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Pestizide, die als Pflanzenschutzmittel (PSM), Biozide oder Tierarzneimittel (TAM) in der Landwirtschaft und/oder im Siedlungsbereich eingesetzt werden, können über verschiedene Transportprozesse/Eintragspfade in oberirdische Gewässer gelangen und so Gewässerorganismen und Trinkwasserressourcen gefährden. Studien zeigen, dass in der Landwirtschaft eingesetzte PSM sowohl diffus (z. B. regengetriebene Abschwemmung, Spraydrift) als auch aus Punktquellen (z. B. fehlangeschlossene Waschplätze von PSM-Spritzgeräten und anschliessend Abwasserreinigungsanlagen, ARA) in Gewässer gelangen [4-6]. Auch bei Bioziden, TAM und nicht-landwirtschaftlich eingesetzten PSM sind sowohl diffuse Einträge als auch Einträge über ARA möglich, z. B. aus Haushaltsabwässern, Materialabwaschungen (Dächer, Fassaden) oder Waschwassereinleitungen von Waschplätzen für PSM-Spritzgeräte ausserhalb der Landwirtschaft. Insgesamt bestehen weiterhin Wissenslücken, zu welchem Anteil verschiedene Pestizide über ARA bzw. diffus in die Gewässer eingetragen werden.
Dank der breiten untersuchten Substanzpallette konnte mit NAWA-Spezialkampagnen [4, 7–9] die Substanzliste des Routinemonitorings im Rahmen der Nationalen Beobachtung der Oberflächenwasserqualität für Mikroverunreinigungen (NAWA Trend MV) auf dem neuesten Stand gehalten werden. Diese Liste beinhaltet aktuell 73 Pestizide und soll das durch Pestizide verursachte Risiko weitgehend abdecken. Verschiedene Untersuchungen zu Pyrethroiden und Organophosphaten zeigten, dass die Gewässerqualität insbesondere durch diese gering konzentrierten, aber hoch-toxischen Insektizide, die mittels einer neuen, hoch-sensitiven Analysemethode in ökotoxikologisch relevanten Konzentrationen nachgewiesen werden konnten, beeinträchtigt wird [2, 10, 11].
Unter anderem um zu prüfen, inwiefern neben Pyrethroiden und ausgewählten Organophosphaten weitere apolare Pestizide in ökotoxikologisch relevanten Konzentrationen in Schweizer Gewässern vorkommen, wurde für die hier präsentierte NAWA-Spez-Studie 2023 ein stark erweitertes Screening durchgeführt. Dafür wurden in fünf ausgewählten mittelgrossen Fliessgewässern in der Schweiz von März bis November 2023 möglichst alle Pestizidwirkstoffe in 14-Tages-Mischproben erfasst. Mit diesen sollten ausserdem mittels einer Frachtanalyse zwischen diffusen Einträgen und Einträgen über die ARA unterschieden werden.
Die in dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse sollen dazu beitragen, mögliche Lücken im Substanzportfolio im NAWA-Trend-Fliessgewässermonitoring zu erkennen und damit die Bewertung ökotoxikologischer Risiken zu verbessern. Gleichzeitig liefert die parallele Probenahme im Fliessgewässer und dem ARA-Auslauf Hinweise auf relevante Eintragspfade und unterstützt die Entwicklung gezielter Reduktionsmassnahmen.
Für die Studie wurden fünf mittelgrosse Fliessgewässer mit einer Einzugsgebietsgrösse von 10 bis 53 km2 ausgewählt: Surb (Unterehrendingen, AG), Petite Glâne (Bussy, FR), Ron (Hochdorf, LU), Halbach (Hallau, SH) und Scairolo (Barbengo, TI). Um die Pestizidbelastung von sowohl landwirtschaftlich als auch siedlungsgeprägter Nutzflächen abzubilden, wurden Standorte gewählt, die folgende Kriterien erfüllen: a) nur eine einzige ARA im Einzugsgebiet (EZG), die keine Reinigungsstufe zur Elimination von Mikroverunreinigungen (MV-Stufe) aufwiesen, b) mehr als 10% Abwasseranteil bei Trockenwetterabfluss im Fluss, c) ein erhöhter Anteil an Siedlung (> 4%) und Landwirtschaft (> 20% Ackerbau sowie Kulturen mit hohem Insektizideinsatz wie z. B. Zuckerrüben, Gemüse und Raps, Fig. 1). Als Vergleichsstandort ohne nennenswerte landwirtschaftliche Nutzflächen wurde der Standort Scairolo herangezogen.
