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

geus.dk

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

More magazines by this user
Similar magazines