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Fachartikel
19. Juli 2018

Forschung

Blaualgen vertilgen Glyphosat

Forschende von Agroscope und Eawag entdeckten im Greifensee, dass Glyphosat unter bestimmten Bedingungen schnell abgebaut wird. Alles deutet darauf hin, dass Bakterien dafür verantwortlich sind, die das Pflanzenschutzmittel als alternative Phosphorquelle nutzen.

Glyphosat sorgt für Schlagzeilen: Fachgremien streiten sich, ob das Pflanzenschutzmittel beim Menschen krebserregend wirkt, Behörden diskutieren um die Zulassung. Im Jahr 2017 hat die Europäische Union (EU) Glyphosat für weitere fünf Jahre bewilligt. Anfang Mai 2018 kam der Bundesrat in einem Bericht zum Schluss, dass Glyphosatrückstände in Lebensmitteln kein Krebsrisiko darstellen. Doch was passiert, wenn das Pflanzenschutzmittel in die Gewässer gelangt? Seine Toxizität gegenüber Wasserlebewesen wird von Experten als gering eingeschätzt, doch sein Verhalten in Gewässern ist erst wenig erforscht. Dieses haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Agroscope und Eawag im Greifensee untersucht und festgestellt, dass das Pflanzenschutzmittel unter gewissen Bedingungen rasch abgebaut wird. «So schnelle Abbauprozesse sind für Pflanzenschutzmittel in Oberflächengewässern eher ungewöhnlich», erklärt Sebastian Stötzer, der das Forschungsprojekt im Rahmen seines Postdocs bei Agroscope geleitet hat.

Glyphosat geht verloren

Aus anderen Studien gab es zwar bereits Hinweise, dass die Glyphosatkonzentration in Gewässern im Sommer stark sinkt. In welchem Ausmass dies geschieht und welche Prozesse dahinterstecken, wollten die Forschenden nun genauer unter die Lupe nehmen. Zwischen Frühling und Spätherbst haben die Forschenden die Konzentrationen von Glyphosat und dessen Abbauprodukt AMPA gemessen, monatlich in verschiedenen Tiefen des Greifensees und wöchentlich in zwei Zuflüssen und im Abfluss. Zudem wurde auch das gereinigte Abwasser aus der ARA Uster analysiert. Aus diesen Daten berechneten die Forschenden eine Massenbilanz: Insgesamt wurden in der Messperiode etwa 22 kg Glyphosat in den See eingetragen, aber nur 5,4 kg wurden via Glatt exportiert. Ein grosser Teil des Pflanzenschutzmittels ging also im See «verloren». Ein ähnliches Bild zeigten die Konzentrationsmessungen im See: Im Juli stieg der Gehalt an Glyphosat und dessen Abbauprodukt AMPA in der obersten Schicht des Sees, im sogenannten Epilimnion, stark an, im August fielen dann die Konzentrationen plötzlich gegen Null – obwohl via Zuflüsse weiter Glyphosat und AMPA in den See gelangte.

Verschiedene Eliminationsprozesse

Die Messresultate verglichen die Forschenden mit einem mathematischen Modell, das die Konzentration von Glyphosat und AMPA in verschiedenen Seetiefen simuliert. Darin berücksichtigten sie die Einträge via Zuflüsse und ARA, den Export via Glatt sowie Mischungsprozesse im See. Das Modell stimmte von März bis Juli mit der gemessenen vertikalen Verteilung des Glyphosats überein. «Im August waren die Messwerte jedoch viel tiefer, als das Modell erwarten liess», so Stötzer. «Damit war klar, dass Eliminationsprozesse im See stattfinden müssen.»

Grundsätzlich können Glyphosat und AMPA via Adsorption an Partikel und anschliessende Sedimentation oder Photolyse aus dem Seewasser verschwinden. Abschätzungen anhand von Resultaten zur Sedimentation der Stoffe aus anderen Studien zeigten, dass Sedimentationsprozesse zwar zur Elimination von Glyphosat und AMPA beitragen, aber den Konzentrationsabfall im Hochsommer nicht erklären können. Auch den Abbau der Substanzen via Photolyse konnten die Forschenden experimentell ausschliessen. «Wir vermuteten deshalb, dass Glyphosat und AMPA im Sommer hauptsächlich über biologische Prozesse abgebaut werden», so Stötzer.

 

Die tiefen Glyphosat-Konzentrationen waren begleitet von hohen Wassertemperaturen, einer grossen Dichte an Phytoplankton und sehr tiefen Phosphorwerten. «Man weiss, dass Cyanobakterien – im Volksmund auch Blaualgen genannt – in der Lage sind, Phosphorverbindungen wie Glyphosat als alternative Phosphorquelle zu nutzen“, erklärt Michael Stravs von der Eawag. Messungen von Chlorophyll a, einem Indikator für Algen, zeigten, dass in Monaten mit hohem Glyphosatabbau auch die Algendichte gross war. Zudem bestimmten die Forschenden mit Genanalysen, welche Artgruppen im Phytoplankton dominieren. Proteobakterien und Cyanobakterien waren am stärksten vertreten, auf der Ebene der Arten war Synechococcus am häufigsten. Mit dieser Algenart und einem weiteren Cyanobakterien-Vertreter aus dem Greifensee, Microcystis aeruginosa, führte Stravs anschliessend Abbauversuche durch.

Phosphorquelle für Blaualgen

«Weil gewisse Cyanobakterien in der Lage sind, Phosphat einzulagern, haben wir die Bakterien zuerst ausgehungert und in einer phosphatfreien Umgebung kultiviert», erklärt Stravs. Kontrollgruppen liess er unter optimalem Nährstoffangebot gedeihen. Anschliessend erhielten beide Gruppen Glyphosat. «Die ausgehungerten Bakterien, die über keine andere Phosphorquelle verfügten, bauten das Pflanzenschutzmittel sehr schnell ab», erklärt Stravs. Die andere Gruppe baute das Pflanzenschutzmittel kaum ab – sie zogen einfachere Phosphorquellen dem Glyphosat vor. «Die Evidenz war gross, dass Cyanobakterien für den raschen Abbau von Glyphosat im Greifensee verantwortlich sind», schliesst Stravs aus den Resultaten. Dies sei aber kein Freipass für den Einsatz von Glyphosat, betonen die Forschenden. «Der biologische Abbau fand erst bei äusserst tiefen Phosphatkonzentrationen statt», betont Stravs.

Ökotoxizität und Grenzwerte

Glyphosat wirkt erst ab relativ hohen Konzentrationen toxisch auf Wasserlebewesen oder in Kombination mit einem Benetzungsmittel, das in der Schweiz und der EU in Kombination mit Glyphosat verboten ist. Die grössten Gefahren für die Tier- und Pflanzenwelt sehen Experten darin, dass mit Glyphosat Unkräuter komplett entfernt werden und sich so die Nahrungsverfügbarkeit und der Lebensraum verändert. Der Bund will daher in der Gewässerschutzverordnung die Grenzwerte für Glyphosat in Oberflächengewässern deutlich anheben, von 0,1µg/l auf 360 µg/l – also 3600mal höher als bis anhin. Dieser Vorschlag war in der eben abgeschlossenen Vernehmlassung umstritten. Insbesondere Umweltverbände äusserten sich sehr kritisch darüber

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