Die Anteile der Siedlungsflächen bewegen sich zwischen 5% (Petite Glâne) und 31% (Scairolo) während sich die Landwirtschaftsflächen in einem Bereich von 6% (Scairolo) bis 80% (Halbach) bewegen. Die Ackerfläche macht stets den grössten Anteil der Landwirtschaftsfläche aus (Fig. 1). Als Spezialkulturen waren bspw. Freilandgemüse (Surb), Reben (Halbach), Tabak (Petite Glâne) und Obst (Ron) zu finden. Im Vergleich zu allen Fliessgewässern der Schweiz sind die Anteile der Siedlungsflächen in den untersuchten EZG hoch bis sehr hoch (Scairolo). Auch die Flächenanteile Ackerbau sind, ausser im EZG des Scairolo, vergleichsweise hoch.
Die untersuchten ARA verfügen über eine mechanisch-biologische Reinigung und eine Phosphat- und Stickstoffelimination, nicht aber über eine MV-Stufe. Seit 2016 werden in der Schweiz im Rahmen der Umsetzung der Gewässerschutzgesetzgebung bis zum Jahr 2040 rund 140 von insgesamt 700 ARA mit einer MV-Stufe ausgebaut. Die untersuchten ARA sind daher nicht mit ARA vergleichbar, die über eine MV-Stufe verfügen. Die betrachteten ARA entsprechen allerdings in Bezug auf die angeschlossenen Einwohner, von ca. 5000 (Petite Glâne) und ca. 15 000 (Surb, Ron, Halbach, Scairolo), einem Grossteil der Schweizer ARA. Die Abwasseranteile bei Trockenwetterabfluss bewegen sich zwischen ca. 5% (Petite Glâne) und 80% (Halbach). Bis auf den Abwasseranteil an der Petite Glâne sind dies eher hohe Anteile, da nur rund ein Fünftel der Schweizer ARA zu Abwasseranteilen von über 10% in Fliessgewässern führt.
An den fünf Standorten wurden durchgehend von März bis November 2023 zeitproportionale 14-Tages-Mischproben sowohl aus den Flüssen als auch aus dem gereinigten Abwasser der ARA entnommen. Aufgrund der Nähe zum Baldeggersee wurde das Flusswasser an der Ron oberhalb der Abwassereinleitung beprobt, während an den übrigen Standorten das vollständig durchmischte Flusswasser ausreichend weit unterhalb der Abwassereinleitung entnommen wurde. Um Frachten berechnen zu können, wurde an jedem Standort der Abfluss im Fluss und im ARA-Auslauf gemessen.
Zur Beurteilung des ökotoxikologischen Risikos wurden die Konzentrationen der 14-Tages-Mischproben mit chronischen Qualitätskriterien (CQK) verglichen. Hierzu wurden zum einen die ökotoxikologischen Grenzwerte für andauernde Belastung für Oberflächengewässer, die für 19 Pestizide in Anhang 2 der Gewässerschutzverordnung (GSchV) festgelegt sind, herangezogen. Zum anderen wurden zusätzliche vom Oekotoxzentrum zur Verfügung gestellte CQK verwendet. Diese zusätzlichen CQK umfassten robuste CQK, die auf der Basis eines vollständigen Dossiers gemäss dem Leitfaden der EU-Wasserrahmenrichtlinie entweder vom Oekotoxzentrum (Robustheit 1) oder von Behörden anderer Länder (Robustheit 2) erarbeitet worden sind [12, 13]. Ausserdem wurden zur Bewertung auch ad-hoc-CQK (Robustheit 3) verwendet, die aufgrund der eingeschränkten Datenbasis aus vorhandenen Zulassungsdaten anhand vereinfachter Regeln des Oekotoxzentrums hergeleitet wurden [14]. Insgesamt liegen für 214 Substanzen CQK-Werte vor (Robustheit 1: 59; Robustheit 2: 26; Robustheit 3: 129). Trotz der reduzierten Datengrundlage lassen ad-hoc-CQK eine erste Einschätzung zum Risiko der betreffenden Substanzen zu, weshalb im Folgenden nicht weiter zwischen den Robustheitsklassen unterschieden wurde.
Für die Risikobewertung wurde substanzspezifisch für alle Flussproben der Risikoquotient (RQ) aus gemessener Konzentration und CQK gebildet, wobei ab einem Wert von 1 eine Beeinträchtigung der Wasserorganismen nicht mehr auszuschliessen ist [9]. Um den Standort Ron mit den übrigen Standorten vergleichen zu können, wurde dort je Probe die Mischkonzentration im Fluss unterhalb der Abwassereinleitung anhand der gemessenen Konzentrationen oberhalb der ARA und im ARA-Ablauf berechnet und zur Bewertung verwendet. Ausserdem wurden die RQ-Summen pro Probe gebildet, um den Beitrag einzelner Stoffe zum Gesamtrisiko beurteilen zu können.
