GVO - Pollenmonitoring

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1 Internationale Fachtagung Biomonitoring und Bioindikation Einsatzbereiche und neue Entwicklungen AGES / VDI / oö Akademie f. Umwelt u. Natur Linz GVO - Pollenmonitoring Frieder Hofmann Integrierte Umweltüberwachung GbR TIEM

2 GVO-Monitoring erfordert standardisierte Methoden - GVO-Monitoring ist europaweit umzusetzen - gesetzl. Hintergrund: Directive 18/2001 EU - Umsetzung in nationale Gesetze, in BRD Gentechnikgesetze - für vergleichbare Ergebnisse sind standardisierte Verfahren notwendig

3 VDI: Richtlinienvorhaben im Bereich GVO-Monitoring VDI Richtlinien VDI-Richtlinienserie 4330 ff: Monitoring der Wirkungen gentechnisch veränderter Organismen 4133: Amphibien 4132: Bienen + Wespen Fachbeirat 4331: Bodenorganismen Blatt 13: Schmetterlinge Blatt 1 GVO-Monitoring. Grundlagen und Strategien Ökologische Wirkungen Blatt 12: Bodenmikrobiologie Blatt 10: Pflanzenkartierung Blatt 9: Vegetationsaufnahmen Blatt 2: Probenahmestrategie Exposition GVO - Pollenmonitoring Blatt 3: Technische Pollensammlung (PMF/Sigma-2) (2007) Blatt 4: Biologische Pollensammlung (Honigbiene) (2006) Entwicklung und Validierung über 2 Bund-Länder-FuE-Vorhaben, Freilandmessungen seit 2001 GVO Analysemethoden Blatt 5: PCR; DNA-Nachweis Probenahme Pflanzen Blatt 7: PCR, qualitativer DNA-Nachweis Blatt 11: ELISA; Nachweis Bt-Toxin Europäische Normung CEN TC264 WG29

4 GVO-Pollenmonitoring Technische und biologische Pollensammlung Honig Pollenhöschen Quantifizierung des Polleneintrages über mikroskopische Pollenanalyse Ermittlung des GVO Anteils über PCR-Analyse Sigma-2 PMF Biologische Pollensammlung Honigbiene Technische Pollensammlung Sigma-2/PMF

5 Technische Pollensammlung mit Sigma-2/PMF PMF Bestimmung von Pollenfluss und GVO-Anteil Analyse der Pollen-DNA und transgenem Anteil per PCR SIGMA-2 Bestimmung der Pollendeposition Mikroskopische Pollenanalyse Brassica Picea abies von der Ohe

6 Pollenmassenfilter PMF Aerosolpartikel >10µm Pollen µm Pollenprobe PMF Quantitative Mikroskopischc Pollenanalyse Quantitative DNA- Analyse per PCR Pollenfluss [n Pollen / m²] GVO-Anteil

7 Technische Pollensammlung mit Sigma-2/ PMF VDI 4330 Bl. 3 (2007); Hofmann (2007) Exposition über Blühzeitraum ca. 4 Wochen im Juli/August PMF Sigma-2 Punktsammlung Erfassung abhängig von Winddrift, d.h. relativer Lage des Messsortes zur Quelle, Meteorologie und Topografie Repräsentiert Polleneintrag am Messort Quantitative mikroskopische Pollenanalyse Quantitative DNA-Analyse per PCR (TaqMan) Quantifizierung des Polleneintrages am Standort Quantifizierung transgener und isogener DNA Pollenfluss und deposition in n/m²t Prozentualer GVO-Anteil

8 Biologische Pollensammlung mit Völkern der Honigbiene VDI 4330 Bl. 4 (2006) Raumrepräsentative Sammlung Erfassung abhängig von biologischen Faktoren wie Sammelaktivität, Trachtangebot, Blütenpräferenz Indikator für Exposition umherschweifender NZO Matrix für : Raps: Honig (Ende Mai) Mais: Pollenhöschen Mitte Juli Mitte August Quantitative mikroskopische Pollenanalyse Quantitative DNA-Analyse per PCR Anzahl gesammelter Pollen über Blühzeitraum GVO-Anteil Pollenhöschen

9 GVO-Pollenmonitoring NSG/FFH-Schutzgebiet Ruhlsdorfer Bruch, Brandenburg 2007/2008 Landesumweltamt BBG / NABU / TIEM / Ökologiebüro Großer Feuerfalter Lycaena dispersa Anbau von Bt-Mais Mon 810 in der Umgebung und im Schutzgebiet NSG/FFH-Gebiet Lebensraum seltener und geschützter Schmetterlingsarten und anderer NZO Konflikt Sumpfhornklee-Widderchen Zygaena trifolii Kontroverse Behauptung des Anbieters, dass Maispollen nur wenige m weit fliegen und eine Pollenexposition abseits der Felder nicht bestünde. Schmetterlingsbilder: W. Schön Aus Vorsorgegründen war zu prüfen, inwieweit durch den Anbau eine Exposition mit Maispollen und damit eine Gefährdung geschützter Schmetterlinge oder anderer NZO im Schutzgebiet auszuschliessen war.

