Inhalt: Umweltwirkungen
Bodenmakroorganismen
Eine umfangreiche Untersuchung auf 52 Standorten in Baden-Württemberg zeigte eine hohe Standortabhängigkeit der Wirkungen auf drei kupferempfindliche endogäische Regenwurmarten, die zur Charakterisierung der Habitatfunktion des Bodens als Indikatoren ausgewählt worden waren. Eine Prüfwertableitung anhand von 10 Jahre zuvor aufgelassenen Wein- und Hopfenanbauflächen und 26 Referenzflächen führte zu einem Prüfwert von 33 mg Cu/kg-Boden (Gesamtgehalt).
Eine Studie zu den Auswirkungen auf Springschwänze (Collembolen) im Freiland wies Populationseffekte ab ca. 200 mg Cu/kg Boden nach. In dieser Studie sank die Biodiversität linear mit steigender Kupferkonzentration.
In neueren Arbeiten werden mittels eines probabilistischen Ansatzes (Species sensitivity distribution, SSD) Schwellenwerte abgeleitet, nach denen längerfristige schädliche Wirkungen auf Vertreter der Bodenfauna bei Bodenkonzentrationen von 55 mg Gesamt-Cu/kg Boden (41,25 kg Cu/ha) erwartet werden können. Zum Vergleich: Alte Weinbergsböden an Mosel und Saar haben zu 98% Gehalte, die über 100 mg Cu/kg Boden liegen und können als Spitzenwert bis zu 2880 ppm in der Bodenschicht 0-20 cm erreichen. Darüber hinaus liegen Daten aus Meidungsversuchen an der Standardart Eisenia fetida (Annelidae) und Freilandarten vor, die zeigen, dass bei 56 mg Cu/kg Boden, Würmer versuchen, entsprechenden Substratkonzentrationen zu entkommen.
Eine aktuelle, bislang 3-jährige Freilandstudie im Auftrag der „European Copper Task Force“ hat als vorläufiges Ergebnis gezeigt, dass die Regenwurmpopulationen an 2 Grünlandstandorten bei jährlichen Aufwandmengen von 40 kg Cu/ha (53 mg Cu/kg Boden bezogen auf 5 cm Bodenschicht bei einer Bodendichte von 1,5) nach 3 aufeinander folgenden jährlichen Anwendungen reduziert werden, wobei davon insbesondere epigäische Arten betroffen sind. 40 kg Cu/ha ist das 10-fache der im Hopfenbau jährlich angewandten Aufwandmenge. Eine Anreicherung von Cu in Regenwürmern (A. caliginosa) findet allerdings kaum statt. Der gefundene Anreicherungsfaktor (BCF) ist < 1, was bedeutet, dass Regenwürmer in der Lage sind, den Verbleib von Cu im Körper zu regulieren (Riepert 2009).
Literatur:
- RIEPERT F. 2009: Auswirkungen von Kupferbelastungen auf ausgewählte Indikatoren. Journal für Kulturpflanzen 61, 4, 131-139
Bodenmikroorganismen
Mikroorganismen reagieren unterschiedlich, Bakterien sind in der Regel empfindlicher als Pilze. Signifikante Effekte auf die Kurzzeitatmung treten ab ca. 50 mg Cu/kg Boden auf. An Schwermetallbelastungen im Boden angepasste Mykorrhizapilze können zu höheren Cu-Gehalten im Spross führen. Insgesamt verhinderte die arbuskuläre Mykorrhiza nicht die erhöhte Aufnahme von Kupfer durch Pflanzen bei hohen Bodenkonzentrationen, verstärkte sie aber auch nicht in alarmierender Weise. Schwermetallen ausgesetzte Bakterien können z. T. hohe Metall-Konzentrationen akkumulieren, die räuberische Organismen (z. B. Nematoden) schädigen können (Riepert 2009).
Literatur:
- RIEPERT F. 2009: Auswirkungen von Kupferbelastungen auf ausgewählte Indikatoren. Journal für Kulturpflanzen 61, 4, 131-139
- MALKOMES, H.-P., 2010: Einfluss Kupferhaltiger anthropogener Einträge auf Bodenmikroorganismen – eine Übersicht. II. Mikrobielle Aktivitäten. Journal für Kulturpflanzen 62 (12), 429-443.
Über die Auswirkungen von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln und Einträgen aus anderen kupferhaltigen Quellen in der Landwirtschaft auf Bodenorganismen existiert eine umfangreiche Literatur. Aus diesen Untersuchungen lässt sich ableiten, dass Kupfer bei langjähriger Anwendung schädigend auf viele Arten von Bodenorganismen wirkt. Aufgrund unterschiedlicher artspezifischer Empfindlichkeit gegenüber Kupfer kann es zur Verschiebung des Artengefüges auf kupferbelasteten Standorten kommen. Insgesamt sinkt die Biodiversität mit steigendem Kupfergehalt. Anpassungsmechanismen an erhöhte Kupferkonzentrationen sind je nach Art in Abhängigkeit vom Vorhandensein von Entgiftungsmechanismen möglich. Neben dem Kupfergehalt wirken sich allerdings auch andere Bewirtschaftungsfaktoren mit Wirkung auf die Nährstoffzufuhr und Feuchteregulierung des Bodens auf Abundanz, Biomasse und Artenvielfalt im Boden aus (Riepert 2009).
Der Wirkstoff Kupfer liegt in elementarer Form vor und kann daher nicht wie andere organische Verbindungen, abgebaut werden. Das Element Kupfer kann aber mit einer großen Bandbreite von Verbindungen reagieren. Deshalb wird der größte Teil des Kupfers im Boden oder in Gewässern rasch an mineralische und organische Substanz gebunden oder als unlösliches anorganisches Salz ausgefällt. Diese Prozesse sind komplexer Natur, enden aber schließlich in der Festlegung freier Kupfer2+ -Ionen. Der größte Anteil des im Boden befindlichen Kupfers ist deshalb nicht bioverfügbar (DAR 2003, auszugsweise).
Auswirkungen solcher Alterungsprozesse von Kupferbelastungen verringern die Wirksamkeit des Kupfers gegenüber Regenwürmern um das 8-fache im Vergleich mit frisch zugeführten Kupfermengen (SCOTT-FoRDSMAND et al. 2000). Die Übertragung von Schwellenwerten aus Laborversuchen auf Freilandbedingungen im Sinne einer Risikobetrachtung wird dadurch erheblich erschwert. Aussagekräftiger sind daher Freilandbeobachtungen an ausgewählten Indikatororganismen wie z. B. Regenwürmern (RIEPERT 2009).
Untersuchungen zur Bioverfügbarkeit von Kupfer in ökologisch- und konventionell bewirtschafteten Böden deutscher Wein- und Hopfenanbaugebieten haben ergeben, dass kein enger Zusammenhang zwischen pflanzenverfügbaren Kupfergehalten und den Gesamtkupfergehalten besteht (Steindl et al. 2011). Es ist daher anzunehmen, dass die Verfügbarkeit des Kupfers von einer Vielzahl pedologischer, ökologischer und bewirtschaftungstechnischer Einflüsse geprägt wird und die Verwendung eines bestimmten Extraktionsverfahrens wie des Ammoniumnitrat-Aufschlusses allein keine Aussage über die zu erwartende Exposition für die Nachhaltigkeit der Produktion wichtiger Organismengruppen zulässt.
Literatur:
- DAR, 2003: Copper, Dossier According to Directive 91/414/EEC for European Union Copper Task Force, Summary and Assessment, Document M-II (Tier II) Annex II Section 6, Point 8: Ecotoxicological studies, November 2003.STRUMPF, T., B.-D. TRAULSEN, W. PESTEMER, 2002a: Verfügbarkeit von Kupfer in landwirtschaftlich genutzten Böden mit hohen Kupfergehalten. I. Eine Bestandsaufnahme. Nachrichtenbl. Deut. Pflanzenschutzd. 54 (7), 161-168.
- RIEPERT F. 2009: Auswirkungen von Kupferbelastungen auf ausgewählte Indikatoren. Journal für Kulturpflanzen 61, 4, 131-139
- Steindl A., Strumpf Th., Riepert F. 2011: Bioverfügbare Kupfergehalte in ökologisch und konventionell bewirtschafteten Böden deutscher Wein- und Hopfenanbaugebiete. Teil 3: Bestimmung des pflanzenverfügbaren Anteils Kupfer- und anderer Schwermetallgehalte durch NH4NO§-Extraktion. Journal für Kulturpflanzen 63, 5, 156-166
- STRUMPF, T., B.-D. TRAULSEN, W. PESTEMER, E. BODE, 2002b: Verfügbarkeit von Kupfer in landwirtschaftlich genutzten Böden mit hohen Kupfergehalten. II. Auswirkungen von Kupfereinträgen. Nachrichtenbl. Deut. Pflanzenschutzd. 54 (9), 226-232.