Ein weiteres Ziel dieser Studie war die Relevanz der ARA als Eintragspfad für Pestizide in Gewässer zu beurteilen. Dazu wurde mittels einer frachtbasierten, substanzspezifischen Eintragspfadanalyse abgeschätzt, ob Wirkstoffe mehrheitlich über die ARA (Punktquelle ARA) oder bereits über andere Eintragspfade im EZG oberhalb der ARA in die Gewässer gelangen (diffus EZG). Für diese Analyse wurden nur Wirkstoffe berücksichtigt, die mehr als zwei Detektionen (beide mind. zweifach über der BG) an mindestens einem Standort vorwiesen.
Dafür wurde pro Standort die Frachtsumme je Wirkstoff und Matrix (Fluss vs. Abwasser) über die gesamte Beobachtungsperiode gebildet. Falls die Fracht flussaufwärts bzw. im gereinigten Abwasser mind. 80% der Gesamtfracht (= Fracht flussabwärts der ARA) betrug, wurde für diesen Wirkstoff der entsprechende eindeutige Eintragspfad zugewiesen. Wirkstoffe mit Werten zwischen 20 und 80% und/oder nicht einheitlicher standortübergreifender Einstufung werden über beide Pfade eingetragen und erhielten die Eintragspfadbewertung «unklar». Zeigte ein Wirkstoff an allen Standorten mit Detektionen denselben Eintragspfad, wurde ihm dieser Pfad auch insgesamt (also standortübergreifend) zugeordnet.
Gesamthaft wurden 135 Pestizide in 183 Proben über ihrer BG nachgewiesen (44 Fungizide, 55 Herbizide, 32 Insektizide und 4 anders klassifizierte Pestizide; Details in der Onlinedatenbank der Eawag, ERIC [1]). Dabei wurden 106 Wirkstoffe in Fluss- sowie ARA-Proben detektiert, jedoch nur 38 an allen fünf Standorten. Dies zeigt die grosse Standortabhängigkeit und Vielfalt der Pestizidbelastung auf. Die generell hohe Anzahl an nachgewiesenen Pestiziden mit Konzentrationen bis in den µg/l-Bereich ist typisch für kleine bis mittelgrosse Fliessgewässer mit Landwirtschaft im EZG [9, 16, 17].
Durchschnittlich wurden über den gesamten Beobachtungszeitraum 73 bzw. 62 Pestizide in ARA- bzw. Fluss-Proben pro Standort gefunden. Mit im Median bis zu 44 (Petite Glâne) bzw. 36 (Hal-
bach) gefundenen Pestiziden im Ab- bzw. Flusswasser (Tab. 1) wurde auch je Probe eine grosse Vielfalt an Wirkstoffen festgestellt [18]. Generell ist die mittlere Zahl der nachgewiesenen Pestizide pro Probe mit der in den NAWA-Spez-Studien von 2012 und 2015 vergleichbar [4, 19] und veränderte sich nur geringfügig im Jahresverlauf.
| Â |
Surb ARA / Fluss |
Petite Glâne ARA / Fluss |
Ron* ARA / Fluss oberhalb |
Halbach ARA / Fluss |
Scairolo ARA / Fluss |
Gesamt ARA / Fluss |
| Anzahl nachgewiesener Pestizide | 80 / 60 | 91 / 75 | 51 / 37 | 82 / 83 | 59 / 55 | 126 / 115 |
| Median Anzahl nachgewiesener Pestizide pro Probe | 35 / 23 | 44 / 22 | 23 / 9 | 38 / 36 | 18 / 14 | 35 / 22 |
| Detektionsfrequenz (%) | 17 / 11 | 21 / 13 | 11 / 4 | 17 / 16 | 12 / 10 | 15 / 10 |
An allen Standorten ausser am Halbach wurden im Abwasser mehr Pestizide gefunden als im Fluss (Tab. 1), was zum grössten Teil durch die Verdünnung des Abwassers im Fluss erklärbar ist. Die Detektionsfrequenz – definiert als das prozentuale Verhältnis der Anzahl der Detektionen an der Gesamtzahl an möglichen Detektionen – betrug in Abwasser- bzw. Flussproben standortübergreifend 15 bzw. 10%. An den Standorten einzeln betrachtet war die Detektionsfrequenz in Abwasserproben ebenfalls höher als in Flussproben (Tab. 1). Zusammen mit der hohen Zahl an gefundenen Pestiziden im Abwasser weist dies auf die Relevanz von ARA als Eintragspfad für Pestizide in Fliessgewässern hin. Dass insgesamt nur neun Pestizide ausschliesslich im Flusswasser gefunden wurden (Amidosulfuron, Fenazaquin, Fluazinam, Fluopicolid, Fluopyram, Metobromuron, tau-Fluvalinat, Tembotrion, Trinexapac-ethyl), deutet auch darauf hin, dass sehr häufig beide Eintragspfade relevant sind. Weiter wird dies durch die Befundlage am Hal-bach bekräftigt: Dort fand sich die grösste Pestizidvielfalt und Anzahl an Detektionen in den Flussproben (Entnahme nach der ARA-Einleitung), was sowohl mit dem grossen Anteil an Landwirtschaft und der Vielfalt an Kulturen im EZG (Wein- und Ackerbau) sowie dem hohen Abwasseranteil an der Messstelle (bis zu 80%) zusammenhängt. Allgemein lassen Konzentrationen und Detektionszahlen allein jedoch noch keine Einschätzung darüber zu, welcher Eintragspfad dominanter ist, weshalb die Eintragspfadanalyse anhand der Frachten durchgeführt wurde (Kap. «Eintragspfadanalyse»).
Im Vergleich zum NAWA-Trend-MV-Substanzportfolio wurden in dieser Studie 182 Pestizidwirkstoffe zusätzlich analysiert. Dabei waren von den 115 in Flussproben detektierten Pestiziden (Tab. 2) 56 im NAWA Trend MV-Routinemonitoring enthalten – 59 wurden zusätzlich nachgewiesen. Von diesen 59 wurden 23 mit der Spezialanalytik (LLE-APGC- bzw. LC-ESI-MS/MS), die auch die partikelgebundene Fraktion berücksichtigt, bestimmt. Dies zeigt den Mehrwert dieser Analytik und des erweiterten Substanzportfolios auf. Von den zusätzlich zum NAWA-Trend-MV-Portfolio gefundenen Pestiziden wurden 18 in mehr als zehn Flussproben detektiert (Tab. 2).
| Substanz | Zulassung als PSM oder Biozid (2023) |
Konzentration (ng/l) | Anzahl Detektionen FlĂĽsse |
CQK in ng/l (Robustheit) |
||
| Min | Max | Median | ||||
| Metrafenon | P | 0.01 | 45 | 0.19 | 89 | 2200 (3) |
| Pendimethalin | P | 0.06 | 12 | 0.48 | 89 | 370 (3) |
| Propiconazol | B PX | 0.49 | 7.7 | 2.2 | 89 | 1400 (2) |
| Trifloxystrobin | P | 0.01 | 9.8 | 0.06 | 83 | 190 (2) |
| Cyflufenamid | P | 0.01 | 26 | 0.06 | 72 | 2400 (3) |
| Difenoconazol | P | 0.51 | 30 | 2.04 | 65 | 560 (2) |
| Tebufenozid | P | 0.10 | 0.9 | 0.23 | 32 | 750 (3) |
| Quinmerac | P | 6.1 | 80 | 13 | 24 | 3100 (3) |
| Pencycuron | PX | 0.03 | 3.6 | 0.24 | 22 | 1340 (2) |
| Amisulbrom | P | 0.03 | 1.2 | 0.07 | 20 | 1390 (3) |
| Fluxapyroxad | P | 17 | 200 | 28.5 | 15 | 3600 (3) |
| Fenpyrazamin | P | 21 | 100 | 7.5 | 15 | 22000 (3) |
| Clomazon | P | 7.1 | 120 | 15 | 13 | 3200 (3) |
| Orbencarb | PX | 0.05 | 0.2 | 0.08 | 13 | -* |
| Proquinazid | P | 0.03 | 0.3 | 0.06 | 12 | 180 (3) |
| Icaridin | B | 26 | 64 | 34 | 11 | 314000 (3) |
| Benalaxyl | P | 5 | 110 | 13 | 10 | 3000 (3) |
| Pyriofenon | P | 0.02 | 0.1 | 0.02 | 10 | 8990 (3) |
Die ökotoxikologischen Grenzwerte für andauernde Belastung für Oberflächengewässer (Anhang 2, GSchV) wurden von Cypermethrin, Imidacloprid, Metazachlor, Metribuzin, Nicosulfuron und Thiacloprid an je mindestens einem Standort überschritten. Insgesamt konnten 40 Grenzwert-Überschreitungen festgestellt werden, wobei ca. 50% auf den Standort Scairolo entfielen. Die Grenzwert-Überschreitungen wurden dort von Cypermethrin und Imidacloprid verursacht – zwei Insektizide, die als Biozid und PSM (Cypermethrin) bzw. als Biozid und TAM (Imidacloprid) zugelassen sind. An den übrigen Standorten wurden zwischen einer (Ron) und acht (Petite Glâne) Grenzwert-Überschreitungen festgestellt, wobei Cypermethrin an vier, Metazachloran drei, Imidacloprid und Nicosulfuron an zwei Standorten und Metribuzin und Thiacloprid an einem Standort mit Überschreitungen gefunden wurden (Zusatzinformationen in der Online-Datenbank der Eawag, ERIC [1]). Werden neben den ökotoxikologischen Grenzwerten (Anhang 2, GSchV) alle verfügbaren CQK herangezogen, ergeben sich für 17 weitere Wirkstoffe CQK-Überschreitungen, grösstenteils mit robustem CQK (Fig. 3). Dies zeigt, dass die 19 Pestizide, für die im Anhang 2 der GSchV ein ökotoxikologischer Grenzwert festgelegt ist, nicht alle Pestizide abdecken, die ein Gewässerrisiko darstellen.
Insgesamt wurden 23 Substanzen mit CQK-Überschreitungen gefunden (Fig. 3).Mit 149 von insgesamt 174 festgestellten CQK-Überschreitungen sind die neun Insektizide für den Grossteil verantwortlich. Insbesondere Pyrethroide (Cypermethrin, Deltamethrin lambda-Cyhalothrin, Permethrin) und Fipronil trugen mit 140 Überschreitungen massgeblich zum Gesamtrisiko in den untersuchten Fliessgewässern bei [20]. Der Rest der CQK-Überschreitungen (25) wurde, bis auf eine des Fungizids Spiroxamin, von 13 Herbiziden verursacht. Dies zeigt eindrücklich, dass Herbizide, trotz teils hoher Konzentrationen im µg/l-Bereich und generell zahlreicher Detektionen, wesentlich weniger zum Gesamtrisiko in Oberflächengewässern beitragen als Insektizide.
Aufgrund der eingesetzten, äusserst nachweisempfindlichen Analysenmethoden war es in der vorliegenden Untersuchung für 95% der Wirkstoffe möglich, eine BG unter dem substanzspezifischen CQK zu erreichen und damit auch ein zuverlässiges Gesamtrisiko für die bereits im pg/l-Bereich toxischen Insektizide zu ermitteln. Lediglich 5% der untersuchten Pestizide lagen im Median geringfügig (3-fach) über ihrem jeweiligen CQK (Bromazil, Coumatetralyl, Diazinon, Dimefuron, Fenoxycarb, Flurochloridon, Hexythiazox, Methiocarb, Terbacil, Thifensulfuron-methyl, Triasulfuron, Tribenuron-methyl). Nur für Dichlorvos, Deltamethrin und Diflubenzuron lag die BG 25-, 29- und 44-fach über dem jeweiligen CQK von 0,6, 0,0017 und 4 ng/l. Für eine sichere Bewertung müssen für den Nachweis dieser hochtoxischen Insektizide weitere Spezialmethoden zur Anwendung kommen. Allerdings sind insbesondere für Deltamethrin (CQK von 0,0017 ng/l) die technisch realisierbaren Grenzen für die Analyse vermutlich bereits erreicht. Diese Herausforderung ist im Gewässermonitoring bekannt und wurde kürzlich von Bub et al. [15] beschrieben.
Ausserdem existiert – im Vergleich mit der NAWA-Trend-MV-Substanzpalette – für 45 der 59 zusätzlich nachgewiesenen Substanzen nur ein ad-hoc-CQK (Tab. 2), weshalb die ökotoxikologische Beurteilung für diese Substanzen mit einer grösseren Unsicherheit behaftet ist. Von den zusätzlich detektierten Substanzen, die nicht zum NAWA-Trend-Messprogramm gehören, überschritt lediglich Pethoxamid zwei Mal sein ad-hoc-CQK. Mit einer besseren Datengrundlage bei der CQK-Herleitung könnten für manche Wirkstoffe die ad-hoc-CQK zukünftig jedoch auch niedriger ausfallen und damit zu mehr CQK-Überschreitungen führen.
In Figur 4 werden die RQ der risikobestimmenden Wirkstoffe einzeln und die aller anderen summarisch, standortspezifisch und je Probe dargestellt. Dies erlaubt es, den Beitrag einzelner Wirkstoffe am Gesamtrisiko je Standort über die Zeit zu bewerten sowie die Hauptrisikotreiber zu identifizieren. Die übrigen Substanzen können trotz geringer Einzelbeiträge in der Summe einen signifikanten Einfluss auf das Gesamtrisiko haben [18] und werden deshalb aufsummiert in den Kategorien «Sonstige mit CQK-Überschreitung» und «Sonstige ohne CQK-Überschreitung» gezeigt.
Insgesamt wurden sieben Insektizide und zwei Herbizide als besonders risikotreibend identifiziert, für die robuste CQK vorlagen (Fig. 4). An allen Standorten trugen Pyrethroide, Fipronil und Diflufenican zum Gesamtrisiko bei, wobei acht der zehn höchsten RQ-Einzelwerte am Scairolo gemessen wurden. Diese wurden beispielsweise von Cypermethrin (RQ = 112) und Deltamethrin (RQ = 33) verursacht. Imidacloprid wurde an allen fünf Standorten im Auslauf der ARA durchgehend nachgewiesen. Aufgrund der Verdünnung des Abwassers im Fliessgewässer resultierten daraus jedoch nur an zwei Standorten Überschreitungen des CQK im Gewässer (Halbach und Scairolo). Insgesamt wird deutlich, dass in allen untersuchten Gewässern eine dauerhafte Belastung durch Pestizide besteht.
