Hur beter sig ett bekämpningsmedel i marken? Nick Jarvis Institution för Mark och Miljö, SLU
Läckage av bekämpningsmedel till vattenmiljön (Dos, interception) Adsorption Nedbrytning Hydrologin Hur mycket bekämpningsmedel finns tillgänglig? Hur snabbt rör sig vattnet? Vart tar vattnet vägen?
Adsorption En del av bekämpningsmedlet binds till det fasta materialet i marken Koncentrationen i markvattnet minskar, vilket. bromsar upp utlakning. minskar risken för förluster med ytavrinning (fast erosionsrisken ökar) Adsorption mäts i laboratoriestudier på lösjordsprov blandad med vatten och en känd massa bekämpningsmedel Mycket vatten, lite jord!
Adsorptions isoterm Adsorberad koncentration, (mg/kg) K d värdet (L/kg) K d Koncentration i markvattnet (mg/l)
Adsorberad koncentration, s (mg/kg) Freundlich adsorptionsisoterm s = K f c n K d Koncentration i markvattnet, c (mg/l)
Adsorption av svaga baser och syror är ph-beroende Fördelningen mellan neutrala och laddade joner bestäms av skillnaden mellan markens ph och ämnets pka värde K f Baser: ökande andel positivt laddade joner Syror: mindre andel negativt laddade joner ph - pka
Markegenskaper som påverkar adsorption Markens organisk material är starkt adsorberande: K oc K f f oc Vissa oorganiska beståndsdelar i marken är viktiga om kolhalten är låg (d.v.s. i alven): Lermineraler, oxider av järn/aluminium
Mätningar från typområdet E21 Ghafoor, A. m.fl., 2013. Pest Management Science, 69, 919-929
En databas sammanställning Icke-laddade substanser eller svaga baser med små pka värden 785 mätpunkter, 21 olika aktiva substanser, 34 olika studier Adsorption till lermineraler äldre och mer humifierad organiskmaterial? Jarvis, N.J. 2016. Extended sorption partitioning models for pesticide leaching risk assessments: can we improve upon the k oc concept? Science of the Total Environment, 539, 294-303.
Trenden är ännu tydligare för svaga syror Adsorption till oxider av järn/aluminium
Nedbrytning Mikrobiell nedbrytning är oftast dominerande Kemisk nedbrytning kan vara viktig för vissa ämnen Nedbrytningshastigheten mäts i laboratoriestudier på lösjordsprov blandad med en känd massa bekämpningsmedel kontrollerad temperatur och vattenhalt
Nedbrytningen följer oftast halveringstidsprincipen A A 0 exp kt d A dt k A DT 50 0.694 k A A 0 exp kt
Metabolisk nedbrytning t.ex. MCPA d A dt k A A A 0 exp kt
Mikrobiell biomassan påverkar nedbrytningshastigheten Mätningar från typområde E21 SIR (biomassan) är väl korrelerad med mullhalten i marken Ghafoor, A., Jarvis, N.J., Thierfelder, T., Stenström, J. 2011. Measurements and modeling of pesticide persistence in soil at the catchment scale. Science of the Total Environment, 409, 1900-1908
Adsorption påverkar nedbrytning Mikrobiell nedbrytning sker bara i markvattnet (s.k. biotillgänglighet ) Mätningar från typområde E21 Ghafoor, A., Jarvis, N.J., Thierfelder, T., Stenström, J. 2011. Measurements and modeling of pesticide persistence in soil at the catchment scale. Science of the Total Environment, 409, 1900-1908
Hydrologiska processer: vattenbalansen Transpiration Nederbörd Markavdunstning Infiltration Ytavrinning Perkolation Grundvatten
Infiltration och ytavrinning Ytavrinning sker om: nederbördsintensitet överstiger markens infiltrationskapacitet Hög risk med dålig markstruktur (kompaktion, skorpbildning) Mo/mjäla jordar Låg mullhalt Dålig grödtäcke Jordbearbetning under ogynsamma förhållanden grundvattenytan når upp till markytan Obefintlig eller otillräcklig dränering i fält
Utlakningsrisken bestäms av hur snabbt medlet rör sig genom markprofilen i förhållandet till halveringstiden Medelvärdet för tiden det tar (i år) för en bekämpningsmedel molekyl att transporteras mellan markytan och grundvattnet, t b, ges av: t b L R q L är grundvattendjupet (m) är vattenhalten i markprofilen (-) q är perkolation till grundvattnet (m/år) R är uppbromsningsfaktorn som beskriver hur många gånger långsammare bekämpningsmedlet rör sig jämfört med vatten (p.g.a. adsorption)
Hydrologiska processer: vattenflöden i mark Vattnet rör sig olika fort i olika delar av markens porsystem! Porstorlek, slingrighet En del av vattnet och däri löst bekämpningsmedel kan röra sig mycket snabbt igenom markprofilen i stora strukturporer (s.k. makroporer) Ett s.k. preferentiellt flöde: det tar timmar istället för år! Maskgånger, aggregat/sprickor, rotkanaler
Hydrologiska processer: vattenflöden i mark Makroporer fylls och rinner med vatten bara om infiltrationskapacitet för de övriga (textur)porerna överstigs Hög infiltrationskapacitet för dessa texturporer ges av: Grövre textur (mo/sand), låg volymvikt (ej kompakterad), hög mullhalt
Slutsats En lucker porös matjord med hög mullhalt och en stor och aktiv mikrobiell floran ger: Stark adsorption och/eller snabb nedbrytning Låg risk för ytavrinning/erosion och preferentiella vattenflöden En bördig välskött åkermark är bäst inte bara för lantbrukaren utan även för miljön