Transport, nedbrydning og sorption af pesticider i et ... - GEUS

DET STRATEGISKE
dette lag ligger der 80-200 cm sandede aflejringer
med et begrænset organisk indhold
samt en stærkt varierende tekstur
og dermed også permeabilitetsvariationer.
Vådområdets ‘bund’ udgøres af et svagt
permeabelt gytjelag på 30-130 cm, hvorunder
der findes et regionalt sandmagasin.
Ådalsskrænten består af lavpermeabel,
leret moræne med sandede partier.
På grund af en stor og stabil grundvandstilstrømning,
der hovedsagelig finder
sted fra ådalsskrænten, er det overordnede
strømningsmønster i vådområdet meget
konstant i løbet af året. Der eksisterer et
lokalt strømningssystem ved skræntfoden
frem til række 4 nogle få meter ude i vådområdet,
hvor hovedparten af grundvandet
fra skrænten strømmer opad til overfladen
(Fig. 2). Mellem række 4 og 6 strømmer
grundvand også op gennem gytjelaget.
Dette vand opblandes ikke med grundvandet
fra skræntfoden, da det strømmer
op til jordoverfladen mellem række 5 og 7.
Fra udsivningsområdet strømmer vandet
overfladisk af til vandløbet. Nedbør og
overfladevand siver ikke ned i vådområdet
igen på grund af opadrettet strømning.
Udbredelsen af den ilt- og nitratreducerende
redoxzone afspejler nøje strøm-
MILJØFORSKNINGS-
PROGRAM
Transport, nedbrydning og sorption af
pesticider i et vådområde
april 2000
Af Mette Dahl, Bertel Nilsson, Ole Stig
Jacobsen, Jens Aamand, René K. Juhler,
Lise Larsen, Carl Christian Hoffmann,
Claus Jørgensen, Peter Engesgaard, Britt
Stenhøj Baun Christensen og Stine Jensen
Vådområder, der ligger i ådale mellem det
dyrkede opland og vandløbet, er et sidste
filter for grundvandet, inden det når frem
til overfladevandet. I overgangszonen fra
bagland til vådområde ændres de miljømæssige
forhold, der har betydning for
mange stoffers skæbne i naturen: det geologiske
miljø (tekstur og organisk indhold),
kvaliteten af det tilstrømmende grundvand
(overfladenært og dybt grundvand)
og redoxmiljøet (aerobt til anaerobt). Et
vådområde er således i biogeokemisk henseende
en særdeles aktiv og hyppigt forekommende
zone i landskabet, der har eller
kan have stor betydning for omsætning af
såvel nitrat som pesticider og andre miljøfremmede
stoffer. Vådområder har derfor
en beskyttende funktion i forhold til
vandkvaliteten i vandløb og søer.
Gennemførte undersøgelser
I et vådområde er styrende forhold og
processer for transport, nedbrydning og
sorption af to udvalgte pesticider undersøgt.
Geologi, strømnings- og redoxforhold
er kortlagt, og nedbrydnings-, og sorptionsprocesser
er belyst. Studiet er bygget
op omkring et injektionsforsøg, der på realistisk
vis efterligner en hændelse, hvor
pesticid udvaskes fra de tilstødende marker.
Til støtte for tolkning af resultaterne
fra felten er der udført laboratorieforsøg,
der beskriver nedbrydnings- og sorptionsprocesser
under forskellige redoxforhold.
Forsøgsområde
Det udvalgte vådområde, Mølgårde, ligger
i en stejlt nedskåret dal ved Voldby Bæk
i Gjern Å oplandet i Midtjylland (Fig. 1).
Vådområdet er et udstrømningsområde,
der modtager store mængder grundvand
fra et overfladenært magasin i det tilstødende
opland.
