Einfluß von Vegetationsfilterstreifen auf den Austrag ausgewählter Herbizidwirkstoffe mit dem Oberflächen- und Zwischenabfluß in ackerbaulich genutzten Böden einer Mittelgebirgslandschaft

Abstract

Auf einem Ackerstandort in Velbert-Neviges mit einer Hangneigung von ca. 10 % wurde der Austrag von vier praxisüblich angewandten Herbizidwirkstoffen im Oberflächenabfluß untersucht. Zudem wurde der Einfluß von Vegetationsstreifen als Filter zwischen Acker und Vorfluter überprüft. Desweiteren erfolgte eine Erfassung des Stoffaustrags im Zwischenabfluß, da dieser Austragspfad aufgrund der erhöhten Infiltration in Filterstreifen an Bedeutung gewinnen kann. Während dreier Vegetationsperioden (1997 bis 1999) von Mais wurden jeweils im Mai die Wirkstoffe Metolachlor, Terbuthylazin und Pendimethalin appliziert sowie im Spätherbst 1997 Chlortoluron unter Winterweizen. Zur Untersuchung des Oberflächenabflusses nach natürlichen Niederschlägen dienten Messparzellen (40 x 3 m Ackerfläche) einer Variante ohne Filterstreifen sowie dreier Varianten mit verschieden breiten Ackerrand- (12 m) und Grasfilterstreifen (6 m, 12 m). Zusätzlich wurden auf separaten Kleinparzellen Feldberegnungen durchgeführt. Zwischenabfluß wurde in den Varianten ohne Filterstreifen und mit 12 m breiten Grasfilterstreifen erfaßt. Zudem erfolgten mehrfach Untersuchungen von Bodenproben aus verschiedenen Positionen entlang des Hanggefälles. <br /> Der Austrag der einzelnen Stoffe wurde in starkem Masse von ihrem Löslichkeits- und Adsorptionsverhalten bestimmt, wobei relevante Austragsmengen entweder in gelöster Form oder an das ausgetragene Sediment adsorbiert auftraten. Die durchschnittlichen Konzentrationen in der flüssigen Phase betrugen bei den einzelnen Abflußereignissen bis 0,721 mg/l (Metolachlor); im Feststoff wurden bis 4,977 mg/kg (Pendimethalin) festgestellt. Das Ausmaß des Wirkstoffaustrags mit dem Oberflächenabfluß wurde insbesondere durch den zeitlichen Abstand zur Applikation, die Niederschlagsverteilung und die Abflußintensität bestimmt. Unter Winterweizen war der Austrag von Chlortoluron vergleichsweise unbedeutend. Bei Mais traten dagegen z.T. sehr hohe Austragsmengen auf, die insbesondere durch einzelne Abflußereignisse kurz nach der Ausbringung geprägt wurden. So wurden nach einem einzelnem Starkregenereignis zwischen 0,51 und 0,84 % der Ausbringungsmengen der einzelnen Wirkstoffe ausgetragen. Im Durchschnitt aller drei Versuchsjahre betrug der Austrag unter Mais in der Parzellenvariante ohne Filterstreifen für die Wirkstoffe Metolachlor, Terbuthylazin und Pendimethalin zwischen 0,22 und 0,38 % der Applikationsmenge. <br /> Bei allen Varianten mit Filterstreifen wurden der Oberflächenabfluß und der Sedimentabtrag deutlich reduziert. Zudem wiesen die Oberflächenabflußsuspensionen der Filterstreifen im Vergleich zur Variante ohne Filterstreifen zumeist niedrigere Wirkstoffkonzentrationen und -gehalte auf. Die nach natürlichen Niederschlägen aufgetretenen Wirkstoffausträge wurden durch den 12 m breiten Ackerrandstreifen insgesamt um 56 bis 58 % vermindert; in den 6 und 12m breiten Grasfilterstreifen betrug die Retention 87 bis 94 % bzw. 96 bis 98 %. Bei den Feldberegnungen bestätigten sich diese Resultate. Die Ergebnisse zum Zwischenabfluß deuteten dabei nicht auf einen verstärkten Stoffaustrag hin. Auch wurden die in die Grasfilterstreifen eingetragenen Wirkstoffe weitestgehend abgebaut bzw. festgelegt. Zusammenfassend ist festzuhalten, daß Vegetationsfilterstreifen auch bei zum Teil erheblichen Austragsmengen einen deutlichen Schutz für Oberflächengewässer gewährleisten können. Die Wirksamkeit nahm dabei vom Ackerrandstreifen über den 6 m zum 12 m breiten Grasfilterstreifen zu. Somit kann die Anlage von Vegetationsfilterstreifen in Oberflächengewässernähe als sinnvolle Maßnahme empfohlen werden.

<strong>Effects of vegetative filter strips on the losses of selected herbicides with surface runoff and interflow in cultivated soils of highlands</strong><br /> The losses of four herbicides in surface runoff were investigated at an arable site (ca. 10 % slope) situated in Velbert-Neviges, North Rhine-Westphalia, Germany. The selected herbicides are used in agricultural practice on a regular base. Additionally, effects of vegetative strips as a filter between field and receiving water course were examined. Furthermore, herbicide losses in interflow were investigated as this path-way may become more important due to the increased infiltration in filter strips. During three growth seasons of corn (1997 to 1999) the herbicides Metolachlor, Terbuthylazin and Pendimethalin were applied in May. Additionally, Chlortoluron was applied in late autumn of 1997 on winter wheat. Field plots (40 x 3 m arable land) were used to examine surface runoff after natural precipitation; variants were: without filter strip, with a filter strip that was cultivated without herbicide application (cultivated strip, 12 m) and two grass filter strips of different width (6 m, 12 m). Additionally, rainfall simulations were carried out. Interflow was investigated in the variants without filter strip and with 12 m grass filter strip. Soil samples from different positions along the hill slope were examined several times.<br /> Transport of the single herbicides was strongly influenced by their solubility and sorption properties with relevant losses occurring either in solution or bound to the transported soil sediments. At the different runoff events, average concentrations in the aqueous phase reached 0.721 mg/l (Metolachlor); in the solids up to 4.977 mg/kg (Pendimethalin) were measured. In particular, the extent of herbicide losses was determined by the interval between application and runoff event, by the distribution of precipitation and by the runoff rate. Losses of Chlortoluron in winter wheat were negligible. High amounts of herbicide losses were observed in corn during single, heavy runoff events shortly after herbicide application. Accordingly, between 0.51 and 0.84 % of the applied herbicides were lost after a single rainstorm. Averaged over the study period of three years, losses in corn amounted to 0.22 and 0.38 % of the applied herbicides Metolachlor, Terbuthylazin, and Pendimethalin in the variant without filter strip. <br /> Surface runoff and soil losses were decidedly reduced in all variants with vegetative filter strips. Furthermore, herbicide concentrations in the runoff suspensions were mostly lower for the variants with filter strips than for the variant without filter strip. In all, losses after natural precipitation were reduced between 56 and 58 % in the cultivated strip variant; retention in the grass strip variants amounted to 87 to 94 % (6 m width) and 96 to 98 % (12 m width), respectively. These results were supported by the rainfall simulations. Regarding interflow, the findings did not indicate enhanced losses via this pathway. Furthermore, the herbicides that were transported into the filter strips were mostly degraded or bound there. In conclusion, vegetative filter strips can bring about a strong protection for surface waters even at losses of high amounts of herbicides. Effectiveness increased from the cultivated strips via the 6 m grass strip to the 12 m strip. Accordingly, the installation of vegetative filter strips near surface waters can be recommended.