Prosjektbeskrivelse «Effekter av jordarbeiding og klimaendring på avrenning av glyfosat og soppmidler på arealer med lav erosjonsrisiko» Bakgrunn EUs direktiv om bærekraftig bruk av plantevernmidler (EU 2009/128/EF) vil få stor betydning for norsk jordbruk i framtida. Ny norsk plantevernmiddelforskrift med forslag til implementering av bestemmelsene i dette direktivet har vært ute på høring vil trolig bli vedtatt og tre i kraft innen 1 2 år. Direktivet stiller krav om tiltak for å beskytte vannmiljø og drikkevann. «Identifisering og reduksjon av risiko for grunnvann og overflatevann må gjøres for hvert plantevernmiddel og bruk» (Pesticides Forum, 2012). I England er f.eks offentlige og private tiltak, og incentiver utredet i forhold til det nye direktivet. Integrert plantevern er en viktig del av dette direktivet som gir prioritet til ikke kjemiske metoder. Når kjemiske plantevernmidler velges for en skadegjører, skal det midlet velges som gir minst risiko for helse og miljø. Dette vil kreve gode kunnskaper om egenskaper og lokale forhold. Internasjonalt utvikles nye rådgivingsverktøy for å kunne velge plantevernmidler ut fra stedsspesifikke egenskaper. Slike verktøy vil være viktig for vurderinger av både kjemisk tilstand, miljøbelastninger og tiltaksbehov i vannresipienter, og for å imøtekomme utfordringene i EUs vanndirektiv og vannforskriften. Bioforsk har også utviklet verktøy for valg av plantevernmidler i forhold til utlekking av plantevernmidler til grunnvann (Eklo et al., 2009A). Overvåkingen av plantevernmidler i regi av Program for jord og vannovervåking i landbruket (JOVA), som har pågått siden 1995, viser betydelig avrenning av plantevernmidler i jordbruksbekker, også med konsentrasjoner som har potensiell effekt på vannlevende organismer (Hauken et al. 2012). Et prosjekt finansiert over Handlingsplanen om plantevernmidler i grunnvann fra perioden 2007 2012, viser funn av 29 forskjellige plantevernmidler og mer enn 10 overskridelser av tillatt grense for drikkevann (Roseth, 2013). I forbindelse med godkjenning av plantevernmidler brukes det egne scenarier fra utvalgte områder i Europa for å predikere konsentrasjonen av pesticidene i overflatevann og grunnvann (FOCUS, 2001). EFSA (Panel on Plant Protection Products and their Residues), som er EU s organ for risikovurderinger av plantevernmidler, sier: "Member states need to be aware that the FOCUS scenarios are limited to demonstrating safe use in a significant area in the EU; the FOCUS scenarios therefore may not address all the needs of groundwater assessments at the national level. For national assessments, all crops and the entire potential use area must be considered. The use of FOCUS scenarios for national registration purposes would require a thorough investigation of specific parameters (e.g., preferential flow, uncertainty in compound properties, soil ph, etc.) in order to assess whether the protection goals are met." (EFSA, 2013). Det er laget slike scenarier og modeller også for Norge basert på (norske) feltforsøk som beskriver overflateavrenning av plantevernmidler (Eklo et al., 2009B). Imidlertid er dette arbeidet gjort i områder med stor helling (13 %), noe som gjør det vanskelig å sammenligne med EU scenariene som har helling mindre enn 4%. 1
Figur 1Utvikling i prosentandel med funn av plantevernmidler i tidsperioden 1995 2012, Hotran (JOVA, 2012 upubl.) I et nylig startet prosjekt «Jordarbeidingseffekter ved lav erosjonsrisiko» ved Kjelle videregående skole på Bjørkelangen, vil det i regi av Bioforsk Jord og Miljø bli undersøkt effekter av ulik jordarbeiding på avrenning av fosfor og nitrogen fra et felt med liten helling og erosjonsrisiko. Disse områdene har samme topografi og helling som områdene som danner grunnlaget for EUs scenarier for prediksjon av plantevernmidler i overflateog grunnvann. Feltet ble grøftet høsten 2013, og avrenning av grøftevann og overflatevann skal samles opp og analyseres. Det er gjort store investeringer i feltet, og for å utnytte dette optimalt, søker Bioforsk Plantehelse om midler til å måle avrenning av utvalgte viktige plantevernmidler (ugrasmidlet glyfosat og utvalgte soppmidler) i det samme feltet. Med disse nye undersøkelsene vil vi få utviklet modellscenarier og risikovurderinger for klimaforhold som er sammenlignbare med arbeid basert på de standardiserte FOCUS scenariene som brukes i EU. De lange tidsseriene med overvåkingsdata fra JOVA programmet gir informasjon om totalavrenning fra landbruksdominerte nedbørfelt. Resultatene viser at funn av soppmidler har økt de senere år (fig1.). Glyfosat er lite undersøkt, men av de prøver som er analysert (83 prøver), var det funn i 89 % av prøvene. Disse dataene skiller ikke mellom transport av plantevernmidler via overflatevann og transport via drensgrøfter og det kreves derfor mer detaljerte feltstudier som grunnlag for den detaljerte risikovurderingen som det nye plantevernmiddelregelverket i EU forutsetter. Internasjonalt har det vært lite fokus på effekter av jordarbeiding på avrenningen av plantevernmidler i grøfter, og behovet for kunnskap for bedre risikovurdering av pesticidutlekking i forhold til jordarbeiding understrekes. En omfattende review artikkel av Alletto et al. (2010) viser at undersøkelsene i hovedsak omfatter ugrasmidler, mens det har vært lite fokus på avrenning av soppmidler. I et prosjekt om Plantevernmidlers nedbryting under norske forhold, finansiert over Handlingsplanen for redusert risiko ved bruk av plantevernmidler, er det gjort forsøk med soppmidler i laboratoriet og i felt fra fire ulike lokaliteter i Norge (Almvik et al., 2013, 2014). Både laboratorieforsøk og feltforsøk viser lengre nedbrytingstid fra de fleste lokalitetene i Norge sammenlignet med data fra Europa (tabell 1 og 2) 2
Genesis prosjektet (Genesis FP7 EU), som Bioforsk koordinerer, har utviklet nye klimascenarier på 140 år. Bruk av disse klimascenariene i modelleringsforsøk basert på data fra Grue med ulike soppmidler tyder på at noen av disse midlene kan lekke ned til grunnvannet i løpet av 30 40 år (intern rapport). Kunnskap om betydningen av pesticidtransport gjennom grøfter i forhold til overflateavrenning, både totalt og i ulike perioder av året, og hvordan ulik jordarbeiding påvirker transport av plantevernmidler i henholdsvis overflatevann og grøfter, vil gi et bedre grunnlag for framtidig miljøplanlegging. Verktøy for rådgivingstjenesten og bøndene til planlegging av plantevernpraksis med lavest mulig miljøbelastning vil i framtida være viktig i arbeidet med å redusere forurensningen av plantevernmidler. Data fra de planlagte feltforsøkene på Kjelle/Bjørkelangen vil være et svært godt grunnlag for å utvikle et modellverktøy som synliggjør hvilke kombinasjoner av jordarbeidspraksis og plantevernmiddelbruk som gir lavest mulig miljøbelastning fra forurensning av plantevernmidler. Når slike data etableres i samme felt som data på tap av jord og næringsstoffer (jfr. nevnte prosjekt Jordarbeidingseffekter ved lav erosjonsrisiko), vil man videre kunne gjøre vurderinger og utarbeide anbefalinger som tar hensyn til flere miljøutfordringer samlet. Målformulering og resultatmål Langsiktig mål: Redusert forurensning og avrenning av plantevernmidler. Resultatmål: Anbefalt jordarbeidingsparaksis og plantevernmiddelbruk som gir liten risiko for avrenning av plantevernmidler i områder med lav erosjonsrisiko. Delmål 1. Dokumentasjon på avrenning av plantevernmidler i drensvann og overflatevann fra felt med ulik jordarbeiding. Delmål 2. Utviklet en modell som gir god beskrivelse av avrenning av plantevernmidler fra de undersøkte feltene. Delmål 3. Prognoser for avrenning av plantevernmidler ved endret klima (140 års klimascenarier). Delmål 4. Et verktøy for bruk i rådgivningstjenesten for å kunne velge jordarbeidingspraksis og plantevernmidler med minst mulig miljøbelastning ved endret klima. 3
Prosjektets nytteverdi og målgrupper Ny kunnskap om betydningen av pesticidtransport gjennom grøfter i forhold til overflateavrenning, både totalt og i ulike perioder av året, og hvordan ulik jordarbeiding påvirker transport av plantevernmidler i henholdsvis overflatevann og grøfter. Dette vil gi bedre grunnlaget for framtidig miljøplanlegging (delmål 1). Modellen (delmål 2) og brukerapplikasjonen (delmål 4) vil bli viktige verktøy for valg av plantevernmidler i tilsvarende områder for å kunne redusere risiko for avrenning og forurensning. Resultatene fra modellsimuleringer med bruk av nye klimascenarier vil gi prognoser for avrenning av plantevernmidler med endret klima (delmål 3). På sikt vil også resultatene kunne utnyttes til å utvikle risikokart for større regioner ved å kombinere resultatene fra simuleringene med GIS og digitaliserte jordsmonns kart. Målgruppen for prosjektet vil primært være rådgivingstjenesten i landbruket, men bønder og forvaltningen vil også ha stor nytte av prosjektet. Metode og arbeidsbeskrivelse Arbeidet med utvikling av en modell til bruk for å beskrive eksponering av plantevernmidler i miljøet i de valgte feltene, vil gjøres i henhold til internasjonale retningslinjer (Vanclooster et al, 2000). Arbeidet vil derfor kreve to års feltundersøkelser for å framskaffe data for plantevernmiddelbruk og forekomst i felt for kalibrering og validering av modellen før den kan aksepteres for bruk. Modellene som skal brukes, er anerkjente modeller som er valgt ut av EU (FOCUS, 2001) til bruk i forbindelse med godkjenning av plantevernmidler i Europa. Klimascenariene som skal brukes, hentes fra EU prosjektet GENESIS, hvor Sveriges Meteorologiske og Hydrologiske institutt (SMHI) har hatt ansvaret for klimascenarier for hele Europa. Ut fra disse betingelsene og de nevnte delmålene har vi definert følgende aktiviteter i prosjektet: Aktivitet 1: For å nå delmål 1 vil vi utføre sprøyting av forsøksfelt med glyfosat og soppmidler med regelmessig prøvetaking av overflateavrenning og drensvann for analyse av restkonsentrasjoner. Dette arbeidet vil gi en god dokumentasjon og data på avrenningen av plantevernmiddel både til grøftevann og overflatevann ved ulik jordarbeiding, og vil brukes som input til modelleringsarbeidet i aktivitet 2 som kreves for å nå delmål 2. Aktivitet 2: Data fra aktivitet 1 (to års dokumentasjon for avrenning av plantevernmidler) brukes til å kalibrere og validere en modell som skal gi en tilfredsstillende beskrivelse av risiko for avrenning av glyfosat og utvalgte soppmidler ved ulik jordarbeidingspraksis. Modellene som vil brukes i arbeidet er PEARL (Tiktak et al., 2000) og PRZM (Carson et al., 1998). Disse modellene vil brukes som input til modellsimuleringene for utvikling av prognoser i aktivitet 3 som kreves for å nå delmål 3. Aktivitet 3: Modellsimuleringer med modell fra aktivitet 2 vil baseres på to 140 års klimascenarier (1960 2100) utviklet av SMHI. Arbeidet vil gi prognoser for miljørisiko ved ulik plantevernmiddelbruk under endrede klimaforhold, som kan brukes til utvikling av rådgivningsverktøy i aktivitet 4. Aktivitet 4: Basert på modellvalideringen i aktivitet 2 og prognosene utarbeidet i aktivitet 3 vil det lages veiledningsmateriale til bruk innen rådgivningstjenesten for å kunne velge jordarbeidingspraksis og plantevernmidler med minst mulig miljøbelastning også ved endret klima. Framdriftsplan 2014 4
Første året vil brukes til innsamling av data for avrenning av plantevernmidler fra feltet. Dataene vil brukes til kalibrering av modellene PEARL og PRZM. Kalibrering innebærer at en kan gjøre visse justeringer av modellen for å tilpasse de beregnete data med observerte data. 2015 Andre året vil brukes til validering av modellene, det vil si at data fra andre års avrenning blir brukt for å se på om modellen kan simulere de nye observerte verdiene uten å gjøre noen flere justeringer av modellen. Resultatene skal brukes til informasjon av rådgivingstjenesten og bønder i området. Resultatene vil bli publisert i internasjonale tidsskrift og konferanser 2016/17 Dette året blir brukt til å simulere data for avrenning med de nye klimascenariene, samt utarbeide verktøy for rådgivingstjenesten. Resultatene vil bli publisert nasjonalt og internasjonalt. Utøvende fagmiljøer og samarbeidspartnere Bioforsk Plantehelse vil ha ansvar for prøvetaking i samarbeid med Bioforsk, Jord og Miljø, som samler inn klimadata. Bioforsk Plantehelse vil også ha ansvar for sprøyting, kjemisk analyse og simulering/modellering av avrenning av plantevernmidlene. Formidling av resultater lokalt vil skje i samarbeid med Norsk Landbruksrådgiving, fagforeninger og lokale aktører. Formidlingsplan Resultatene vil bli publisert fortløpende gjennom lokale medier, møter og fagtidsskrifter for hvert år. Hovedresultater vil bli publisert på Bioforsk konferansen hvert år, enten i form av poster eller foredrag. Hovedresultatene vil bli publisert internasjonalt i tidsskrift med referee etter at modellene er validert for feltet. Effekten av endret klima og avrenning av plantevernmidler vil bli publisert i egen publikasjon med referee. Det vil bli avholdt egne møter med Norsk landbruksrådgiving og bønder i området for opplæring i bruk av verktøyet. Det vil bli arrangert en egen felles avsluttende workshop/seminar for å presentere resultatene fra hele feltet som inkluderer både avrenning av plantevernmidler og næringssalter Risikovurdering Måloppnåelsen vil avhenge av at feltet fungerer teknisk med tanke på oppsamling av vann og prøvetaking. For å kalibrere modellene kreves det en viss mengde avrenning for å få en god beskrivelse av prosessene. Episoder med avrenning i perioder med milde perioder om vinteren kan være vanskelig å fange opp og simulere. Vinterforhold og avrenning er viktig, og det vil bli etablert et webkamera som et tiltak for å få en god beskrivelse av snø og isforhold. Referanser Alletto, L., Coquet, Y., Benoit, P., Heddadj, D., and Barriuso, E. (2010): Tillage management effects on pesticide fate in soils. A review. Agronomy for Sustainable Development 30, 367 400. Almvik, Marit; Bolli, Randi; Christiansen, Agnethe; Eklo, Ole Martin; Holten, Roger (2013). Slow degradation of fungicides in soils from cold temperate climate. Poster; Pesticide Behaviour in Soils, Water and Air; York, 2 4. September 2013. Almvik, Marit; Bolli, Randi; Christiansen, Agnethe; Eklo, Ole Martin; Holten, Roger; Gunvor Viki Senneset; Kjell Wærnhus (2014). Nedbryting av soppmidler i norsk klima. Bioforsk TEMA 4(2):4 s. Carsel, R.F., Imhoff, J.C., Hummel, P.R., Cheplick, J.M., Donigian Jr., A.S., 1998. PRZM 3, a model for predicting pesticide and nitrogen fate in the crop root and unsaturated soil zones: User s manual for release 3.0 EFSA Panel on Plant Protection Products and their Residues (PPR), 2013. Scientific Opinion on the report of the FOCUS groundwater working group (FOCUS, 2009): assessment of lower tiers. EFSA Journal 2013;11(2):3114 [29 pp.]. doi:10.2903/j.efsa.2013.3114. Eklo, O.M., R. Bolli, J. Kværner, T. Sveistrup, F. Hofmeister, E. Solbakken, N. Jarvis, F. Stenemo, E. Romstad, B. Glorvigen, T.A. Guren and T.Haraldsen. 2009A. Tools for environmental planning to reduce risks of leaching and runoff of pesticides to 5
groundwater. 18th World IMACS / MODSIM Congress, Cairns, Australia 13 17 July 2009. http://mssanz.org.au/modsim09. 7 pp. Eklo, O.M., Almvik, M., Bolli, R.I., Børresen, T., Haraldsen, T., Haugen, L.E., Holten, R., & Riise, G. 2009B. Norwegian scenarios II. Bioforsk Report Vol. 4 Nr. 187. FOCUS, 2001. FOCUS Surface Water Scenarios in the EU Evaluation process under 91/414/Report of the FOCUS Working Group on Surface water scenarios, EC documents Reference SANCO/4802/2001 rev.2. Hauken, M., 2012. Jord og vannovervåking i landbruket. Bioforsk Rapport Vol. 7, Nr. 48. Roseth, R. 2013. Plantevernmidler i grunnvann i jordbruksområder. Bioforsk rapport Vol. 8 Nr. 46. Tiktak, A., van den Berg, F., Boesten, J.J.T.I., Leistra, M., van der Linden, A.M.A., van Kraalingen, D., 2000. Pesticide Emission Assessment at Regional and Local Scales: User Manual of Pearl Version 1.1. RIVM Report 711401008, Alterra Report 28. RIVM, Bilthoven, 142 pp. Vanclooster, M., J.J.T.I Boesten, M.Trevisan, C.D. Brown, E. Capri, O.M.Eklo, B. Gottesbüren, V. Gouy & A.M.A. vander Linden. 2000. A European test of pesticides leaching models: methodology and major recommendation.. Agricultural Water Management 44, pp 1 19 6