I vådområdet består de øverste 50 cm
af svagt omsat højpermeabel tørv. Under
m
60
50
40
30
20
10
0
0
10
Skrænt
N
11
Undersøgt vådområde
A
Vådområde
Voldby bæk
10 46,8 Bro
Spunsvæg
9
Højdekurve (m)
B
Overfladisk afløb
46,9
Injektionsboring
A
8
Boringer
B
Vandstandsbræt
0 2 3 4 5 6 7 Vådområde
C
47,0
1
Skrænt
54,0 51,0 48,0
20
30
47,2
40
60 70 80 90 m
50
47,1
Fig. 1. Vådområdet er beliggende mellem skræntfoden
og Voldby Bæk. Der er nedsat tre transsekter af
boringer (A, B og C) langs grundvandets hovedstrømningsretning.
Vinkelret på transsekterne er boringerne
opstillet i rækker (0-11). I rækkerne består hver station
af 3-5 boringer, der er filtersat i forskellig dybde
under overfladen - f.eks B2 (70-80 cm). Der er tillige
suppleret med boringer mellem transsekterne - f.eks
AB2 (70-80 cm) og BC2 (70-80 cm). Ved bækken angiver
A og B to overfladiske afløb.
bæk
Voldby
MILJØFORSKNING NR 42
29

april 2000
Nedbrydning og sorption
Nedbrydningsforsøg, hvori andelen af pesticid
der mineraliseres til CO 2
bestemmes,
er udført i laboratoriet på sediment og
grundvand udtaget fra den ilt-, nitrat- og
sulfatreducerende zone samt den methanogene
zone. Prøverne er udtaget ved hen-
DET STRATEGISKE
MILJØFORSKNINGS-
PROGRAM
Kote (m)
Injektionsboring
0 1 2 3 4 5 6 7
46
Vandspejl
45 Gytjelag
46.5
46.3
46.1
45.9
44
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 m
Skræntfod
Vådområde
Fig. 2. Grundvandets trykniveau (m vandsøjle) og strømningsretning (pile) i vådområdets skræntzone.
Kote (m)
46
45
Injektionsboring
0 1
4 2
6
4
2
3 4 5 6 7
2
2
2
Kote (m)
44
46
45
44
Ilt (mg/l)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 m
0
Nitrat (mg/l)
Injektionsboring
1
20
16
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 m
Fig. 3. Redoxzoner illustreret ved ilt- og nitratkoncentrationer i vådområdets skræntzone.
2
8
12
3 4 5 6 7
8
12
4
16
8
12
4
8
4
ningsmønstret (Fig. 3), idet der både
strømmer ilt- og nitratrigt grundvand til
fra skrænten og op gennem gytjen mellem
række 4 og 6. Ilt og nitrat reduceres
i jorden inden vandet strømmer ud på
jordoverfladen.
Feltinjektionsforsøg med sporstof, mechlorprop
og isoproturon
Under injektionsforsøget blev et ikke-reaktivt
sporstof (bromid) og to pesticider
(isoproturon og mechlorprop) injiceret som
en puls i en boring mellem B0 og B1 i
skræntfoden til vådområdet.
Der blev injiceret 30 l med en opløsning
på 10 g/l bromid og 33.3 mg/l af hver af
de to pesticider. Bromidfanens rumlige udbredelse
blev kortlagt ved prøvetagning
gennem 9 måneder i 85 boringer.
På grundlag af gennembrudskurver for
bromid (Fig. 4) er strømningsmønster og
transportprocesser kortlagt og kvantificeret
ved hjælp af momentanalyse og numeriske
modelberegninger. Den geologisk
set meget heterogene opbygning af
området giver anledning til et udpræget
tredimensionalt strømningsmønster, der
er kendetegnet ved stærkt varierende opholdstider
i det lokale strømningssystem
som følge af præferentielle strømningsveje.
Der blev fundet strømningshastigheder
på 0.1-1.1 m/dag og opholdstider fra
nogle få til mere end 270 dage. Bromidresultaterne
viser, at der sker en meget
stor fortynding i området (op til en faktor
1000 i forhold til den injicerede koncentration)
pga. af fysisk opblanding.
Den samlede nedbrydning og/eller sorption
af pesticid-moderstofferne efter 4,5 m
passage i den aerobe redoxzone i skræntfoden
er bestemt relativt i forhold til bromid.
Bestemmelsen er foretaget på grundlag af
gennembrudskurver fra de fire boringer,
hvor gennembruddet af bromid i grundvandets
hovedstrømningsretning fra injektionsboringen
var størst (Fig. 5). Den
samlede nedbrydning og/eller sorption af
pesticid-moderstofferne er opgjort til 25-
75 % for mechlorprop og til 40-75 % for
isoproturon. Der knytter sig nogen usikkerhed
til disse overslag på grund af de
meget lave pesticidkoncentrationer.
30

DET STRATEGISKE
MILJØFORSKNINGS-
PROGRAM
mg Br/l
70
60
50
40
30
20
10
0
AB2 70-80 cm
B2 30-40 cm
B2 70-80 cm
BC2 70-80 cm
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270
Døgn efter injektion
april 2000
Fig. 4. Udvalgte gennembrudskurver for bromid fra boringer placeret i række 2 i forskellige dybder 4.5 m fra injektionsboringen
i vandets hovedstrømningsretning.
Relativ koncentration i %
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
BC2 70-80 cm
Isoproturon
Mechlorprop
Bromid
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
Døgn efter injektion
Fig. 5. Normerede gennembrudskurver for bromid og pesticid (målt koncentration * 100 / injiceret koncentration) fra
boring BC2 (70-80 cm) placeret 4,5 m fra injektionsboringen i vandets hovedstrømningsretning.
holdsvis B0, B5 og de to sidstnævnte ved
B9 (Fig. 1 og 3).
Laboratorieresultaterne viser, at der er
et væsentligt potentiale for nedbrydning
i den aerobe zone, idet 30 % af den tilsatte
mechlorprop og 12 % af den tilsatte isoproturon
bliver mineraliseret til CO 2
i
løbet af en periode, der svarer til vandets
maksimale opholdstid på 270 dage i den
aerobe zone frem til række 2, hvor den
samlede pesticidnedbrydning og/eller
sorption er opgjort i feltforsøget. Ved nedbrydningen
af pesticidet vil der ud over
mineraliseringen foregå en indbygning i
biomassen og eventuelt en dannelse af
nedbrydningsprodukter. Nedbrydningen af
moderstoffet, som er anvendt i feltforsøget,
er derfor større end mineraliseringsforsøgene
angiver.
I den methanogene zone er der et ikke
tidligere observeret potentiale for nedbrydning
af mechlorprop. Derimod sker
der ingen nedbrydning af isoproturon i
denne zone.
Sorptions- og desorptionsforsøg, der er
udført i laboratoriet på prøver udtaget i
felten, viser en usædvanlig høj (90-95 %)
irreversibel (vedvarende) sorption af
begge pesticider. Sorptionen finder sted
indenfor få timer i den aerobe og indenfor
få døgn i den anaerobe zone af vådområdet.
Disse resultater afviger meget
fra sorptionsresultater fra andre grundvandsmagasiner,
hvor der kun er en lille
og reversibel sorption af de undersøgte
pesticider. Den irreversible sorption skyldes
formentlig et indhold af organisk stof
på 3-5% i overgangszonen mellem opland
og vådområde.
Pesticiders indflydelse på denitrifikation
For at undersøge pesticidernes påvirkning
af denitrifikationsprocessen er der
gennemført et laboratorieforsøg, hvor intakte
jordsøjler fra den nitratreducerende
zone i vådområdet blev gennemstrømmet
af grundvand fra vådområdet tilsat
mechlorprop, isoproturon, bentazon og
MCPA. Gennemstrømningshastighed og -
retning var sammenlignelige med forholdene
observeret i felten. Det viste sig, at
de meget høje denitrifikationsrater på
0,6-2 g NO 3
-N/m 2 /dag, der er beskrevet i
vådområdet, ikke blev påvirket af de tilsatte
pesticider.
Konklusioner
De indtil nu opnåede resultater tyder på,
at der i overgangszonen fra opland til vådområder
er et betragteligt potentiale for
fortynding såvel som sorption og nedbrydning
af (visse) pesticider under grundvandets
passage af denne aktive zone på
vej mod vandløbet.
MILJØFORSKNING NR 42
31