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Pflanzenschutzmittel (PSM) stellen für Tiere und Pflanzen in Fliessgewässern ein Risiko dar. Viele Gewässer erfüllen die Anforderungen der Gewässerschutzverordnung (GSchV) [1] nicht, dadurch werden Gewässerlebewesen beeinträchtigt. Der Bundesrat will mit dem im Jahr 2017 publizierten «Aktionsplan Pflanzenschutzmittel» (AP PSM) [2] die Risiken für Mensch und Umwelt, insbesondere für die Gewässer, reduzieren. Er formulierte im Aktionsplan verschiedene Ziele für Fliessgewässer:
Im Mai 2024 publizierte der Bundesrat einen Zwischenbericht zur Umsetzung des AP PSM und des Bundesgesetzes über die Verminderung der Risiken durch den Einsatz von Pestiziden [4]. Vor diesem Hintergrund evaluierte die VSA-Plattform «Wasserqualität» im Auftrag des Bundesamts für Umwelt (BAFU), ob die darin formulierten Ziele für die Fliessgewässer erreicht werden. Die Plattform wertete dafür Messungen von Pestizidkonzentrationen in Bächen und Flüssen aus. Ein Teil der Resultate floss auch in den Zwischenbericht des Bundesrates ein. Der vollständige Bericht ist online verfügbar [5]. Der vorliegende Artikel gibt die wichtigsten Erkenntnisse in zusammengefasster Form wieder und geht insbesondere auf folgende Fragen ein:
Insgesamt ist es eine Herausforderung herauszufinden, ob die PSM-Risiken effektiv und anhaltend zu- oder abgenommen haben, denn die PSM-Konzentrationen in den Gewässern schwanken sehr stark. Unter anderem beeinflusst die Witterung die PSM-Anwendung und die PSM-Einträge. Regnet es beispielsweise viel, werden die eingesetzten PSM stärker in die Bäche abgeschwemmt als in trockenen Jahren.
Seit 2019 steht in der Schweiz ein einmaliger Datensatz zur Verfügung, mit dem die Gewässerbelastung durch PSM sehr gut abgebildet wird. So wird mit den 36 Standorten, an denen die Probenahme mehrheitlich das ganze Jahr über erfolgt, die ganze Bandbreite an unterschiedlichen Fliessgewässern abgedeckt. Analysiert werden die wichtigsten Pflanzenschutzmittel.
Allerdings beziehen sich einige Ziele im AP PSM auf eine Referenzperiode (2012–2015). Die Datenlage in der Referenzperiode ist schlecht. Nur von acht Standorten, die heute noch untersucht werden, liegen Daten aus der Referenzperiode vor. Zwei der acht Standorte sind die grossen Flüsse Rhein und Rhône. Aufgrund der grossen Verdünnung mit unbelastetem Wasser aus den Bergen sind die PSM-Risiken dort sehr tief. Ausserdem werden wichtige Wirkstoffgruppen, insbesondere Pyrethroide, erst seit 2019 verbreitet gemessen. Zur Entwicklung dieser Insektizide, die für die Risiken in den Gewässern sehr wichtig sind, können keine Aussagen im Vergleich zur Referenzperiode gemacht werden.
Der grösste Teil der Daten stammt aus NAWA TREND MV, dem schweizweit koordinierten Monitoringprogramm zur langfristigen Dauerbeobachtung von Mikroverunreinigungen in Fliessgewässern. Daten von kantonalen Messprogrammen und Spezialuntersuchungen der Eawag (NAWA SPEZ 2012, 2015 und 2017) ergänzen das Bild. Für die meisten Standorte und Jahre liegen Konzentrationen von PSM aus zeitproportionalen Zwei-Wochen-Mischproben vor, die das gesamte Jahr abdecken.
Die in NAWA TREND MV gemessenen Wirkstoffe werden sorgfältig ausgewählt und periodisch überprüft [6]. Damit ist sichergestellt, dass wichtige PSM-Wirkstoffe auch untersucht werden.
An allen Standorten werden spätestens seit 2019 die gleichen knapp 40 Wirkstoffe gemessen, an einigen Standorten zusätzlich bis 60 und mehr. Die Spezialanalytik für Pyrethroid- und Organophosphat-Insektizide wird nur an den Standorten eingesetzt, an denen man erwartet, dass diese Wirkstoffe in messbaren Konzentrationen vorkommen (an rund der Hälfte der Standorte). Damit decken die vorliegenden Daten ab 2019 ein breites Wirkstoffspektrum ab.
Für unsere Auswertungen werden jeweils alle Wirkstoffe betrachtet, die in mindestens einem der betrachteten Jahre als PSM zugelassen waren. Gewisse Wirkstoffe sind nicht nur als PSM zugelassen, sondern auch noch als Biozid und/oder Tierarzneimittel. Bei solchen Wirkstoffen kann ein Teil der Belastung aus Biozid- oder Tierarzneimittel-Anwendungen stammen. Sie werden in den Auswertungen berücksichtigt, sofern sie im betrachteten Zeitraum als PSM zugelassen waren. Würden wir sie ausschliessen, wäre die Wirkung von Risikoreduktionsmassnahmen für diese Wirkstoffe in den Auswertungen nicht erkennbar. Somit könnte man wichtige Entwicklungen verpassen, zumal es auch risikoreiche Wirkstoffe betrifft.
Bei einem Vergleich über die Zeit müssen die verwendeten Daten harmonisiert, also auf den grössten gemeinsamen Nenner gebracht werden. Es kann sonst zu falschen Schlussfolgerungen kommen. Wenn beispielsweise besonders toxische Wirkstoffe erst in späteren Jahren gemessen wurden, man aber alle Daten berücksichtigt, würde man eine Verschlechterung der Belastung beobachten, die nicht real ist. Dasselbe gilt, wenn besonders verunreinigte Standorte nicht immer untersucht wurden oder der Untersuchungszeitraum (z. B. Januar bis Dezember oder März bis Oktober) an einem Standort nicht immer gleich war.
Die Ziele des AP PSM verlangen eine Beurteilung des Gewässerzustands basierend auf den Grenzwerten gemäss Anhang 2 der Gewässerschutzverordnung (GSchV). Die GSchV beinhaltet für 19 organische Pestizide ökotoxikologische Grenzwerte. Für alle anderen Pestizide gilt ein allgemeiner Grenzwert von 0,1 µg/l. Für die rechtliche Beurteilung der Gewässer orientieren wir uns an den Vorgehensvorschlägen der Interkantonalen Empfehlung «Methode zur Untersuchung und Beurteilung von Fliessgewässern – organische Mikroverunreinigungen – numerische Anforderungen Anhang 2 GSchV» [7].
Nicht alle risikoreichen PSM haben einen ökotoxikologisch basierten Grenzwert in der GSchV. Für einige PSM existieren aber ökotoxikologische Qualitätskriterien (QK), die in gleicher Weise wie die Grenzwerte hergeleitet wurden, die aber nicht rechtsverbindlich sind [8].
Das durch ein einzelnes PSM verursachte Risiko für ein Gewässer bestimmen wir durch den Risikoquotienten (RQ). Dies ist der Quotient aus der gemessenen Konzentration und dem zugehörigen Qualitätskriterium. Wenn die Konzentration im Gewässer höher ist als das QK wird der RQ grösser als 1 und ein Risiko für Gewässerorganismen kann nicht mehr ausgeschlossen werden.
Die Beurteilung der zeitlichen Entwicklung der Risiken in den Fliessgewässern erfolgt durch zwei verschiedene Ansätze:
In diesem Abschnitt wird das Leitziel des AP PSM für die Gewässer überprüft: «Ober- und unterirdische Gewässer sind vor nachteiligen Einwirkungen geschützt. Die Anforderungen an die Wasserqualität, ausgedrückt durch die numerischen Anforderungen (hier: Grenzwerte) von Anhang 2 der GSchV, werden eingehalten.»
Für die Beurteilung des aktuellen Gewässerzustands wird die Anzahl der Grenzwertüberschreitungen im Jahr 2022 pro Standort betrachtet (Fig. 1). Die Abbildung zeigt die Überschreitungen der ökotoxikologischen Grenzwerte und des allgemeinen Grenzwertes von 0,1 μg pro Liter.