Aus Figur 4 wird ausserdem deutlich, dass alle CQK-überschreitenden Wirkstoffe zusammen betrachtet den überwiegenden Teil des Risikos erklären. Nur am Halbach, an der Ron flussabwärts und an der Surb trägt auch der Rest der nachgewiesenen Substanzen (solche ohne CQK-Überschreitung) noch erkennbar zum Gesamtrisiko bei (graues Balken-segment, Fig. 4). An der Ron zeigt sich darüber hinaus, dass sich durch den Eintrag des gereinigten Abwassers flussabwärts rechnerisch ein höheres Risiko ergibt, als flussaufwärts gemessen wurde. Dies wurde vor allem durch den ARA-Eintrag von Fipronil verursacht.
Die frachtbasierte und substanzspezifische Zuordnung der Eintragspfade wurde fĂĽr 109 der 135 detektierten Pestizide vorgenommen. FĂĽr die 26 ĂĽbrigen Wirkstoffe wurden nur vereinzelte Befunde festgestellt, weshalb fĂĽr diese Stoffe auf eine Eintragspfadanalyse verzichtet wurde. Insgesamt konnte fĂĽr 28 Pestizide klar zwischen dem diffusen und dem Eintrag ĂĽber die ARA unterschieden werden.
Beispielhaft werden die gemessenen Konzentrationsreihen, Niederschläge, Abflüsse und die dazu berechneten Frachten in Figur 5 für die Substanzen Aclonifen und Imidacloprid am Standort Petite Glâne gezeigt. Diesen zwei Wirkstoffen konnten anhand der Frachten (Fig. 5, Grafik D) an allen Standorten klar die Eintragspfade «diffus EZG» (Aclonifen) bzw. «Punktquelle ARA» (Imidacloprid) zugeordnet werden (jeweils >80% der Gesamtfracht). Neben diesen zwei Wirkstoffen wurde auch Fipronil an allen fünf Standorten der gleiche Eintragspfad (Punktquelle ARA) zugeordnet. Die anderen 25 Wirkstoffe mit klarem Eintragspfad (s. Zusatzinformationen ERIC, [1]) wurden an vier oder weniger Standorten nachgewiesen. Die starke Standortabhängigkeit der Pestizideinträge zeigt sich daran, dass je Standort zwar ca. 75% der gefundenen Pestizide einem klaren Eintragspfad zugeteilt werden konnten, standortübergreifend waren es aber bloss ca. 25%.
Von den 28 standortübergreifend klar einteilbaren Wirkstoffen wurde zehn Pestiziden der Eintragspfad «diffus EZG» und 18 Pestiziden der Eintragspfad «Punktquelle ARA» zugeordnet. Bei den zehn klar dem diffusen Eintragspfad zugeordneten Pestiziden fällt auf, dass diese 2023 – abgesehen von Etofenprox (Biozid und PSM) – nur als PSM (Aclonifen, Fluopicolid, Fluopyram, Metobromuron, Metribuzin, Propyzamid, Proquinazid) bzw. vor 2023 als PSM (Myclobutanil, tau-Fluvalinat) zugelassen waren. Für die 18 klar dem Eintragspfad ARA zugeordneten Pestizide (2-Methyl-4-isothiazolin-3-one, Ethyl-N-acetyl-N-butyl-beta-alaninat, Carbendazim, Cycluron, Etoxazol, Fenamidon, Fenhexamid, Fenpropimorph, Fipronil, Flutolanil, Imidacloprid, Indoxacarb, Ioxynil, Metconazol, Piperonylbutoxid, Spirodiclofen, Thiabendazol Triclopyr) ist jedoch aufgrund der Zulassung nicht so klar, aus welcher Anwendung sie stammen. Diese Pestizide waren für verschiedene Anwendungen zugelassen: als Biozid, PSM, TAM bzw. manche auch mit bereits erloschener Zulassung. Davon wurden Carbendazim, Fipronil, Imidacloprid, Thiabendazol und Triclopyr an allen Standorten gefunden. Die restlichen Wirkstoffe wurden hingegen nur an einzelnen der fünf Standorten gefunden. Generell muss an dieser Stelle erwähnt werden, dass ein Wirkstoff mit PSM-Zulassung, der über die ARA in den Fluss gelangt, auch landwirtschaftlichen Ursprungs sein kann, z. B. durch falsch angeschlossene Befüll- und Waschplätze, unsachgemässe Handhabung und Entsorgungen auf landwirtschaftlichen Betriebsflächen im EZG der ARA.
Bei der ökotoxikologischen Bewertung der Befunde wurden Insektizide als Hauptrisikotreiber in den untersuchten EZG identifiziert. Um die Gewässerrisiken mit gezielten Massnahmen zu reduzieren, ist es also entscheidend, die Eintragspfade dieser Substanzen in Fliessgewässer zu identifizieren. Die Ergebnisse aus der Eintragspfadanalyse sind für die CQK-überschreitenden Substanzen in Tabelle 3 zusammengestellt. Aclonifen, Fipronil und Imidacloprid wurden an allen Standorten detektiert und über alle Standorte hinweg diffus (Aclonifen), bzw. über die ARA (Fipronil, Imidacloprid) eingetragen. (Eine detaillierte Untersuchung zur Belastung von Schweizer Fliessgewässern mit Fipronil findet sich auf Seite 90-95 in A&G 10 2025 [20].)
Des Weiteren wurde den Herbiziden Propyzamid und Metribuzin an allen Standorten, an denen sie detektiert wurden, der Eintragspfad «diffus EZG» zugeordnet (je zwei Standorte). Dem Rest der CQK-überschreitenden Wirkstoffe konnte zwar zum Teil pro Standort ein klarer Eintragspfad zugewiesen werden, jedoch wurden sie standortübergreifend oft auch über beide Pfade eingetragen (Tab. 3). Somit wird deutlich, dass die Befunde an den jeweiligen Standorten sehr spezifisch sein können und eine Verallgemeinerung und damit eine gesamtschweizerische Einordnung basierend auf diesem Datensatz nicht uneingeschränkt möglich ist. Besonders deutlich wird die Standortabhängigkeit bei den nachgewiesenen Pyrethroiden. Beispielsweise wurde Cypermethrin zwar an allen Standorten gefunden, jedoch wurde für drei Standorte der Eintragspfad «diffus EZG» und für zwei der Eintragspfad «Punktquelle ARA» zugeordnet. Auch eine schweizweite Analyse zeigt, dass Pyrethroide sowohl diffus aus dem EZG wie auch über ARA in die Gewässer eingetragen werden (s. S. 80, [21]).
Mit 135 nachgewiesenen Pestiziden wurde eine Vielzahl an Wirkstoffen in sehr unterschiedlichen Konzentrationen in den untersuchten Fliessgewässern gefunden. Nur ca. ein Viertel wurde an allen Standorten nachgewiesen, was den Einfluss von standortspezifischen Unterschieden auf die Pestizidbelastung widerspiegelt. Gegenüber der im NAWA-Trend-MV-Messnetz untersuchten Pestizidpalette wurden in dieser Studie mit dem stark erweiterten Analysenprogramm zusätzlich 59 Pestizidwirkstoffe über ihrer BG detektiert. Allerdings wies von diesen zusätzlich nachgewiesenen Wirkstoffen nur Pethoxamid Befunde über dem CQK auf. Damit deckt das derzeit bestehende Analysenprogramm des NAWA-Trend-MV-Messnetzes zwar die beobachtete Toxizität für Wasserorganismen gut ab, jedoch sollten die zusätzlich in dieser Studie detektierten 59 Wirkstoffe in Zukunft weiter beobachtet werden, da für diese bisher grösstenteils nur ad-hoc-CQK-Werte mit geringer Robustheit vorliegen.
Herbizide waren für ca. 15% der 174 Überschreitungen der CQK verantwortlich, während rund 85% von Insektiziden stammten, besonders von Pyrethroiden und Fipronil. Dabei war das Risiko für Gewässerorganismen langanhaltend und teilweise sehr hoch (z. B. Cypermethrin: 100-fache Überschreitung des CQK). Während bei den Pyrethroiden beide Eintragspfade relevant waren, konnten Fipronil und Imidacloprid eindeutig Einträgen über die Punktquelle ARA zugeordnet werden. Es muss davon ausgegangen werden, dass diese Wirkstoffe an diesen Standorten ganzjährig eingetragen werden und die Gewässerqualität beeinträchtigen. Insgesamt wurde deutlich, dass der Eintrag über die ARA ohne MV-Stufe an den beprobten Standorten mit hohem Abwasseranteil substanziell zur Pestizidbelastung der Fliessgewässer beiträgt. Dabei können die Einträge über die ARA ursprünglich sowohl aus dem Siedlungsgebiet als auch aus der Landwirtschaft stammen. Je Standort konnten etwa drei Viertel der nachgewiesenen Pestizide einem klaren Eintragspfad zugeordnet werden. Standortübergreifend konnten für insgesamt 28 Pestizide klare Eintragspfade zugewiesen werden (10 «diffus EZG» und 18 «Punktquelle ARA»), während für 81 Pestizide beide Eintragspfade infrage kommen.