10 GVO-Pollenmonitoring NSG/FFH-Schutzgebiet Ruhlsdorfer Bruch, Brandenburg 2007/2008 Landesumweltamt BBG / NABU / TIEM / Ökologiebüro Exposition durch Winddrift Exposition durch umherschweifende Insekten

11 Kontroverse zur Maispollen-Exposition 1. Mais ist ein Windblütler und produziert enorme Mengen an Pollen: ~25 Millionen Pollen/Pflanze ~10 12 Pollen/ha Die Maisblüte weist keinen Nektar auf und sei deshalb unattraktiv für Bienen und Insekten, so dass diese Maispollen nicht sammeln würden. 2. Zea maize Pollen ist relativ groß Ø µm Sedimentationsgeschwindigkeit in ruhiger Luft: v s ~ 0,2 m/s Bei einer mittleren Windgeschwindigkeit von: U ~ 2 m/s und Höhe einer Maispflanze (männl. Blütenstand): ~2,5 m Maispollen sollten sich theoretisch nach ~ 25 m im Schnitt niederschlagen. U = 2 m/s v s = 0.2 m/s Freilandmessungen ergaben jedoch hier Widersprüche, Maispollen wurden in weitaus größere Entfernungsbereiche nachgewiesen, der sogenannte Tail erstreckt sich weiter als vorhergesagt. Es gibt allerdings einen erheblichen Mangel an vergleichbaren Daten v.a. im Entfernungsbereich über 50 m (Aylor 2003).

12 Bt-Maisanbau im Bereich des FFH-Schuztgebietes Ruhlsdorfer Bruch und Pufferzonen

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14 Ergebnisse: Technische Pollensammlung PMF Maispollendeposition im FFH-Schutzgebiet Ruhlsdorfer Bruch Abstand nächstes Maisfeld 2007 Abstand nächstes Maisfeld 2008 m n/m² m n/m² 5 m m m m m m m m m m > m m m m m m An allen Messstandorten im Ruhlsdorfer Bruch wurden erhebliche Maispolleneinträge sowohl in 2007 als auch in 2008 festgestellt. Selbst an dem 250 m entfernten, mitten im Schutzgebiet gelegenen Standort, wurden noch Maispollen/m² nachgewiesen

15 Ergebnisse biologische Pollensammlung Honigbiene im FFH-Schutzgebiet Ruhlsdorfer Bruch, Gesammelte Maispollen in den Höschen 2007 und Völker/Standort Maispollenanteil in den Tagesfängen Standort I Standort II Standort I <0,1% - 4 % <0,1 3 % <0,1 32 % Mittlerer Maispollenanteil 0,3% 0,1% 2,7% Anzahl gesammelter Maispollen während Maisblüte 28 d Mitte Juli - August Auch über die biologische Pollensammlung mit Honigbienen als Indikator für umherschweifende NZO wurde eine maßgebliche Exposition im Ruhlsdorfer Bruch festgestellt.

16 Ergebnisse der PCR-Analysen zum GVO-Anteil in den Pollenproben 2007 Nachweis von Mais-DNA und transgener DNA Bt- MON810 in allen Pollenproben Technische Sammlung PMF Standortbereich Bioaerosolprobe Abstand nächstes Maisfeld 5 m 26 m 120 m GVO-Anteil Bt-MON810 9% 40% 44% 31% I Biologische Sammlung Honigbienen- Völker Pollenhöschen 1a 1b 52% 45% 49% Technische Sammlung PMF Bioaerosolprobe 20 m 60 m 7% 16% 12% II Biologische Sammlung Honigbienen- Völker Pollenhöschen 2a 2b 12% 11% 11% III Biologische Sammlung Honigbienen- Völker Pollenhöschen 3a 3b 4% 3% 3%

17 Ergebnisse der PCR-Analysen zum GVO-Anteil in den Pollenproben 2008 Nachweis von Mais-DNA und transgener DNA Bt-MON810 in allen Pollenproben GVO-Anteil Bt- MON810 Standortbereich I II III IV V Biologische Sammlung Honigbienen- Völker Technische Sammlung PMF Technische Sammlung PMF Technische Sammlung PMF Technische Sammlung PMF Technische Sammlung PMF Pollenhöschen Bioaerosolprobe Bioaerosolprobe Bioaerosolprobe Bioaerosolprobe Bioaerosolprobe Abstand nächstes Bt-Maisfeld 900 m 1,2% 2,5% ,9% 49% 8% 31% 600 m 12% 16% 20 m 34% 450 m 18% 680 m 11%

18 Einordnung der Ergebnisse aus dem Ruhlsdorfer Bruch in überregionale Erhebungen BfN-Gutachten Hofmann (2007) zur Abschätzung der Maispollendeposition in Relation zur Entfernung Standorte mit dokumentiertem Abstand zum nächsten Maisfeld Normale Anbausituation Unterschiedliche Feldgrößen und Anordnungen verschiedene Regionen in Deutschland und Nordschweiz unterschiedliche Windrichtungen und Positionen zum Feld Repräsentiert Abstandsregelung unter normalen Anbaubedingungen Datenbasis : N=124 sites Follow-up bis 2009: N = 187 sites

19 Maispollendeposition in Relation zur Entfernung vom nächsten Maisfeld mit Einordnung der Ergebnisse aus dem Ruhlsdorfer Bruch 10 6

20 Maispollendeposition in Relation zur Entfernung vom nächsten Maisfeld mit Einordnung der Ergebnisse aus dem Ruhlsdorfer Bruch 10 6 Die Ergebnisse zeigen, dass die Messwerte zur Maispollendeposition aus dem Ruhlsdorfer Bruch in 2007 und 2008 einen ähnlichen Abstandstrend wie die überregionalen Erhebungen aufweisen und sich in die Regressionsbeziehung einfügen, die Einträge hierbei im Mittel überdurchschnittlich ausfallen.

21 Für eine Abstandsregelung ist nach dem Vorsorgeprinzip der Ausschluss von Risiken mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit maßgebend, d.h. das obere Vertrauensintervall. 10 6

22 Einfluss thermischer Aufwinde bei der Maispollenausbreitung

23 Bund-Länder-FuE-Vorhaben Abschätzung und Modellierung der Exposition von Schutzgebieten durch Pollen und Streu aus dem Bt-Maisanbau 1 Adaption des TA-Luft Ausbreitungsmodells AUSTAL/LASAT für Maispollen unter Berücksichtigung thermischer Effekte 2 Erfassung der Maispollendeposition auf Futterpflanzen von Schmetterlingen 3 Abschätzung der Exposition von Gewässerökosystemen in Brandenburg durch Pollen und Streu im Hinblick auf ein Risikomanagement

24 1. Modellierung der Maispollenausbreitung unter Berücksichtigung von Worst-Case Annahmen Adaption des TA-Luft Ausbreitungsmodells AUSTAL/LASAT für Maispollen und thermische Aufwinde Meteorologie mit Ultraschallanemometer Erfassung des zeitlichen Verlaufs der Maispollenemission und immission mit Pollenmonitor PMO Erfassung der räumlichen Verteilung der Maispollenimmission mit Pollenmassenfilter PMF PMO Meteo mit USA PMF

25 Maispollendeposition auf Futterpflanzen von Schmetterlingen Scabiosenflockenblume (Centaurea scabiosa), Futterpflanze u.a. der Schmetterlingsraupen des Grünwidderchen, eine Rote Liste 1 Art; Digitalmikroskopie Freiland 200x

26 Exposition von Gewässerökosystemen durch Eintrag und Transport von Pollen und Streu aus dem Maisanbau Pollen blow-in Exposition während der Maisblüte Juli/August Drift im Gewässer Transport, Dekomposition, Deposition, Akkumulation Exposition von stromabwärts gelegenen Schutzgebieten und NZO abhängig von Eintrag und Transport/Hochwasser Blow-in and wash-in der Maisstreu Exposition von Ernte bis Frühjahr

27 Internationale Fachtagung Biomonitoring und Bioindikation Einsatzbereiche und neue Entwicklungen AGES / VDI / oö Akademie f. Umwelt u. Natur Linz Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! Mitwirkende: Dr. S. Ober, Ch. Unselt NABU F. Hofmann, U. Schlechtriemen TIEM Integrated Environmental Monitoring GbR U. Kuhn Büro Kuhn Dr. U. Janicke, Dr. L. Janicke Ing.-Büro Janicke Prof. Dr. W. Koch Fraunhofer ITEM F.-J. Löpmeier, Dr. K.-P. Wittich DWD Agrarmeteorologischer Dienst C. Mante PD Dr. W. Kratz FU Berlin Prof. Dr. Tockner IGB Prof. B. Schröder Uni Potsdam Dr. M. Otto BfN