An 22 der 36 untersuchten Standorte (61%) wurden ökotoxikologische Grenzwerte überschritten. Das Leitziel «Einhaltung der Grenzwerte» ist somit bisher noch nicht erreicht: So werden in fast allen kleinen und mittelgrossen Fliessgewässern Grenzwerte nicht eingehalten. Nur in den grossen Flüssen Rhein, Rhône und Aare und in mehreren grossen Fliessgewässern wurden sie eingehalten.
In der Folge wird ein Zwischenziel des AP PSM zum Schutz der Gewässer überprüft. Bei diesem Ziel soll die Länge der Abschnitte des Schweizer Fliessgewässernetzes mit Überschreitungen der numerischen Anforderungen (hier: Grenzwerte) an die Wasserqualität gemäss GSchV bis 2027 (im Vergleich zur Referenzperiode 2012–2015) halbiert werden.
Mit den Messdaten ab 2019 lässt sich gut abschätzen, ob sich die PSM-Belastung im Schweizer Fliessgewässernetz in die richtige Richtung entwickelt. Die Länge des Schweizer Fliessgewässernetzes mit Überschreitungen der Grenzwerte wird anhand des Anteils an Standorten mit Überschreitungen beurteilt. Dieser Anteil wird für drei Gewässergrössenklassen (kleine Fliessgewässer, mittelgrosse Fliessgewässer, grosse Fliessgewässer/Flüsse) einzeln bestimmt (Fig. 2). Einerseits, weil die Belastungssituation je nach Gewässergrösse anders ist (Fig. 1) und andererseits, weil die kleinen Fliessgewässer den grössten Teil des Schweizer Fliessgewässernetzes ausmachen, aber verhältnismässig weniger untersuchte Standorte an kleinen Fliessgewässern liegen. Der genaue Wortlaut des Zwischenziels kann aus mehreren Gründen mit den zur Verfügung stehenden Messdaten nicht abschliessend überprüft werden. Einerseits stehen für die Referenzperiode zu wenige Daten zur Verfügung. Anderseits zeigt ein Forschungsprojekt, dass auch mit den umfassenden NAWA-TREND-MV-Daten keine Vorhersage möglich ist, in wie vielen Kilometern Fliessstrecke die Grenzwerte eingehalten werden [9].
Die Anzahl Standorte, an denen alle Grenzwerte eingehalten werden (blau, Fig. 2), hat sich zwischen 2019 und 2022 kaum verändert. Zwar zeigt sich 2022 eine leichte Verbesserung in den mittelgrossen und grossen Fliessgewässern, über die vier Jahre betrachtet, ist aber kein eindeutiger Trend erkennbar. 2022 gab es hingegen deutlich weniger Standorte mit mehr als zehn Grenzwertüberschreitungen (dunkelrot, Fig. 2). So ist zumindest bei stark belasteten Gewässern ein Trend zur Verbesserung sichtbar.
Die kleinen und mittelgrossen Fliessgewässer machen rund 85% des Fliessgewässernetzes mit landwirtschaftlicher und urbaner Nutzung im Einzugsgebiet aus. Sie weisen in mehr als drei Viertel der untersuchten Gewässer Grenzwertüberschreitungen auf. Das heisst: Selbst unter der Worst-Case-Annahme, dass in der Referenzperiode (2012–2015) in allen Gewässern Grenzwertüberschreitungen aufgetreten sind, zeigen die Daten der Jahre 2019–2022 keine Halbierung. Daher muss davon ausgegangen werden, dass sich die Länge der Abschnitte des Schweizer Fliessgewässernetzes mit Überschreitungen der ökotoxikologischen Grenzwerte gegenüber 2012–2015 noch nicht halbiert hat. Dieses Ziel wird gemäss dem Zwischenbericht des Bundesrates voraussichtlich auch bis 2027 nicht erreicht [4].
In der Folge wird ein weiteres Zwischenziel des AP PSM überprüft, das auch im Bundesgesetz über die Verminderung der Risiken durch den Einsatz von Pestiziden festgelegt wurde. Dieses Ziel umfasst eine Reduktion der PSM-Risiken für aquatische Organismen bis 2027 um 50% gegenüber der Referenzperiode 2012-2015». Zur Überprüfung, ob dieses Ziel erreicht wird, entwickelte Agroscope einen Risikoindikator für Oberflächengewässer [10, 11]. Die zeitliche Entwicklung dieses Indikators seit der Referenzperiode wird im Zwischenbericht des Bundesrates zum AP PSM [4] beschrieben.
Der Zwischenbericht geht davon aus, dass dieses Ziel bis 2027 erreicht werden kann. Ergänzend zum berechneten Risikoindikator können auch die gemessenen PSM-Konzentrationen verwendet werden, um die Entwicklung der Risiken für die Gewässerorganismen zu beschreiben. Aufgrund der fehlenden Daten in der Referenzperiode kann auch dieses Ziel erst ab 2019 umfassend überprüft werden. Die folgenden Abschnitte gehen auf verschiedene Aspekte der Risikoentwicklung in den Gewässern ein.
In den Jahren 2019–2022 kommen 36 PSM mindestens einmal in Konzentrationen vor, bei denen eine Gefährdung von Gewässerlebewesen nicht mehr ausgeschlossen werden kann.
Etwa die Hälfte der Überschreitungen von ökotoxikologischen Qualitätskriterien im Jahr 2022, sind von Wirkstoffen, die in der GSchV nur mit dem generellen Grenzwert von 0,1 µg/l geregelt sind. Viele davon stellen aber bereits in tieferen Konzentrationen ein Risiko für Gewässerorganismen dar. Eine rein rechtliche Beurteilung wird damit den Risiken für Gewässerorganismen, die durch PSM ausgelöst werden, nicht gerecht.
Insgesamt geht die Anzahl Überschreitungen in den Jahren 2019–2022 deutlich zurück (Fig. 3). 2019 waren es gut 400 Überschreitungen, 2022 nur noch gut 250. Der Rückgang findet vor allem bei Wirkstoffen mit einem ökotoxikologischen Grenzwert in der GSchV statt (schraffiert, Fig. 3). Aber auch bei den Stoffen ohne ökotoxikologischen Grenzwert geht die Anzahl der Überschreitungen zurück. Ein wesentlicher Anteil des Rückgangs kommt von Chlorpyrifos und Chlorpyrifos-methyl, die seit 2021 (Chlorpyrifos-methyl) bzw. 2022 (Chlorpyrifos) nicht mehr eingesetzt werden dürfen. Aber auch Wirkstoffe, die weiterhin als PSM zugelassen sind, führen seltener zu Überschreitungen (z. B. Propyzamid und Metazachlor). Allerdings gibt es auch Wirkstoffe, bei denen die Anzahl Überschreitungen gleichbleibt oder eher zunimmt (z. B. Cypermethrin und Lambda-Cyhalothrin).
Die Überschreitungen von QK werden zu ähnlichen Teilen von Herbiziden und Insektiziden verursacht. Fungizide verursachen wenige Überschreitungen. Der Rückgang der Überschreitungen ist sowohl bei den Insektiziden wie auch bei den Herbiziden zu beobachten, allerdings ist der Rückgang bei den Insektiziden ausgeprägter. Im Jahr 2022 gab es zum ersten Mal mehr Überschreitungen durch Herbizide als durch Insektizide.
Bei der Betrachtung der Anzahl Überschreitungen wird die Höhe der Überschreitung nicht berücksichtigt. Aus ökotoxikologischer Sicht spielt es aber eine wichtige Rolle, wie hoch das Risiko tatsächlich ist. Um diesen Aspekt zu berücksichtigen, wird die Risiko-Kennzahl (RK) verwendet.
Figur 4 zeigt pro Jahr die RK von jedem einzelnen Standort und den Mittelwert über alle Standorte. Die durchschnittliche RK war 2019 am höchsten und 2021 am tiefsten. Die Streuung der Daten ist sehr hoch, und es ist kein Trend erkennbar.
Auffällig sind in Figur 4 die einzelnen sehr hohen RK. Diese zeigen sich aber nicht immer an denselben Standorten. Insgesamt haben 9 der 36 Standorte in mindestens einem Jahr eine RK grösser als 10, die meisten aber nur in einem der vier untersuchten Jahre. Nur ein Standort hat in mehreren Jahren eine RK grösser 10 (Furtbach, 3 Jahre). Häufig kommen diese hohen RK durch wenige Proben mit sehr hohen RQ einzelner Wirkstoffe zustande. Oft sind Pyrethroide dafür verantwortlich. In den Jahren 2020 bis 2022 waren es zwar weniger Standorte mit solch hohen RK als 2019, aber so hohe Werte kommen weiterhin vor und in den Jahren 2020 bis 2022 ist keine weitere Verbesserung zu erkennen.
Die Entwicklung der RK hängt somit stark davon ab, ob es gelingt, die Gewässereinträge von Stoffen mit hohem Risiko für Gewässerorganismen deutlich zu reduzieren. Zum selben Schluss kommt eine Modellierungsstudie von Agroscope [12]. Diese zeigt auf, dass man eine Halbierung der Risiken nur erreichen kann, wenn es gelingt, die Einträge von Pyrethroiden in die Gewässer deutlich zu reduzieren.
Einigen für die Gewässerrisiken relevanten Insektiziden wurde die Zulassung als PSM in den letzten Jahren entzogen (z. B. Thiacloprid, Chlorpyrifos, Chlorpyrifos-methyl, Bifenthrin, Imidacloprid, und Thiametoxam). Dies zeigt sich in den Daten bis 2022 erst teilweise, da mehrere Aufbrauchfristen 2022 oder später auslaufen und die Wirkstoffe daher noch angewendet werden durften. Ab 2023 dürfen ausserdem Betriebe, die Direktzahlungen beziehen, einige gewässerrelevante Wirkstoffe nur noch mit Sonderbewilligung ausbringen. Ob diese Massnahmen ausreichen, um die Risiken bis 2027 um 50% zu reduzieren, lässt sich aufgrund der vorliegenden Messdaten nicht vorhersagen.
Selbst wenn es gelingt, die Risiken in den Gewässern bis 2027 um 50% zu reduzieren, halten damit nicht alle Gewässer die Anforderungen der GSchV ein. Auch das Leitziel des AP PSM für die Gewässer würde somit nicht erreicht.
Nur an 8 Standorten, die aktuell noch jährlich untersucht werden, liegen Daten in der Referenzperiode des AP PSM (2012–2015) vor. Die Risikoentwicklung seit der Referenzperiode kann deshalb nur an diesen Standorten betrachtet werden. Diese wenigen Standorte erlauben nur beschränkte Aussagen über die Risikoentwicklung im gesamten Schweizer Gewässernetz.
Für die Wirkstoffgruppe der Pyrethroide und andere wichtige Wirkstoffe liegen keine Daten aus der Referenzperiode vor. Ausserdem wurden einige Standorte in der Referenzperiode nur im Frühjahr und Sommer untersucht. In der Auswertung seit der Referenzperiode (Fig. 5) ist also nur ein Teil der heute nachweisbaren Risiken zu sehen. Figur 5 zeigt für das Jahr 2022 an 5 Standorten weniger als ein Drittel der heute bekannten Risiken. An den meisten dieser 8 Standorten kann man also über die Entwicklung des grössten Teils der Risiken keine Aussagen seit der Referenzperiode treffen.
Figur 5 zeigt die Entwicklung der RK an den 8 Standorten mit Daten seit der Referenzperiode. An allen Standorten nehmen die Risiken ab, teilweise ist eine sehr deutliche Reduktion erkennbar. Interessanterweise sind unterschiedliche Wirkstoffe für die Risiken an den verschiedenen Standorten verantwortlich (unterschiedliche Farben je Standort). Innerhalb eines Standortes bleiben es aber weitgehend dieselben Wirkstoffe, die in allen Jahren wesentlich zu den Risiken beitragen (pro Standort bleiben die Farben über die Zeit gleich). Die Risikoreduktion ist also nicht nur auf einzelne Wirkstoffe zurückzuführen (z. B. solche die nicht mehr zugelassen sind), sondern kommt durch Massnahmen zustande, die an den verschiedenen Standorten auf unterschiedliche Wirkstoffe wirken.
Seit 2019 liegt in der Schweiz ein einmaliger Datensatz vor, um die Entwicklung der Risiken durch PSM in den Fliessgewässern zu untersuchen. Die Auswertung führt zu folgenden Schlussfolgerungen:
[1] SR-814.201 (2023): Gewässerschutzverordnung, Schweiz. https://www.fedlex.admin.ch/eli/cc/1998/2863_2863_2863/de
[2] Bericht des Bundesrates (2017): Aktionsplan zur Risikoreduktion und nachhaltigen Anwendung von Pflanzenschutzmitteln
[3] Bundesgesetz über die Verminderung der Risiken durch den Einsatz von Pestiziden. Dieses Gesetz bewirkte Änderungen des Chemikaliengesetzes, des Landwirtschaftsgesetzes und des Gewässerschutzgesetzes
[4] Bericht des Bundesrates (2024): Aktionsplan Pflanzenschutzmittel und Bundesgesetz über die Verminderung der Risiken durch den Einsatz von Pestiziden – Zwischenbericht zur Umsetzung 2017–2022
[5] Dietzel, A.; Doppler, T. (2024): Wirkung des Aktionsplans Pflanzenschutzmittel auf die Fliessgewässer. Bericht im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU). VSA, Glattbrugg. Verfügbar auf: https://www.bafu.admin.ch/dam/bafu/de/dokumente/wasser/externe-studien-berichte/wirkung-des-aktionsplans-pflanzenschutzmittel-auf-die-fliessgewaesser.pdf.download.pdf/Zwischenbericht_WK-AP-PSM.pdf
[6] Daouk, S.; Wittmer, I. (2023): Substance selection for the monitoring of organic micropollutants in Swiss surface waters. VSA Report on behalf of the Federal Office for the Environment (FOEN), Stand: Dezember 2023
[7] Wittmer, I.; Doppler, T. et al. (2024): Methode zur Untersuchung und Beurteilung von Fliessgewässern – Organische Mikroverunreinigungen - numerische Anforderungen Anhang 2 GSchV, Interkantonale Empfehlung, Lab’Eaux & VSA
[8] Website des Ökotoxzentrums: https://www.oekotoxzentrum.ch/expertenservice/qualitaetskriterien/qualitaetskriterienvorschlaege-oekotoxzentrum, aufgerufen am 31.05.2024
[9] Fabre, C.; Chow, R. et al. (2021): Schlussbericht MachTrend: Feasibility study on trend analysis and spatial extrapolation of NAWA pesticide monitoring data
[10] Korkaric, M.; Ammann, L. (2022): Nationale Risikoindikatoren basierend auf dem Verkauf von Pflanzenschutzmitteln, Agrarforschung Schweiz 13
[11] Korkaric, M.; Lehto, M. et al. (2023): Nationale Risikoindikatoren für Pflanzenschutzmittel – Weiterführende Analysen, Agroscope Science Nr. 154
[12] Dueri, S.; Mack, G. (2024): Modeling the implications of policy reforms on pesticide risk for Switzerland. Science of The Total Environment 928: 172436
An dieser Stelle bedanken wir uns beim BAFU für die Finanzierung des Projekts zur Wirkungskontrolle des «Aktionsplans Pflanzenschutzmittel» in den Fliessgewässern. Weiter danken wir den kantonalen Gewässerschutzfachstellen, dem BAFU, der Rheinüberwachungsstation und der Eawag für die Bereitstellung der Daten.
Herzlichen Dank auch an alle, die uns bei den Auswertungen und beim Schreiben des Artikels unterstützt haben: Irene Wittmer, Silwan Daouk, Christiane Ilg, Ruth Scheidegger und Stefan Hasler (VSA); Andreas Scheidegger (Eawag); Nicole Munz, Fabian Soltermann, Urs Schönenberger, Sofia Barth und Christian Leu (BAFU); Simon Spycher.
Darüber hinaus geht unser Dank an die Begleitgruppe des Projekts bestehend aus Heinz Singer (Eawag), Jan Wäspe (BLW), Judith Blom (Agroscope), Päivi Rinta (BAFU), Matthias Ruff (AWA Bern) und Christian Götz (AWEL Zürich) für die wertvollen Diskussionen.
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