Â
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[13] Oekotoxzentrum. Vorschläge des Oekotoxzentrums für Qualitätskriterien für Oberflächengewässer. Zugriff: 08.08.2025
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[15] Bub, S. et al. (2025): Limitations of chemical monitoring hinder aquatic risk evaluations on the macroscale. Science 388(6753): 1301–1305
[16] Spycher, S. et al. (2018): Pesticide Risks in Small Streams – How to Get as Close as Possible to the Stress Imposed on Aquatic Organisms. Environmental Science & Technology 52(8): 4526–4535
[17] la Cecilia, D. et al. (2023): Continuous high-frequency pesticide monitoring in a small tile-drained agricultural stream to reveal diel concentration fluctuations in dry periods. Frontiers in Water. 4
[18] Weisner, O. et al. (2021): Risk from pesticide mixtures – The gap between risk assessment and reality. Science of The Total Environment 796: 149017
[19] Moschet, C. et al. (2014): How a Complete Pesticide Screening Changes the Assessment of Surface Water Quality. Environmental Science & Technology 48(10): 5423–5432
[20] Barth, S. et al. (2025): Fipronil belastet Schweizer Fliessgewässer. Aqua & Gas 10/2025: 90-95
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Alle Wirkstoffe, die im Jahr 2023 oder bis zu zehn Jahre davor als PSM oder Biozid in der Schweiz zugelassen waren, wurden zunächst hinsichtlich ihrer Gewässerrelevanz (Persistenz und Mobilität) und ihrer Analysierbarkeit bewertet. Basierend auf dieser Bewertung wurden 253 Wirkstoffe (176 zugelassen, 77 verboten) zur Messung ausgewählt. Von den 176 zugelassenen Substanzen waren 125 nur als PSM, 36 rein als Biozide und 15 für beide Anwendungen zugelassen. Sechs der 15 waren zusätzlich auch als TAM registriert (Details der Substanzauswahl sind in der Onlinedatenbank der Eawag, ERIC, zu finden [1]).
Die Quantifizierung der 253 Substanzen erforderte aufgrund der grossen Polaritätsspanne eine Analyse mittels vier verschiedener Messmethoden (Fig. 2). Für apolare Substanzen (log P > 4) wurde die partikelgebundene und die gelöste Fraktion als Totalkonzentration bestimmt. Hierzu wurden die apolaren Pestizide zunächst mittels Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE) mit Cyclohexan aus der Wasserprobe extrahiert. Das eingedampfte Extrakt wurde aufgeteilt und die Extrakte anschliessend mit zwei unterschiedlichen Nachweismethoden auf die Totalkonzentration der Wirkstoffe hin untersucht:
In der gelösten Fraktion wurden mittels vakuum-unterstützter Verdampfung und Flüssigchromatographie gekoppelt an Elektrospray-Ionisation und hochauflösende Massenspektrometrie (LC-ESI-HRMS) [3] weitere 180 Substanzen quantifiziert. Für die sehr polare Substanz Glyphosat wurde die Ionenchromatografie (IC) gekoppelt an die ESI-HRMS zur Bestimmung genutzt.
Die Quantifizierung erfolgte mittels Referenzstandards und 111 isotopenmarkierter interner Standards. Die erreichten Bestimmungsgrenzen (BG) lagen bei 50 ng/l (Glyphosat; IC-HRMS) und im Mittel bei 70 pg/l (LLE; APGC-MS), 400 pg/l (LLE; LC-ESI-MS) und 35 ng/l (LC-ESI-HRMS). Zu Qualitätssicherungszwecken wurde zudem ein extern hergestellter Referenzstandard mitgemessen und Wiederfindungsraten für die Analyten in Fluss- und Abwasserproben, welche mit bekannten Analytkonzentrationen aufdotiert wurden, berechnet. Für 72% der analysierten Substanzen lag die mittlere Wiederfindung zwischen 80 und 120%. Die relative Standardabweichung der Konzentration von der Dreifachanalyse einer aufgestockten Probe, lag für den Grossteil der Analyten zwischen 0,7 und 11%.
Für die finanzielle Unterstützung möchten wir dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) danken. Besonderer Dank gilt hierbei Nicole Munz für die Koordination des Projektes auf BAFU-Seite und die wertvollen Beiträge. Ausserdem bedanken wir uns bei den kantonalen Fachstellen und Abwasserreinigungsanlagen für die Unterstützung, insbesondere bei Martin Märki, Jennifer Schollée (Kt. Aargau), Thomas Schluep, Charly Knopf (ARA Unterehrendingen), Familie Suter (Strombezug und Platzierung Probenehmer an der Surb), Elise Folly, Lionel Schouwey, Gabrielle Rotzetter, Catherine Folly (Kt. Freiburg), Cédric Papaux (ARA Bussy), Manuel Kunz (Kt. Luzern), Kurt Bürkli (ARA Hochdorf), Christoph Moschet, Christine Egli, Mareike Braun (Kt. Schaffhausen), Werner Bringolf (ARA Hallau), Antonio Pessina, Mauro Veronesi (Kt. Tessin), Christian Chiappa und Fabio Foletti (ARA Barbengo).
Die detaillierten Messwerte sowie weitere Zusatzinformationen zur Studie finden sich auf ERIC, der Online-Datenbank der Eawag.
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