
Referee:Ralf Schäfer, Mira Kattwinkel
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of completion:2014/09/02
Date of publication:2014/09/02
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Landau, Universitätsbibliothek
Date of final exam:2014/07/25
Release Date:2014/09/02
Tag:Spear; Wastewater treatment plants; macroinvertebrates; mitigation measures; monitoring; organic pollution; pesticides; point source; runoff
GND Keyword:Pestizid; Ökosystem; Überwachung
Number of pages:107 Seiten
Institutes:Fachbereich 7 / Fachbereich 7
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 50 Naturwissenschaften / 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG