Untersuchung der Aufnahme von luftgetragenen Herbiziden aus wässrigen Lösungen und Driftrückstanden in die Nadeln der Waldkiefer Pinus Sylvestris L.

Study of uptake of airborne herbicides from aqueous Solutions and drift deposits into scots pine (Pinus Sylvestris L.) needles

  • Herbizide, die durch Spray-Drift, Volatilisation oder Winderosion aus landwirtschaftlichen Flächen ausgetragen werden können wiederum auf Nichtzielpflanzen gelangen. Es wird angenommen, dass Wälder eine Senke für luftgetragene Pestizide darstellen. Wirkungen von luftgetragenen Herbiziden auf Nichtzielpflanzen können nicht ausgeschlossen werden. An Blättern von Nichtzielpflanzen haftende Herbizide können wiederum durch Regenereignisse aus der Laubschicht ausgewaschen werden und in den Boden gelangen. Welche Stoffe nach deren Deposition ausgewaschen werden oder aber in der Laubschicht verbleiben hängt vom Verteilungsverhalten an der Blattoberfläche ab. In der vorliegenden Dissertation wurde das Verteilungsverhalten von current-use Herbiziden und einiger ihrer Abbauprodukte an der Oberfläche von Nichtzielpflanzen bestimmt. Als Modellorganismus diente die Waldkiefer Pinus Sylvestris L. mit deren Nadeln Versuche zur Charakterisierung des Adsorptions- und Desorptionsverhaltens von 55 Herbiziden aus wässrigen Lösungen durchgeführt wurden. Es wurden Verteilungsversuche sowohl mit rekonstituiertem epikutikulärem Wachs als auch mit intakten Kiefernnadeln durchgeführt. Für den Stoff Terbuthylazin konnte bei Versuchen mit rekonstituierten epikutikulären Wachsen eine Aufnahme aus der wässrigen Lösung in das Wachs festgestellt werden. Der Verteilungskoeffizient zwischen Wachs und Wasser betrug für die Adsorption log KWachsW = 3, 0. Für die Desorption wurde ein höherer Verteilungskoeffizient von log KWachsW = 3, 3 ermittelt und auf Grund der Differenz eine teilweise irreversible Bindung des Terbuthylazins an das epikutikuläre Wachs angenommen. Sorptionsversuche mit wässrigen Lösungen und intakten Kiefernnadeln zeigten für 19 weitere Herbizide mit einem log KOW > 3,8 eine schnelle Adsorption aus der wässrigen Phase an die Nadeloberfläche mit einer mittleren Lebensdauer für die Adsorption von 12 Minuten (Aclonifen, Bifenox, Bromoxynil-octanoat, Diflufenican, Fenoxaprop-p-ethyl, Fluazifop-p-butyl, Fluroxypyrmeptyl, Haloxyfop-ethoxyethyl, Haloxyfop-methyl, Mefenpyr-diethyl, PCP, Pendimethalin, Picolinafen, Propaquizafop, Prosulfocarb, Pyridate, Quizalofop-ethyl, Triallate und Trifluralin). Die für diese Stoffe ermittelten Kutikula/Wasser-Verteilungskoeffizienten liegen im Bereich log KCW = 3,3 bis 4,8. Für 7 Stoffe war nach einer schnellen Verringerung der Konzentration in der wässrigen Phase eine weitere stetige Abnahme der Herbizidkonzentration mit einer Lebensdauer unter 2000 Minuten zu beobachten (Fluroxypyr-meptyl, Fenoxaprop-p-ethyl, Propaquizafop, Quizalofop-ethyl, Trifluralin, Fluazifop-p-butyl und Haloxyfop-methyl), was durch eine Aufnahme der Stoffe über die epikutikuläre Wachsschicht in das innere Gewebe der Kiefernnadeln erklärt werden kann. Die Stoffe Bromoxynil-octanoat, Fluroxypyr-meptyl, Propaquizafop, Quizalofop-ethyl und Trifluralin zeigten eine irreversible Aufnahme aus wässrigen Lösungen in Kiefernnadeln. In einem Laborversuch wurde die Deposition von Herbiziden auf intakten Kiefernnadeln simuliert. Die Verteilung zwischen der epikutikulären Wachsschicht, Niederschlagswasser und den nach Extraktion mit Dichlormethan verbleibenden Nadeln wurde für das Herbizid Isoproturon und seine Abbauprodukte ermittelt. Das hierfür entwickelte Versuchsdesign erlaubte die Messung der Verteilungsvorgänge an intakten, noch am Zweig befindlichen Kiefernnadeln. Die Translokation, Volatilisation und die Bildung von Abbauprodukten konnten quantifiziert werden. Die Laborversuche ergaben, dass Isoproturon bei Kontakt mit wässrigen Lösungen sofort (Lebensdauer unter 1 Minute) von der Oberfläche der Kiefernnadeln desorbiert und nicht in das innere Gewebe der Kiefernnadel aufgenommen wird. Darüber hinaus treten bei Driftrückständen kleiner Stoffmenge und Schichtdicke (1 ng/mm²) für Isoproturon hohe Verluste (zwischen 47 und 88 % der ursprünglich applizierten Menge) durch Volatilisation und abiotischen Abbau auf. Aus den Ergebnissen der Laborversuche können Rückschlüsse zum Verbleib des Herbizids Isoproturon im Waldökosystem getroffen werden. Sie zeigen, dass Driftrückstände von polaren Herbiziden durch Regenereignisse aus der Vegetationsoberfläche von Nichtzielpflanzen ausgetragen werden und in andere Umweltkompartimente gelangen können.
  • Herbicides, which are transported via spray-drift, volatilisation or wind erosion from agricultural areas can be deposited on non-target plants. It is assumed, that forests act as a sink for airborne pesticides. An influence of airborne herbicides on non-target plants cannot be excluded. Also herbicides adsorbed to leaves of non-target plants can be washed off by rain events from the leave canopy and reach the ground. Which substances are washed off after deposition or remain in the leave canopy is influenced by the partition- and transport behavior of the substance on the leaf surface. In this work the partition- and transport behavior of current-use herbicides and some of their transformation products was investigated on surfaces of non-target plants. As a model organism the scots pine Pinus Sylvestris L. was chosen. Scots pine needles were used in experiments to measure adsorption- and desorption behavior of 55 herbicides from aqueous solutions. Partition studies were carried out with reconstituted epicuticular wax as well as with intact pine needles. For the substance terbuthylazine studies with reconstituted epicuticular wax demonstrated the uptake of the substance to the wax from aqueous solution. The partition coefficient between wax and aqueous phase was for the adsorption log KWaxW = 3,0. For the desorption a higher partition coefficient of log KWaxW = 3,3 was discovered. Due to that difference it was assumed, that the substance is partly irreversible bound to the epicuticular wax. Sorption studies with aqueous solutions and intact pine needles showed for 19 other herbicides with log KOW > 3,8 a quick adsorption from the aqueous phase to the needle surface, with an average mean lifetime for adsorption of 12 minutes (aclonifen, bifenox, bromoxynil-octanoate, diflufenican, fenoxaprop-p-ethyl, fluazifop-p-butyl, fluroxypyr-meptyl, haloxyfop-ethoxyethyl, haloxyfopmethyl, mefenpyr-diethyl, PCP, pendimethalin, picolinafen, propaquizafop, prosulfocarb, pyridate, quizalofop-ethyl, triallate and trifluralin). The measured cuticle/water partition coefficients were for those substances in a range of log KCW = 3,3 to 4,8. For 7 substances after fast decrease of the concentration in the aqueous phase a slower continuous decrease of the herbicide concentration with a mean lifetime below 2000 minutes was observed (fluroxypyr-meptyl, fenoxaprop-p-ethyl, propaquizafop, quizalofop-ethyl, trifluralin, fluazifop-p-butyl and haloxyfop-methyl). This could be explained with an uptake of the substances through the epicuticular wax layer into the inner tissue of the pine needles. The substances bromoxynil-octanoate, fluroxypyr-meptyl, propaquizafop, quizalofop-ethyl and trifluralin showed an irreversible uptake from aqueous solutions into pine needles. In a laboratory study the deposition of herbicides to intact pine needles was simulated. The partition between the epicuticular wax layer, precipitation and the needle tissue remaining after extraction with dichloromethane was measured for the herbicide isoproturon and its transformation products. The experimental design allowed the measurement of partition with intact needles, still attached to the pine branches. The translocation, volatilisation and formation of transformation products was quantified. The laboratory studies revealed, that isoproturon is immediately desorbed from the pine needle surface when in contact with aqueous solutions (mean lifetime below 1 minute). It is not taken up into the inner tissue of the pine needles. Furthermore for small amounts and thin layers of drift deposits of isoproturon (1 ng/mm²) high losses (between 47 and 88 % of the initial amount) due to volatilisation and abiotic transformation were observed. The results of those laboratory studies can provide conclusions on the fate of the herbicide isoproturon in forest ecosystems. It is shown, that drift deposits of polar herbicides can be washed off by rain events from the vegetation canopy of non-target plants. Thus the substances can be transported to other environmental compartments.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author:Andreas Fleischer
URN:urn:nbn:de:gbv:luen4-opus-142790
URL: https://pub-data.leuphana.de/frontdoor/index/index/docId/662
Advisor:Wolfgang Ruck (Prof. Dr.)
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2013
Date of Publication (online):2013/12/17
Publishing Institution:Leuphana Universität Lüneburg
Granting Institution:Leuphana Universität Lüneburg, Nachhaltigkeit
Date of final exam:2013/10/22
Release Date:2013/12/17
Tag:cuticula; herbicides; precipitation; scots pine; water
GND Keyword:Herbizid; Kutikula; Waldkiefer; Niederschlag; Luftbewegung
Institutes:Fak 3 - Umwelt und Technik (alt) / Chemie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften