Växtskyddsmedlens spridningsvägar i miljön

Med vindavdrift och avdunstning kan växtskyddsmedel transporteras iväg i luften för att sedan följa med regnet tillbaka till mark eller vatten.

Vindavdrift

En del av de växtskyddsmedel som sprids över en åker blåser iväg med vinden. Mätningar har visat att mellan 1 och 5 procent av det som sprids vanligen försvinner genom vindavdrift. Den enskilt mest betydelsefulla faktorn är vindhastigheten vid spridningstillfället. En ökning i vindhastigheten med någon sekundmeter kan fördubbla mängden växtskyddsmedel som förs bort med vinden. Växtskyddsmedlet riskerar då att ge direkta skador på omgivningens växt- eller djurliv eller att spridas vidare i miljön.

Avdunstning

Från mark och gröda kan en del av växtskyddsmedlet avdunsta till luften. Mätningar visar att upp till 10 procent av det som sprids kan försvinna genom avdunstning.

Bild. Atmosfären innehåller spår av bekämpningsmedel.

Svenska undersökningar har visat att omkring 0,01-1 procent av den mängd växtskyddsmedel som används i ett område kan spridas till närliggande vattendrag via ytavrinning och utlakning.

Ytavrinning

Växtskyddsmedel kan följa med vatten som rinner av från fältets yta till närmaste dräneringsbrunn eller vattendrag. Vid ett kraftigt regn kan marken nära markytan eller hela markprofilen vattenmättas och regnvattnet rinner av på markytan och tar med sig lösta substanser så väl som substanser bundna till jordpartiklar (erosion). Ju längre tid det gått mellan bekämpningstillfället och ett kraftigt regn desto mindre är risken för att växtskyddsmedlet hamnar i bäckar och åar. Dessutom är risken för ytavrinning kopplad till vilken typ av jord det besprutade fältet består av. Struktursvaga mo- och mjälajordar har större risk för ytavrinning än lerjordar med stabil struktur eller genomsläppliga och grövre sandjordar. Ytavrinning kan lokalt ha stor betydelse för transporten av växtskyddsmedel till närliggande vatten men fenomenet är troligtvis begränsat till enstaka tillfällen med kraftig nederbörd och på platser där det finns särskild risk för ytavrinning. Ytavrinning sker ofta i samband med snösmältning när marken är frusen. Persistenta ämnen som sprutades under föregående växtsäsong kan då transporteras bort via ytavrinning. Det finns en rad olika motåtgärder som kan vara effektiva för att begränsa förlusterna via ytavrinning, bland annat gräsbevuxna skyddszoner. Internationell forskning visar att de lokala förutsättningarna i form av topografi, markegenskaper, brukningsmetoder och gröda är avgörande för vilken åtgärder som är mest lämpliga.

Utlakning

Det vatten som marken inte kan lagra vid regn eller bevattning transporteras nedåt i markprofilen och hamnar i dräneringsledningar eller går vidare ned i grundvattnet. Växtskyddsmedel som löst sig i markvätskan följer med i vattnets rörelse. Risken för utlakning är störst i jordar där vattnet lätt rinner igenom. Det gäller exempelvis sandjordar och sprickiga lerjordar.

Bild. Genom ytavrinning och utlakning via dräneringledningar kan växtskyddsmedel föras vidare ut i vattendragen. De kan via utlakning genom marken också hamna i grundvattnet.

Genom maskhål, sprickor och rotkanaler kan regnvatten snabbt transporteras ned i markprofilen och nå dräneringsledningar som går ut i angränsande diken eller åar samt grundvattnet. Fenomenet kallas makroporflöde och innebär att de eventuella växtskyddsmedel som följer med i vattnets rörelse nedåt ganska snabbt kan nå yt- eller grundvattnet utan att ha brutits ned kemiskt eller biologiskt. Störst risk för makroporflöden är det i "sprickiga" jordar, ofta leriga jordar som kan svälla och krympa men makroporflöden kan ske i de flesta jordar. 

Bild. Genom att färga vattenflödet går det att följa vattenrörelserna i marken. De rödfärgade stråken i jordprofilen visar detta jordavsnitts makroporer. Foto: Nick Jarvis, SLU.

Ett antal olika markegenskaper påverkar växtskyddsmedlens nedbrytning och rörlighet. Jordarnas sammansättning och egenskaper varierar beroende på geologiskt ursprung, läge i landskapet, klimatzon och de olika odlingsåtgärder eller markbehandling som görs. Risken för utlakning ökar avsevärt om exempelvis bindningen är svag på grund av att marken är mullfattig eller om nedbrytningen är långsam på grund av att den mikrobiella aktiviteten är låg. I jordar som har hög lerhalt och är humusrika är förutsättningarna oftast bättre för att bekämpningsmedel ska brytas ned snabbt. För ämnen som är syror eller baser påverkar markens surhetsgrad (pH) bekämpningsmedlets kemiska form och därmed hur starkt ämnet binds vilket är avgörande för ämnets rörlighet. Markens pH kan även påverka nedbrytningen av bekämpningsmedel.

Livslängd och biologisk tillgänglighet

Markens egenskaper påverkar också hur länge växtskyddsmedel kan finnas kvar i marken utan att brytas ned, deras så kallade livslängd eller persistens. Marken är en komplex och olikartad miljö vilket starkt påverkar markvätskor, lösta ämnen, gaser och mikroorganismer. Mineralpartiklar och organiskt material utgör markens fasta material medan markvattnet och markluft finns i markens porer mellan de fasta partiklarna. Marken påverkas kontinuerligt genom temperaturväxlingar, vittring, levande organismer, vattengenomströmning och ämnen som tillförs från atmosfären.

Hur länge ett växtskyddsmedel blir kvar i marken utan att brytas ned beror till stor del på hur tillgängliga de är för nedbrytning av mikroorganismer. I de allra minsta jordhåligheterna, de som är mindre än en tiondels mikrometer, kan växtskyddsmedel finnas kvar en längre tid. Det beror på att mikroorganismerna helt enkelt är för stora för att komma in i dessa små porer. Växtskyddsmedlet är därför fysiskt skyddat mot nedbrytning. Det är främst leriga jordar som har en stor andel av sådana små, oåtkomliga håligheter.

Bild. I porer som är så små att mikroorganismerna (gröna i bilder) inte kan nå dem kan växtskyddsmedel finnas kvar en längre tid. Den övre bilden visar fördelningen av växtskyddsmedel (röda prickar) efter sprutning. Den undre bilden visar fördelningen av växtskyddsmedel efter mikrobiell nedbrytning. Bilder ur: Bergström & Stenström, 1998. Environmental Fate of Chemicals in Soil. Ambio Vol. 27 No 1.

På vilket sätt och hur snabbt bryts substanserna ned? Risken för anrikning och spridning i miljön minskar ju snabbare ett växtskyddsmedel bryts ned. Nedbrytning av växtskyddsmedel kan ske i växten, luften, marken och vattnet på huvudsakligen tre olika sätt.

• Fotokemisk nedbrytning: solens ultravioletta strålar bryter kemiska bindningar. I regel blir nedbrytningen inte fullständig utan leder till att nedbrytningsprodukter bildas.
• Kemisk nedbrytning: sker främst i markvattnet och påverkas i stor utsträckning av markvattnets surhetsgrad (pH)
• Biologisk nedbrytning: är den vanligaste formen av nedbrytning av bekämpningsmedel i naturen. Sker i växterna, i marken och i vattendragen. Det är mikroorganismer som bakterier och svampar som med hjälp av sina enzymer står för en stor del av nedbrytningen.

Så sker biologisk nedbrytning

Metabolisk nedbrytning

Nedbrytningen sker både i organismerna och utanför. En del mikroorganismer kan anpassa sig till att utnyttja vissa växtskyddsmedel som energikälla (metabolisk nedbrytning) för egen tillväxt. Det har till exempel visats för växtskyddsmedlet MCPA, som är en fenoxisyra. Då går det snabbare att bryta ned växtskyddsmedlet året efter den första besprutningen, dvs. ämnet blir mindre långlivat. Denna anpassning hos mikroorganismerna kan kvarstå länge även om ett fält inte längre besprutas. Exempelvis har fältförsök visat att anpassningen till MCPA som energikälla fortfarande var mätbart efter fem år.

Co-metabolisk nedbrytning

Nedbrytningen kan också ske genom att bland annat mikroorganismer och växtrötter utsöndrar nedbrytande enzymer (så kallad co-metabolisk nedbrytning) till den omgivande marken. Dessa enzymer bildas egentligen för att utnyttja något annat energisubstrat men kommer samtidigt att bidra till nedbrytningen av växtskyddsmedel. Denna typ av nedbrytning leder inte till särskilda anpassningar hos markorganismerna och därför går inte heller nedbrytningen snabbare vid återupprepad applicering av växtskyddsmedlet. Den här typen av nedbrytning är troligen den vanligaste, även i sediment. Hastigheten i nedbrytningen hänger samman med tillgången på energisubstrat i jorden/sedimentet. Allmän biologisk aktivitet i en jord (produktion av koldioxid per dygn) är ett grovt mått på en jords förmåga att co-metaboliskt omsätta växtskyddsmedel.

Vissa mikroorganismer påverkar också jordens pH genom sin metabolism. Exempelvis ger nedbrytning av organiskt kväve till nitrat en pH-sänkning i jorden. Sådana pH-förändringar påverkar i sin tur växtskyddsmedlens persistens, det vill säga livslängd i jorden.

Kemiska ämnen som växtrötter och mikroorganismer utsöndrar kan också påverka nedbrytningen av växtskyddsmedel. Det kan till exempel vara signalsubstanser som påverkar andra organismer för att motverka eller stimulera dem.

Bekämpningsmedlens egenskaper påverkar risken för oönskad spridning i miljön. Substansernas flyktighet (ångtryck), påverkar hur mycket av ett växtskyddsmedel som avdunstar till atmosfären vid och efter bekämpningstillfället. Det påverkar i sin tur risken för att ett ämne ska få en långväga spridning. Vattenlöslighet och adsorptionsförmåga (förmåga att binda till markpartiklar, främst humus och ler) påverkar i hög grad risken för att substanserna ska hamna i grund- eller ytvatten. Hög vattenlöslighet ökar risken genom att substanserna följer med markvattnets rörelser nedåt till grundvatten och dräneringsrör. En hög adsorptionsförmåga gör däremot att ämnena inte så lätt följer med vattnet men vid förhållanden som ger erosion och ytavrinning kan de lätt hamna i vattendragen. Ett medels persistens (medlets varaktighet) avgör hur länge ett bekämpningsmedel finns kvar i miljön utan att brytas ned. Störst risk att spridas har de medel som både har låg adsorptionsförmåga (binder dåligt till marken) och bryts ned långsamt.

Vid bedömning av risken för att ett växtskyddsmedel ska hamna i yt- eller grundvatten finns riskbedömningsverktyg,  bland annat framtagna vid SLU, till hjälp.