home news forum careers events suppliers solutions markets expos directories catalogs resources advertise contacts
 
News Page

The news
and
beyond the news
Index of news sources
All Africa Asia/Pacific Europe Latin America Middle East North America
  Topics
  Species
Archives
News archive 1997-2008
 

Agricultural insecticides pose a global risk to surface water bodies - The first global map to be produced on potential insecticide contamination
Agrochemikalien stellen ein globales Risiko für Gewässer dar - Erstmals Weltkarte der möglichen Insektizidbelastung erstellt 


Leipzig/ Landau, Germany
February 25, 2015

http://www.ufz.de/export/data/global/66432_1-s2.0-S0269749114005168-gr2.jpg
Global insecticide runoff hazard map. Source: Environmental Pollution/ Elsevier

Streams within approx. 40% of the global land surface are at risk from the application of insecticides. These were the results from the first global map to be modelled on insecticide runoff to surface waters, which has just been published in the journal Environmental Pollution by researchers from the Helmholtz Center for Environmental Research (UFZ) and the University of Koblenz-Landau together with the University of Milan, Aarhus University andAachen University . According to the publication, particularly streams in the Mediterranean, the USA, Central America and Southeast Asia are at risk.

Unlike other chemicals, agricultural pesticides are intentionally applied to the environment to help farmers control insects, weeds and other potentially harmful pests threatening agricultural production. They can therefore affect land ecosystems but also surface waters from runoff. According to estimates, ca. 4 million tons of agricultural pesticides are applied annually, equating to an average of 0.27 kilograms per hectare of the global land surface. „We know from earlier investigations for example that pesticides can reduce the biodiversity of invertebrates in freshwater ecosystems by up to 42 percent and that we can expect an increased application of pesticides as a result of climate change“, explains Prof. Dr. Matthias Liess from the UFZ, who was recently appointed to a term of five years on the scientific advisory board "National Action Plan on Sustainable Use of Plant Protection Products" where he advises the Federal Ministry of Food and Agriculture. Liess warns of an increase in the application of pesticides in many developing countries as farmers increasingly switch from traditionally extensive agricultural practices to more intensive ones. Until now the global extent of the potential water pollution from the application of insecticides has remained largely unknown.

http://www.ufz.de/export/data/global/66433_pestizideinsatz_landwirtschaft.jpg
Use of insecticides in the West Bank. The investigation showed that with higher average temperatures even more insecticides are used and therefore streams are more at risk in warmer regions than in colder. Photo: André Künzelmann/ UFZ

The international team of scientists therefore came up with a global model with a raster of ca. ten kilometres, into which agricultural data from FAO and land use data from NASA among other data were entered. Annual average temperatures and monthly maximum precipitation measurements from around 77,000 weather stations were also taken into account. Following that, the researchers then estimated the so-called runoff potential (RP), in other words the amount of insecticides that enters streams and rivers through the rainwater from agricultural land. „In this respect, daily rainfall intensity, terrain slope, and insecticide application rate play an equally important role as well as the crops cultivated“, explains junior professor Dr. Ralf B. Schäfer from the University of Koblenz-Landau. „In order to test such complex models, we therefore carried out control measurements of insecticide contamination in freshwater ecosystems from four different regions“.

Several world maps were produced: the vulnerability map only takes into account the geographic and climatic background. The risk map on the other hand shows the risks from this natural vulnerability through anthropogenic land use. In Central Europe, scientists largely assessed the risk for water bodies as medium to high. In the northern hemisphere, insecticide runoff presented an overall more significant latitudinal gradient. „The risks of insecticide exposure to water bodies increased significantly the further South one travelled on a North-South gradient in Europe, North America and Asia, mainly driven by a higher insecticide application rate as a result of higher average temperatures“, Dr. Mira Kattwinkel reports, who is now conducting research at the Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology (Eawag). Because the economy and the population are growing rapidly in many countries of the southern hemisphere, scientists expect a higher insecticide application rate in those countries in the future to cover an increase in agricultural production. The map could therefore still change colour considerably in other parts of the world. At the moment it is water bodies in the Mediterranean, the USA, Central America and Southeast Asia that are particularly vulnerable.

In Southeast Asia, countries such as the Philippines or Vietnam are greatly affected for example. UFZ researchers are looking into solutions for such regions within the framework of the LEGATO-project together with the International Rice Research Institute (IRRI), in an attempt to reduce pesticide application rates. One approach for example could be to revitalise the functioning of ecosystems so that the natural competitors of rice pests can help to avoid their mass reproduction and subsequent harvest yield losses.

„Our analysis provides a global map of hotspots for insecticide contamination that are a major risk for biodiversity in water bodies. To our knowledge this is the first study that assesses insecticide contamination of water bodies on a global scale“, Prof. Dr. Matthias Liess summarizes the significance of the new investigation. The researchers intend to use the global map to sensitize citizens and authorities about this issue in vulnerable regions and to incite local investigations. Buffer zones along the edge of water bodies can significantly reduce negative impacts for example. Efficient environmental management and conservation efforts in the future should focus on informing authorities and farmers about the costs, impacts and alternatives. Ultimately, mitigation and management takes place at the local level, determining the extent to which a water body will be affected under the application of such chemicals.

Publications:

Alessio Ippolito, Mira Kattwinkel, Jes J. Rasmussen, Ralf B. Schäfer, Riccardo Fornaroli, Matthias Liess (2015):
Modeling global distribution of agricultural insecticides in surface waters. Environmental Pollution, Volume 198, March 2015, Pages 54-60, ISSN 0269-7491,
http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2014.12.016

J.H. Spangenberg, J.-M. Douguet, J. Settele, K.L. Heong (2015):
Escaping the lock-in of continuous insecticide spraying in rice. Developing an integrated ecological and socio-political DPSIR analysis. Ecological Modelling, Volume 295, 10 January 2015, Pages 188-195, ISSN 0304-3800,
http://dx.doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2014.05.010


Agrochemikalien stellen ein globales Risiko für Gewässer dar - Erstmals Weltkarte der möglichen Insektizidbelastung erstellt 

Agrochemikalien stellen ein globales Risiko für Fließgewässer auf rund 40 Prozent 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 Millionen Tonnen an Pflanzenschutzmitteln in der Landwirtschaft ausgebracht. Das entspricht im Schnitt 0,27 Kilogramm 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 Prozent 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.

Publikationen:

Alessio Ippolito, Mira Kattwinkel, Jes J. Rasmussen, Ralf B. Schäfer, Riccardo Fornaroli, Matthias Liess (2015):
Modeling global distribution of agricultural insecticides in surface waters. Environmental Pollution, Volume 198, March 2015, Pages 54-60, ISSN 0269-7491,
http://dx.doi.org/10.1016/j.envpol.2014.12.016

J.H. Spangenberg, J.-M. Douguet, J. Settele, K.L. Heong (2015):
Escaping the lock-in of continuous insecticide spraying in rice. Developing an integrated ecological and socio-political DPSIR analysis. Ecological Modelling, Volume 295, 10 January 2015, Pages 188-195, ISSN 0304-3800,
http://dx.doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2014.05.010

 



More news from: Helmholtz Center for Environmental Research


Website: http://www.ufz.de

Published: February 25, 2015

The news item on this page is copyright by the organization where it originated
Fair use notice

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Copyright @ 1992-2024 SeedQuest - All rights reserved