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![Fig. 2 GUS-Wert der einzelnen PSM-Wirkstoffe gegen eingesetzte Menge im Einzugsgebiet einer Messstelle im Jahr 2021. Lila: nachgewiesene PSM-Wirkstoffe, türkis: analysierte, jedoch nicht nachgewiesene Substanzen, grau: im Einzugsgebiet eingesetzt, aber nicht analysierte Substanzen. Nachweise über 0,1 µg/l sind in fetter schwarzer Schrift dargestellt. Die genauen Applikationsdaten sind in SI-B der Publikation von Schorr [11] zu finden.](/media/2137209/ag202603-fa-zimmermann_fig02.jpg?width=760&height=440&bgcolor=e8e8e8 "Fig. 2 GUS-Wert der einzelnen PSM-Wirkstoffe gegen eingesetzte Menge im Einzugsgebiet einer Messstelle im Jahr 2021. Lila: nachgewiesene PSM-Wirkstoffe, türkis: analysierte, jedoch nicht nachgewiesene Substanzen, grau: im Einzugsgebiet eingesetzt, aber nicht analysierte Substanzen. Nachweise über 0,1 µg/l sind in fetter schwarzer Schrift dargestellt. Die genauen Applikationsdaten sind in SI-B der Publikation von Schorr [11] zu finden.")
In der Schweiz werden ungefähr 36% des Trinkwassers aus Lockergesteins-Grundwasserleitern, 30% aus Kluft-Grundwasserleitern und 18% aus Karst-Grundwasserleitern gewonnen [1]. Karst-Grundwasservorkommen nehmen somit einen hohen Stellenwert für die Trinkwasserversorgung der Schweiz ein.
Die Qualität des Schweizer Grundwassers wird im Rahmen der Nationalen Grundwasserbeobachtung NAQUA vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) in enger Zusammenarbeit mit den Kantonen erfasst. Pflanzenschutzmittel (PSM)-Wirkstoffe und deren Metaboliten sind bedeutende Grundwasser-Kontaminanten und werden deshalb ein- bis viermal pro Jahr an den knapp 550 Messstellen der beiden NAQUA-Messnetze TREND und SPEZ untersucht.
PSM werden hauptsächlich im intensiven Pflanzenbau eingesetzt, insbesondere im Ackerbau und in Spezialkulturen wie Wein, Beeren, Obst und Gemüse. Deshalb treten PSM und ihre Metaboliten vor allem im Grundwasser aus Lockergesteins-Grundwasserleitern im intensiv genutzten Mittelland auf [2]. Aufgrund der gut ausgebildeten Böden werden die meisten PSM-Wirkstoffe gut zurückgehalten. In das Grundwasser gelangen vor allem hochmobile, langlebige Metaboliten.
Karst-Grundwasserleiter sind in den Alpen und im Jura verbreitet. Aufgrund der Topografie, der Höhenlage sowie der oftmals geringmächtigen Böden werden diese Regionen deutlich weniger intensiv landwirtschaftlich genutzt als das Mittelland. Dennoch wird auch im Jura auf einem Fünftel der landwirtschaftlichen Fläche intensiver Pflanzenbau mit entsprechendem Einsatz von PSM betrieben [3].
In Karstgebieten kann Niederschlagswasser über geringmächtige Deckschichten und lokale Eintrittspfade wie Schluckstellen sehr rasch bzw. direkt in den Grundwasserleiter versickern. Darum ist Karstgrundwasser sehr empfindlich (vulnerabel) gegenüber Verunreinigungen. Zudem können die Konzentrationen von Schadstoffen kurzfristig stark variieren und hoch sein.
Die NAQUA-Daten zeigen, dass in Messstellen in Karst-Grundwasserleitern auch PSM-Wirkstoffe auftreten, die in gut ausgebildeten Böden meist zurückgehalten und abgebaut werden, wie z. B. Chlortoluron, Ethofumesat, Glyphosat, Isoproturon, Metaldehyd oder Metamitron [1]. Aufgrund der oben beschriebenen Dynamik des Grundwassers in Karstgebieten ist davon auszugehen, dass das heutige NAQUA-Langzeitmonitoring mit maximal vier Beprobungen pro Jahr die Belastungsdynamik von PSM nur unzureichend abbilden kann und die Beprobungsstrategie eventuell in Zukunft angepasst werden muss.
Die Pilotstudie «Pflanzenschutzmittel-RĂĽckstände im Karst» sollte im Rahmen des Aktionsplans Pflanzenschutzmittel [4] (Massnahme 42) daher genauer untersuchen, wie rasch, wie lange und in welchen Konzentrationen PSM-Wirkstoffe nach Regenereignissen in Karstquellen nachgewiesen werden können. Mit diesen Erkenntnissen sollte geprĂĽft werden, welche Beprobungsstrategie die Belastungsdynamik am präzisesten erfasst. Dieser Beitrag konzentriert sich auf die Ergebnisse der PSM-Wirkstoffe. Ergebnisse zu den PSM-Metaboliten sind in [5] und [11] zu finden.Â
Um die Ergebnisse für den Schweizer Jura besser einordnen zu können, wurde zusätzlich das Eintragsrisiko von Pflanzenschutzmitteln im Jura anhand von Grundwasser-Vulnerabilitätskarten und Karten der landwirtschaftlich genutzten Flächen grob abgeschätzt.
Im Rahmen einer Doktorarbeit an der Eawag [5] wurden von 2020 bis 2022 an ausgewählten NAQUA-Messstellen im Schweizer Jura Sammelproben in verschiedener zeitlicher Auflösung entnommen (2 Wochen, 42 Stunden, 2–3 Stunden). Messstellen in alpinen Karstgebieten wurden nicht berücksichtigt, da deren Einzugsgebiete nicht pflanzenbaulich genutzt und dort daher fast keine PSM eingesetzt werden [1]. An zwei der Messstellen im Jura wurden zusätzlich während einiger Wochen mit einem mobilen Massenspektrometer (MS2field) [6] alle 20 Minuten Messungen durchgeführt. Parallel wurden verschiedene weitere Parameter wie elektrische Leitfähigkeit, Wasserstand/Abfluss, Wassertemperatur, Gesamtzellzahl, Trübung, pH-Wert und Nitrat kontinuierlich aufgezeichnet. In den Einzugsgebieten der beiden mit dem MS2field beprobten Messstellen wurden mit Unterstützung des Kantons und der Landwirte ausserdem PSM-Anwendungsdaten erhoben (Wirkstoff, Zeitpunkt, Parzelle, Menge).
Zunächst wurden zehn NAQUA-Messtellen im Jurabogen ausgewählt, an denen im Laufe vergangener Jahre eine grössere Anzahl PSM-Wirkstoffe und -Metaboliten nachgewiesen worden waren. Diese wurden 2020, während der PSM-Anwendungs-periode von Frühling bis Herbst, mittels 2-Wochen-Sammelproben beprobt und auf verschiedene PSM-Wirkstoffe und -Metaboliten analysiert.
Abgestützt auf die Ergebnisse dieser Vorstudie, wurden drei Messstellen für die detaillierte Untersuchung in den beiden darauffolgenden Jahren ausgewählt. Die Auswahlkriterien waren Anzahl und Konzentrationen der nachgewiesenen Sub-stanzen, der Flächenanteil an Ackerbau im Einzugsgebiet, die Schwankungen der elektrischen Leitfähigkeit als Indikator für das Ausmass, in welchem die einzelnen Messstellen auf Regenereignisse reagieren sowie ausreichend Platzverhältnisse an der Messstelle, um das MS2field (Fig. 1) zu installieren.
Folgende Beprobungskampagnen wurden in den Jahren 2021 und 2022 durchgefĂĽhrt:
Alle Proben wurden mittels Umkehrphasen-Flüssigchromatographie, gekoppelt an eine hochauflösende Massenspektrometrie (RPLC-HRMS/MS), analysiert. Insgesamt wurden knapp 300 Substanzen untersucht, über die Hälfte waren PSM-Wirkstoffe [5]. Da auch Substanzen mit sehr hoher Polarität und anionischen funktionellen Gruppen im Grundwasser auftreten können, entwickelte die Eawag zusätzlich eine Trennmethode basierend auf der Ionenchromatographie [7]. Mit dieser Methode konnten die 42-Stunden-Sammelproben von 2021 einer Messstelle auf fünf weitere PSM-Wirkstoffe wie z. B. Glyphosat untersucht werden.
Für die Auswertung der über 2000 MS2field-Proben wurden die Analysedaten, die während Niederschlagsereignissen aufgenommen worden waren, zunächst qualitativ auf alle knapp 300 Substanzen untersucht. Dabei wurden 15 Substanzen – darunter 11 PSM-Wirkstoffe – qualitativ nachgewiesen und anschliessend in allen übrigen Proben quantifiziert.
Die Bestimmungsgrenzen der analysierten PSM-Wirkstoffe lagen zwischen 0,002 und 0,50 µg/l mit einem Median von 0,01 µg/l.Â
Nachgewiesen wurden insgesamt knapp 40 verschiedene PSM-Wirkstoffe, darunter vorrangig Herbizide. Dies liegt einerseits an der höheren applizierten Gesamtmenge und andererseits an der durchschnittlich höheren Mobilität von Herbiziden im Vergleich zu Fungiziden und Insektiziden. Die Ergebnisse der Stoffeinsatzerhebungen in den Einzugsgebieten der beiden mit dem MS2field beprobten Messstellen zeigen ein Verhältnis von ca. 4 : 1 der gesamthaft angewendeten Menge von Herbiziden zu Fungiziden/Insektiziden.
Insgesamt überschritten elf verschiedene PSM-Wirkstoffe den 0,1 µg/l-Grenzwert: die Herbizide Bentazon, Dimethenamid, Ethofumesat, Flufenacet, MCPA, Mesotrion, Metamitron, Metolachlor, Terbuthylazin und Tritosulfuron sowie das Fungizid Tebuconazol.¹
1Â Bentazon, Metolachlor und Terbuthylazin dĂĽrfen in Karstgebieten nicht eingesetzt werden. Tritosulfuron darf in der Grundwasserschutzzone Sh nicht verwendet werden.
In den allermeisten Fällen trat pro Probe maximal ein PSM-Wirkstoff in Konzentrationen über 0,1 µg/l auf. Selten (in maximal zwei 42-Stunden-Sammelproben und mehreren aufeinanderfolgenden MS2field-Proben) überschritten zwei bis maximal drei verschiedene PSM-Wirkstoffe gleichzeitig den Grenzwert.
Bis auf Bentazon, das den Grenzwert an einer Messstelle jedes Jahr überschritt, sind alle Überschreitungen des Grenzwerts auf das Jahr 2021 zurückzuführen. Dies liegt sehr wahrscheinlich vor allem an den feuchteren Witterungsbedingungen im Vergleich zu 2020 und 2022 und an der Beprobungsart im Jahr 2020 (2-Wochen-Sammelproben). Während der MS2field-Messkampagne im Jahr 2022 fielen keine intensiven Niederschläge. Auch während der Beprobung im Herbst 2022 mittels 2–3-Stunden-Sammelproben gab es nur ein grösseres Regenereignis und keine Überschreitungen. In den 2-Wochen-Sammelproben von 2020 führte die starke Verdünnung zu insgesamt geringen Konzentrationen in den Proben.
Bis auf Bentazon und Dimethenamid dauerten die Grenzwertüberschreitungen maximal 42 Stunden an. Für Bentazon wurde bereits im Rahmen des NAQUA-Langzeitmonitorings festgestellt, dass der Grenzwert an einer Messstelle regelmässig überschritten wird. Dimethenamid wurde in dieser Studie in maximal vier aufeinanderfolgenden 42-Stunden-Sammelproben, also an sieben aufeinanderfolgenden Tagen über dem Grenzwert nachgewiesen.
In den höchsten Konzentrationen wurden Metamitron (max. 1,0 µg/l, mit dem MS2field) und Dimethenamid (max. 0,8 µg/l in 42-Stunden-Sammelproben) nachgewiesen. Die Konzentrationen der anderen PSM-Wirkstoffe, die über dem Grenzwert von 0,1 µg/l nachgewiesen wurden, betrugen maximal 0,3 µg/l.
Ob und in welchen Konzentrationen PSM-Wirkstoffe in erhöhten Konzentrationen an einer Karstquelle auftreten bzw. nachgewiesen werden, ist von vielen Faktoren abhängig. Dazu gehören:
Diese Einflussfaktoren führen zu einer schwer vorhersagbaren und sehr lokalen Konzentrationsdynamik von PSM-Rückständen an Karstquellen und damit zu einer grossen Unsicherheit bezüglich des Auftretens von PSM-Rückständen im Karst. Sie werden nachfolgend erläutert.
Eine Möglichkeit, die Eigenschaften verschiedener PSM-Wirkstoffe und damit auch ihr Umweltverhalten miteinander zu vergleichen, bietet der Groundwater Ubiquity Score (GUS). Er gibt für Lockergesteins-Grundwasserleiter an, wie stark die Tendenz einer Substanz ist, ins Grundwasser zu gelangen [8]. Dabei werden die Langlebigkeit der Stoffe und ihre Mobilität, ausgedrückt durch die Neigung des Stoffes zur Sorption im Boden, berücksichtigt. Weist eine Substanz einen GUS-Wert über 2,8 auf, so besitzt sie eine hohe Tendenz ins Grundwasser zu gelangen. Zwischen ca. 1,8 und 2,8 ist die Tendenz moderat, darunter gering bis sehr gering. Allerdings berücksichtigt der GUS einen weiteren wichtigen Parameter – die pro Hektare angewendete Wirkstoffmenge – nicht.
Der GUS wurde zwar für den Eintrag von PSM in Lockergesteins-Grundwasserleiter entwickelt, konnte aber bereits erfolgreich im Karst angewendet werden [9]. Allerdings tritt in vulnerablen Karstgebieten die Bedeutung der Langlebigkeit gegenüber der Mobilität zurück, so dass auch Substanzen, die in erster Linie wegen ihrer Kurzlebigkeit einen tieferen GUS-Wert aufweisen, bei kurz nach der Anwendung erfolgten Niederschlägen ins Grundwasser gelangen können.
Der Zusammenhang zwischen der angewendeten Menge von PSM-Wirkstoffen, deren Stoffeigenschaften und Nachweisen an einer der beiden intensiv beprobten Messstellen ist in Figur 2 dargestellt. Das Einzugsgebiet der Messstelle ist knapp 8 km2 gross und wird zu 43% ackerbaulich genutzt.
Ausser Mesotrion weisen alle PSM, die in Konzentrationen über 0,1 µg/l nachgewiesen wurden, einen GUS-Wert von grösser als 1,8 auf. Mesotrion ist wenig langlebig, weist aber eine recht hohe Mobilität auf, so dass der für Lockergesteins-Grundwasserleiter entwickelte GUS-Wert (1,5 für Mesotrion) hier für die speziellen Bedingungen in Karstgebieten zu tief ausfällt. Mesotrion wurde an der Messstelle nach einem Regenereignis in Konzentrationen von knapp über 0,1 µg/l nachgewiesen.
Fast alle PSM, deren GUS-Wert über 1,8 liegt, und die in Mengen von mindestens 1 kg im Einzugsgebiet der Messstelle eingesetzt wurden, konnten in mindestens einer Probe nachgewiesen werden. Ausnahmen sind Clomazon und Dicamba. Clomazon wurde erst Ende August bzw. Anfang September 2021 appliziert und vermutlich nicht nachgewiesen, da es in diesem Zeitraum nur wenige intensive Niederschlagsereignisse gab. Für Dicamba ist die Nichtdetektion überraschender, da es relativ mobil ist (GUS = 1,9) und auch während der MS2field-Messperiode angewendet wurde. Eine Erklärung könnte der schnelle photolytische Abbau dieser Substanz sein [10].
PSM mit geringer Tendenz ins Grundwasser ausgewaschen zu werden (GUS < 1,8) wurden trotz teils hoher eingesetzter Mengen kaum nachgewiesen, wie z. B. Pendimethalin.
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Alle PSM-Wirkstoffe ausser Bentazon wurden an beiden intensiv beprobten Messstellen nur kurz nach Regenereignissen in Konzentrationen von mehr als 0,1 µg/l detektiert [11]. Dabei traten die meisten PSM-Wirkstoffe nach den Regenereignissen nur in einer Probe in Konzentrationen über 0,1 µg/l auf. Einzelne PSM-Wirkstoffe, wie Dimethenamid, Metamitron und Tebuconazol, wurden nach einzelnen Regenereignissen an einer Messstelle in mehreren Proben hintereinander in Konzentrationen über 0,1 µg/l (bis max. 0,8 µg/l, 1,0 µg/l bzw. 0,2 µg/l) nachgewiesen [11]. Dies teils auch ohne zusätzliche Anwendung zwischen den Regenereignissen.
Die Intensität, die Dauer und der Ort des Niederschlages sowie die Länge der Trockenphase vor dem Niederschlag sind weitere Faktoren, die einen Einfluss auf die Konzentrationsspitzen von PSM im Grundwasser haben können. Dies konnte jedoch anhand der vorhandenen Daten nicht genauer untersucht werden.
Der Vergleich der elektrischen Leitfähigkeitszeitreihen an den untersuchten Messstellen gibt Hinweise auf das unterschiedliche hydrogeologische Systemverhalten der Karst-Grundwasservorkommen. Nimmt die elektrische Leitfähigkeit nach Regenereignissen rasch ab, so ist das ein Hinweis darauf, dass das Niederschlagswasser und deshalb auch Schadstoffe in kurzer Zeit von der Oberfläche bis zur Quelle gelangen können. An der Oberfläche sind Schluckstellen (Dolinen, Schwinden), im Untergrund ein natürliches Röhrennetz, in denen das Wasser schnell fliessen kann, der Grund für diese Verhalten. Die beiden zeitlich hochaufgelöst beprobten Messstellen weisen ein solches Verhalten auf und gelten daher als hoch vulnerabel für den Eintrag von Schadstoffen. Dass an einer der beiden mit dem MS2field beprobten Messstellen geringere Konzentrationen gemessen wurden trotz PSM-Einsatz im Einzugsgebiet, lag höchstwahrscheinlich an den trockenen Witterungsverhältnissen während des Beprobungszeitraums.
Auch das Volumen des Grundwasservorkommens spielt beim Transport bzw. der Verdünnung der Schadstoffe eine Rolle. Ein hydrogeologisches System mit vielen Versickerungsstellen an der Oberfläche und einem geringen Grundwasservolumen neigt zu einer raschen Zunahme der Schadstoffkonzentrationen an der Quelle. Jedoch nehmen die Schadstoffkonzentrationen auch rasch wieder ab, da sich das System schnell erneuert. Umgekehrt führen hydrogeologische Systeme mit einem grossen Grundwasservolumen zu einer Verdünnung der Schadstoffkonzentrationen und folglich zu geringeren Konzentrationsspitzen an der Quelle. Jedoch erneuert sich das System viel langsamer und die Kontamination kann länger andauern.
2021 wurde eine der Messstellen auf verschiedene Arten beprobt (42-Stunden-, 3-Stunden-Sammelproben, Stichproben alle 20 Minuten mit dem MS2field). Vergleicht man die Ergebnisse der Messungen im selben Beprobungszeitraum, so fällt Folgendes auf (Fig. 3):
(1) Im Gegensatz zu den 42-Stunden-Sammelproben wurden in den 20-Minuten-Stichproben (MS2field) höhere Konzentrationen gemessen und folglich auch mehr PSM-Wirkstoffe über dem Grenzwert von 0,1 µg/l nachgewiesen (Ethofumesat, Mesotrion, Metamitron, Metolachlor, Tebuconazol). Einzig Metamitron wurde ebenso in den 42-Stunden-Sammelproben über dem Grenzwert nachgewiesen. Die Maximalkonzentration ist aber in der Sammelprobe um einen Faktor 4 tiefer (0,1 µg/l anstatt 0,4 µg/l).
(2) Die Ergebnisse der 20-Minuten-Stichproben (MS2field) und der 3-Stunden-Sammelproben sind miteinander vergleichbar. Es wurden dieselben PSM-Wirkstoffe in ähnlichen maximalen Konzentrationen nachgewiesen. Allerdings wurde lediglich ein Regenereignis mit diesen beiden Beprobungsarten parallel untersucht und nur ein Wirkstoff (Metamitron) überschritt den Grenzwert.
Sowohl in den Stichproben des Langzeitmonitorings (4 pro Jahr) als auch in den 2-Wochen-Sammelproben findet man selten Grenzwertüberschreitungen von PSM-Wirkstoffen. Je länger jedoch die Zeitreihe ist bzw. je mehr Messungen im Langzeitmonitoring vorliegen, desto grösser ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Probenahme auf einen Zeitpunkt kurz nach einem Regenereignis fällt, dem ein Einsatz eines PSM-Wirkstoffes im Einzugsgebiet vorausging. Das ist an den Daten des NAQUA-Langzeitmonitorings von 2007–2023 an einer der beiden intensiv beprobten Messstelle und dem Vergleich mit den hochaufgelösten Messungen in den Jahren 2020–2022 zu sehen (Tab. 1). Dabei wurden nur PSM-Wirkstoffe berücksichtigt, die im betrachteten Zeitraum mindestens einmal in Konzentrationen über 0,1 µg/l an der Messstelle nachgewiesen wurden.
| PSM-Wirkstoff | Pilotstudie PSM-Rückstände Karst (2020–2022) | NAQUA-Langzeitmonitoring (2007–2023) | ||||||
| Â | Beprobte Jahre | Konzentration | Â | Konzentration | ||||
|  | ≥ BG | > 0,1 μg/l | Maximum [μg/l] | Beprobte Jahre | ≥ BG | > 0,1 μg/l | Maximum [μg/l] | |
| Atrazin | 3 | 3 | - | 0,02 | 17 | 17 | - | 0,04 |
| Chlortoluron | 3 | 2 | - | 0,09 | 17 | 9 | 2 | 0,04 |
| Dimethanamid | 2 | 2 | 1 | 0,79 | 14 | 3 | - | 0,04 |
| Ethofumesat | 2 | 1 | 1 | 0,29 | 12 | 1 | - | 0,04 |
| Glyphosat | 2 | - | - | <BG | 4 | 1 | - | 0,09 |
| Isoproturon | 2 | - | - | <BG | 17 | 4 | 1 | 2,56 |
| Metaldehyd | / | / | / | / | 6 | 3 | 1 | 0,13 |
| Metamitron | 2 | 1 | 1 | 1,03 | 17 | 3 | 2 | 0,36 |
| Metolachlor | 2 | 2 | 1 | 0,34 | 17 | 6 | 1 | 0,13 |
| Mesotrion | 2 | 1 | 1 | 0,10 | 8 | - | - | <BG |
| Tebuconazol | 3 | 2 | 1 | 0,21 | 6 | - | - | <BG |
PSM-Wirkstoffe, die bereits seit vielen Jahren als Pflichtparameter im NAQUA-Langzeitmonitoring analysiert werden – wie Metamitron und Metolachlor –, überschritten sowohl in der Pilotstudie als auch im Langzeitmonitoring mindestens in einem der untersuchten Jahre den Grenzwert. Andere PSM-Wirkstoffe wie Dimethenamid, Ethofumesat, Mesotrion und Tebuconazol wurden lediglich im Rahmen dieser Pilotstudie in Konzentrationen über 0,1 µg/l nachgewiesen. Diese PSM-Wirkstoffe gehören allerdings nicht zu den Pflichtparametern im NAQUA-Langzeitmonitoring und wurden deshalb im Rahmen des Langzeitmonitorings auch nicht jährlich untersucht.
Chlortoluron und Isoproturon traten lediglich im Rahmen des NAQUA-Langzeitmonitorings in erhöhten Konzentrationen über 0,1 µg/l auf. Bei Isoproturon kann dies nicht erstaunen, da dieser Stoff seit Sommer 2020 nicht mehr als Pflanzenschutzmittel verwendet werden darf und deshalb während der intensiven Beprobungskampagnen in den Jahren 2021 und 2022 nicht mehr appliziert wurde.
Chlortoluron wiederum wird im Herbst auf Wintergetreide eingesetzt und wurde im Langzeitmonitoring in zwei aufeinanderfolgenden Jahren (2019 und 2020) in den Novemberproben in Konzentrationen > 0,1 µg/l nachgewiesen. Im Rahmen der Pilotstudie fanden jedoch in dieser Periode des Jahres keine Messungen statt.
Die Erkenntnisse, die an den beiden dicht beprobten NAQUA-Messstellen im Rahmen dieser Studie gewonnen wurden, sind aufgrund der verschiedenen Einflussfaktoren nicht einfach auf Trinkwasserfassungen im gesamten Karst des Jurabogens ĂĽbertragbar.
Deshalb wurde das Eintragsrisiko von PSM anhand von Grundwasser-Vulnerabilitätskarten im Massstab 1 : 25 000 [12, 13] und einer Karte der potenziell PSM-relevanten Flächen² [3] mithilfe einer GIS-Analyse grob abgeschätzt. PSM-relevante Flächen kommen im Jurabogen vor allem in tieferen Lagen zwischen 300 und 1000 m ü. M. und auf flachen bis mittel geneigten Hängen (bis 10° Neigung) vor. Bei einer Überschneidung dieser PSM-relevanten Flächen in den Einzugsgebieten der Trinkwasserfassungen mit Bereichen hoher Vulnerabilität besteht ein Risiko, dass ausgebrachte PSM-Wirkstoffe zu Überschreitungen des Grenzwertes von 0,1 µg/l an der Trinkwasserfassung führen können. Da solche detaillierten Vulnerabilitätskarten bislang nur im Berner und Solothurner Jura zur Verfügung stehen, wurde das Vorgehen in diesen Pilotregionen angewendet. Die Ergebnisse der Pilotregionen wurden auf den gesamten Schweizer Jura übertragen – ausgehend von der Annahme, dass die Pilotregionen repräsentativ sind für die Vielfalt der Karstlandschaften im gesamten Jura [14].
2 Der Datensatz «PSM-relevante Flächen» weist landwirtschaftliche Nutzflächen der Schweiz aus, auf denen aufgrund der Landnutzung potenziell PSM eingesetzt werden. Dies betrifft in erster Linie Ackerflächen inklusive Kunstwiesen, Reben, Obst, Beeren, Wein und andere Dauerkulturen sowie Gemüseanbau, gärtnerische Kulturen und Spezialkulturen. Der Datensatz ist nicht nach Anbaukulturen aufgeschlüsselt.
In den beiden Pilotregionen im Berner und Solothurner Jura liegen über 300 Trinkwasserfassungen. Lediglich die Einzugsgebiete von sieben Trinkwasserfassungen (ca. 2,5%) weisen über 30% potenziell PSM-relevante Flächen auf, dort kann von einer intensiven landwirtschaftlichen Nutzung ausgegangen werden. Die Einzugsgebiete von 85% der Wasserfassungen werden hingegen wenig landwirtschaftlich genutzt. Bei 12,5% der Wasserfassungen wird auf 10–30% der Einzugsgebietsfläche Landwirtschaft betrieben.
Potenziell sind insgesamt 15 Trinkwasserfassungen einem erhöhten Eintragsrisiko von PSM ausgesetzt. In diesen Einzugsgebieten liegt auf mindestens 2% der Einzugsgebietsfläche ein hoch vulnerabler Grundwasserleiter unter PSM-relevanten Flächen. Dies entspricht knapp 5% aller Karst-Trinkwasserfassungen im Berner und Solothurner Jura. In über 70% der Einzugsgebiete gibt es keine Überschneidungen zwischen PSM-relevanten Flächen und hoher Vulnerabilität.
Die Extrapolation auf den gesamten Jura-bogen ergibt eine Anzahl von 15–80 Wasserfassungen (von knapp 1400), die potenziell kurzfristig einem erhöhten Risiko an PSM-Einträgen aus der Landwirtschaft ausgesetzt sind. Dies entspricht 1–6% der Trinkwasserfassungen. Wie hoch die PSM-Konzentrationen im Wasser sind, das letztendlich an den Verbraucher verteilt wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab, z. B. von der Verdünnung im Reservoir, der Vermischung mit Wasser aus anderen Fassungen oder der Verwerfung des Wassers durch den Wasserversorger bei erhöhten Trübungswerten nach Regenereignissen. Auch sind diese Zahlen mit grossen Unsicherheiten behaftet. Zum einen ist nicht bekannt, auf welchen Flächen tatsächlich PSM eingesetzt werden, und zum anderen sind die Informationen zu den Wasser-fassungen und den Einzugsgebieten unvoll-ständig.
Das zeitlich hochaufgelöste Monitoring zeigt auf, dass vulnerable Karstquellen in landwirtschaftlich geprägten Einzugsgebieten des Jurabogens während Trockenwetterabfluss eine gute Wasserqualität hinsichtlich der Belastung mit PSM aufweisen.
Nach Niederschlagsereignissen hingegen kann der Grenzwert von 0,1 µg/l von verschiedenen PSM-Wirkstoffen bis zehnfach überschritten werden. Solche Spitzen sind meist kurzzeitig, können aber in Ausnahmefällen bis zu einigen Tagen andauern.
Mit einer hohen Beprobungsfrequenz lässt sich aufzeigen, ob, wie viele und in welchen Konzentrationen PSM-Wirkstoffe in den Proben nachgewiesen werden. Zeitlich hochaufgelöste Messungen wie 20-Minuten-Stichproben oder 2-3-Stunden-Sammelproben erfassen die Belastungsdynamik an vulnerablen Karstquellen sehr präzise. Mit einer Beprobungsfrequenz von 20 Minuten konnten bis zu viermal höhere Konzentrationen gemessen werden als in 42-Stunden-Sammelproben. 2-Wochen-Sammelproben bildeten die Konzentrationsdynamik nicht ausreichend ab; diese liefern an Karst-Messstellen kaum mehr Informationen als das NAQUA-Langzeitmonitoring mittels vierteljährlicher Stichproben. Grund hierfür ist die kurze Zeitspanne, in der die PSM-Konzentrationen erhöht sind, und die damit einhergehende Verdünnung in den 2-Wochen-Sammelproben.
Um die Belastungssituation adäquat abzubilden, wäre eine an Niederschlagsereignisse angepasste Beprobung von vulnerablen Karstquellen mit stark pflanzenbaulich genutzten Einzugsgebieten notwendig. Dies ist jedoch in der Praxis schwierig umzusetzen und betrifft nur wenige Messstellen. Letzteres hat die Abschätzung des Eintragsrisikos von PSM an Karstquellen im gesamten Schweizer Jura gezeigt. Obwohl die Ergebnisse mit grossen Unsicherheiten behaftet sind, kann davon ausgegangen werden, dass etwa 1–6% aller Trinkwasserfassungen in Karstregionen im Jurabogen potenziell einem erhöhten Risiko an PSM-Einträgen aus der Landwirtschaft ausgesetzt sind. Betroffen sind vor allem Wasserfassungen mit Einzugsgebieten in niedrigen bis mittleren Höhenlagen (zwischen 300 m und 1000 m) und mit Hangneigungen bis 10°, wointensive landwirschaftliche Nutzung vor-kommt.
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[1] BAFU (2019): Zustand und Entwicklung Grundwasser Schweiz. Ergebnisse der Nationalen Grundwasserbeobachtung NAQUA, Stand 2016. Bundesamt fĂĽr Umwelt, Bern. Umwelt-Zustand Nr. 1901
[2] BAFU (2025): Pestizide im Grundwasser.
[3] Koch, U.; Prashuhn, V. (2021): Risikokarten für den Eintrag von Pflanzenschutzmitteln in Oberflächengewässer auf Einzugsgebietsebene. Agroscope Science, Nr. 126/21, Zürich
[4] BAFU (2025): Aktionsplan Pflanzenschutzmittel.
[5] Schorr, J. (2024): Holistic tracing of pollutant dynamics in groundwater using high-resolution mass spectrometry coupled to reversed-phase and ion chromatography, Diss. ETH No. 30372
[6] Dax, A. et al. (2020): MS2field: Mikroverunreinigungen mobil messen. Aqua & Gas 12/20
[7] Schorr, J. et al. (2023): Closing the gap: Ion chromatography coupled to high-resolution mass spectrometry to trace highly polar anionic substances in groundwater. Science of The Total Environment, p. 164170
[8] Gustafson, D.I. (1989): Groundwater ubiquity score: A simple method for assessing pesticide leachability. Environmental Toxicology and Chemistry. 8(4): p. 339–357
[9] Oppeltová, P. et al. (2024): Occurrence and path pollution of emerging organic contaminants in mineral water of Hranice hypogenic Karst. Frontiers in Environmental Science, 12
[10] Gruber, K. et al. (1989): Photolysis of the herbicide dicamba in aqueous solutions and on corn (Zea mays) epicuticular waxes. Environmental Science: Processes & Impacts, 2021. 23(5): p. 786–802
[11] Schorr, J. et al. (2024): Tracing pesticide dynamics: High resolution offers new insights to karst groundwater quality. Water Research 267: p. 122412
[12] ISSKA (2020): Aquifères karstiques du canton de soleure – application KARSYS / Karstgrundwasser im Kanton Solothurn – Anwendung KARSYS. Rapport final/Schlussbericht. Amt für Umwelt des Kantons Solothurn
[13] ISSKA (2022): Carte du Karst Jura Bernois. Exécution des cartes du karst 1:25’000 sur le territoire du Jura Bernois. Note technique
[14] ISSKA (2025): Contamination des aquifères karstiques du Jura par les produits phytosanitaires; évaluation du risque
Unser Dank geht an involvierte kantonale Fachstellen, Wasserversorgungen, Gemeinden und Landwirte für die Unterstützung bei den Beprobungskampagnen und den Stoffeinsatzerhebungen. Michael Fuchs von der Monitron AG danken wir für die Ausrüstung der Messstellen mit Autosamplern und Multiparametersonden. Franziska Jud, Birgit Beck, Philipp Longrée und Heinz Singer von der Eawag danken wir für die exzellente Unterstützung bei Probenahme, MS2field-Messung und Auswertung. Mehreren Kolleginnen und Kollegen am BAFU danken wir für ihre wertvollen Rückmeldungen bei der Durchsicht des Manuskripts.
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