Übersicht über Lehrinhalte zum Modul: Prozessmanagement pflanzlicher Produkte

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1 Übersicht über Lehrinhalte zum Modul: Prozessmanagement pflanzlicher Produkte 1. Einführung Prozessmanagement pflanzlicher Produkte (Rahmenbedingungen, Nachhaltigkeit, Multifunktionalität) 2. Grundlagen der Nachhaltigkeits- bzw. Umweltbewertung 3. Stickstoff - Stoffflüsse und Bilanzen 4. Pflanzenschutzverfahren und neue methodische Ansätze zu ihrer ökologischen Bewertung 5. Prozessmanagement von Rapsprodukten 6. Stoffströme nachwachsender Rohstoffe

2 Gliederung: Wirkungen von Pflanzenschutzmaßnahmen und neue methodische Ansätze ihrer ökologischen Bewertung 1. Einleitung 2. Wirkungen von Pflanzenschutzmaßnahmen 2.1 Übersicht über die Wirkungen 2.2 Erwünschte Wirkungen 2.3 Unerwünschte Nebenwirkungen 3. Verfahren zur Risikoabschätzung 3.1 Problem der Verfahrensvergleiche 3.2 Darstellung verschiedener Bewertungsansätze 3.3 Anwendungsbeispiele 4. Entwicklungstendenzen im Pflanzenschutz 4.1 Wirkstoffeigenschaften und Umfang 4.2 Nebenwirkungen 5. Studien zur ökonomischen Bewertung

3 Zugelassene Pflanzenschutzmittel und Wirkstoffe in in Deutschland Zulassungsbehörde: Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) Einvernehmensbehörde: Umweltbundesamt (UBA) Benehmensbehörde: Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) INDUSTRIEVERBAND AGRAR (2006)

4 Absatz einzelner Wirkstoffgruppen in in Pflanzenschutzmitteln in in Deutschland (1000 t) t) INDUSTRIEVERBAND AGRAR (2006)

5 Pflanzenschutzmittel Abgesetzte Wirkstoffmenge in in Deutschland (in (in t) t) INDUSTRIEVERBAND AGRAR (2006)

6 Entwicklung des Pflanzenschutzmittelmarktes in in Deutschland INDUSTRIEVERBAND AGRAR (2006)

7 Anteile der Regionen am Weltmarkt für Pflanzenschutzmittel (2005) INDUSTRIEVERBAND AGRAR (2006)

8 Konzentrationsprozess in der Pflanzenschutzindustrie Konzentrationsprozess in der Pflanzenschutzindustrie INDUSTRIEVERBAND AGRAR (2006), nach PHILIPS McDOUGALL

9 Marktanteile führender Pflanzenschutzunternehmen (Umsatz in in Mio. Mio. US US $) $) PHILLIPS McDOUGALL, INDUSTRIEVERBAND AGRAR (2006)

10 Wirkungen des chemischen Pflanzenschutzes Wirkungen des chemischen Pflanzenschutzes Positive Wirkungen Vermeidung von Ertrags- und Qualitätsverlusten durch Krankheiten, Schädlinge und Unkräuter Verhinderung von Landverbrauch und Erosion Weltweite Ernährungssicherung und Hungerbekämpfung Negative Wirkungen Belastung des Grundwassers und der Oberflächengewässer Verringerung der Artenvielfalt Beeinträchtigung der Gesundheit Verschlechterung der Nahrungsmittelqualität durch Rückstände

11 Ergebnisse bisheriger Kosten-Nutzen-Analysen für den chemischen Pflanzenschutz, dargestellt als volkswirtschaftlicher Nutzen Deutschland WAIBEL & FLEISCHER (1998) 5 Mrd. HARTMANN (1993), BROCKMEIER et al. (1994), 2,5-12 Mrd. DUTCH MINISTRY ENVIRONM. (1997) Dänemark BICHEL (1999) 1 Mrd. nach SCHMITZ (2002)

12 Problematik Maiswurzelbohrer Problematik Maiswurzelbohrer Befallsgebiete 2007

13 Typische Dosis-Wirkungskurve eines toxischen Effektes MAK: Maximale Arbeitsplatzkonzentration NOEL: No observed effect level Sicherheitsfaktor ist Abstand zwischen NOEL und Exposition (MOS = Margin of safety) oder einem Umweltstandard GREIM (2002)

14 BIOLOGISCHE BUNDESANSTALT (2005) Obstbaugebiet Altes Land Obstbaugebiet Altes Land

15 Pflanzenschutzmittelapplikation in in der landwirtschaftlichen Praxis

16 Indikatoren für die Bewertung des Einsatzes von chemischen Pflanzenschutzmitteln Anwendungs-Indikatoren (pesticide use indicators) Erfassen und bewerten, ob und wie häufig Pflanzenschutzmittel eingesetzt werden. Sie implizieren, dass es prinzipiell gut ist, Pflanzenschutzmittel selten und in geringen Mengen auszubringen. Beispiel: Behandlungsindex (BBA) Risiko-Indikatoren (pesticide risk indicators) berücksichtigen zusätzlich physiko-chemische Eigenschaften der PSM toxikologische Eigenschaften der PSM Standorteigenschaften Beispiele: EEP, IPEST, SYNOPS

17 Zweck der PSM-Risiko-Indikatoren Zweck der PSM-Risiko-Indikatoren Landwirte: Politiker: können verschiedene Pflanzenschutz- Strategien hinsichtlich ihrer Umweltverträglichkeit vergleichen können Entwicklung des Umweltrisikos über die Zeit verfolgen, können den Erfolg politischer Maßnahmen abschätzen Verbraucher: können über Label Produktinformationen erhalten Ziel ist nicht ein Label für Pflanzenschutzmittel, sondern die Bewertung der Produktion landwirtschaftlicher Güter GEROWITT (2002)

18 Behandlungsindices für die Anwendung von Pflanzenschutzmitteln in in Deutschland (Anzahl Anwendungen unter Berücksichtigung reduzierter Aufwandmengen und und Teilflächenbehandlungen) BMVEL (2004)

19 Ansätze zur Abschätzung der Grundwassergefährdung durch Pflanzenschutzmittel Methode Autor einbezogene Faktoren Expertenmodell CHEMPROG PESTEMER et al. (1994) Wirkstoff- und Standorteigenschaften EEP-Methode 1) WIJNANDS (1997) Aktivsubstanzmenge Halbwertzeit Verteilungskoeffizient Ergebnisdarstellung 6-stufige Bewertungsskala dimensionsloser Wert Fuzzy Expert System IPEST VAN DER WERF & ZIMMER (1998) 1) Environment Exposure to Pesticides Wirkstoff- und Standorteigenschaften Indikator I gro : (0-1)

20 Berechnung der EEP-Risiko-Indikatoren (EEP = Environment Exposure to to Pesticides) EEP Boden = Aufwandmenge * DT 50 [kg*d] = [kg] * [d] EEP Grundwasser = Aufwandmenge * DT 50 / K om [kg*d] = [kg] * [d] / [ ] EEP Luft = Aufwandmenge * Dampfdruck [kg*mpa] = [kg] * [mpa] WIJNANDS (1997)

21 Indicator of Pesticide Environmental Impact (IPEST) Indicator of Pesticide Environmental Impact (IPEST) Autoren: VAN DER WERF & ZIMMER (1998) Verfahrensansatz: Fuzzy-Expertensystem Der Grad der Zugehörigkeit jeder Variablen zu den Mengen günstig oder ungünstig wird nach Regeln, die Expertenwissen widerspiegeln, bestimmt. Jeder Eingangswert erhält zwei dimensionslose Fuzzywerte zwischen 0 und 1. Modellgrößen: KH: Henry-Koeffizient (Maß der Verflüchtigung) Position: Positionierung des PSM (Bodenbedeckung durch Kulturpflanzen DT 50 : Halbwertzeit des Wirkstoffs (Vermind. um 50%) K OC : Adsorptionskoeffizient des Wirkstoffs zwischen der org. Substanz und der Bodenlösung GUS: Groundwater ubiquity score ADI: Acceptable Daily Intake

22 Umweltbewertungsinstrument INDIGO Indikator Pflanzenschutz: I-phy ADI [mg/kg/d] Position [%] DT 50 [d] K oc [ ] Leaching Risk [ ] Wirkstoffmenge [kg/ha] GUS [log(d)] fuzzifizieren in Werte zwischen 0 und 1 fuzzifizieren zusammenfassen (Sugenos Inference Methode) Risiko Grundw. Risiko Oberflw. Risiko Luft Präsenz zusammenfassen (Sugenos Inference Methode) Risiko gesamt VAN DER WERF & ZIMMER (1998) I-phy

23 IPEST für das Risiko Grundwasserkontamination --Der Effekt der Input-Variablen GUS, Ort der Applikation, Verlagerungsrisiko und Humantoxizität GUS= Groundwater ubiquity score VAN DER WERF & ZIMMER (1998)

24 Von SYNOPS verwendete Wirkstoffparameter Von SYNOPS verwendete Wirkstoffparameter chemisch-physikalische ökotoxische Parameter Parameter -DT -LC 50 Regenwurm 2) 50 Boden 1) -DT - NOEC Regenwurm 3) 90 Boden 1) -DT 50 Wasser (Wasserphase) -DT 90 Wasser (Wasserphase) -DT 50 Photolyse -DT 50 Hydrolyse - Dampfdruck DD - n-oktanol-wasser-verteilungskoeffizient logkow - Wasserlöslichkeit Lö - Molekulargewicht MOLG - t_re (Versuchsdauer für NOEC Regenwurm) -LC 50 Daphnie - NOEC Daphnie - t_da (Versuchsdauer NOEC Daphnie) -LC 50 Algen - NOEC Algen - t_al (Versuchsdauer NOEC Algen) -LC 50 Fische - NOEC Fische - t_fi (Versuchsdauer NOEC Fische) 1) Disappearance Time 50% bzw.: 90% 2 ) Lethal Concentration Fifty 3) No Observed Effect Concentration nach GUTSCHE & ROSSBERG (1997)

25 Arbeitsschritte im Bewertungsmodell SYNOPS Festlegung der zu vergleichenden Wirkstoffgruppen, Ermittlung der chemisch-physikalischen und ökotoxikologischen Eingangsgrößen der Wirkstoffe, Berechnung der Befrachtung von Pflanze, Boden und Oberflächenwasser, Berechnung von Kennziffern für die Umweltverfügbarkeit des Stoffes für die Kompartimente Boden, Wasser und Luft, Berechnung der Kennziffern des biologischen Risikos, Aggregation jeder Kennziffer, Relativierung und Visualisierung (Risikographen) der aggregierten Kennziffern der Wirkstoffgruppen. nach GUTSCHE & ROSSBERG (1997)

26 Vergleich eines konventionellen und eines integrierten Anbausystems mit Hilfe des EEP- Indikators (Wasser) Fruchtart Environment Exposure to Pesticides (EEP-water) Konventionell Integriert Kartoffeln Winterweizen Zuckerrüben Saatzwiebeln Durchschnitt verändert nach WIJNANDS (1997)

27 SYNOPS: Fruchtartenspezifische Indices für das aquatische Risiko ( ) BIOLOGISCHE BUNDESANSTALT (2005)

28 Erfahrungen bei der Anwendung von Pflanzenschutzrisiko-Indikatoren Es gibt verschiedene PSM-Risiko-Indikatoren. Sie unterscheiden sich nach Art der Berechnung, betrachtetem Umweltkompartiment und Handhabbarkeit. Anbausysteme lassen sich durch sie charakterisieren. Dabei zeigen die verschiedenen Indikatoren gleiche Tendenzen auf. Verschiedene Indikatoren bewerten einzelne PSM- Anwendungen unterschiedlich. Letzteres muß beachtet werden, wenn bei der Entscheidung für ein PSM die potentielle Umweltbelastung berücksichtigt werden soll. GEROWITT (2002)

29 Nachteile von pflanzenschutzmittelbezogenen Indikatoren Mögliche negative Wirkungen unterlassener Maßnahmen bleiben unberücksichtigt + höherer Flächenanspruch durch geringere Erträge + höheres Toxizitätsrisiko durch Mykotoxine Mögliche negative Wirkungen alternativer Maßnahmen bleiben unberücksichtigt Beispiel mechanische Unkrautbekämpfung: + höherer Energieaufwand + erhöhte Erosionsgefahr Bewertung ganzer Anbausysteme

30 Selektive Toxizität von Insektiziden Selektive Toxizität von Insektiziden Wirkstoffgruppe Wirkstoff Toxizität Ratte LD 50 mg/kg Toxizität Blattläuse LD 50 mg/kg Sicherheitsfaktor Ratte/Blattlaus Nikotin 50 >5 <10 Organophosphate Oxydemeton-methyl Carbamate Pirimicarb Chloronicotinyle Imidacloprid 70 0, , , nach LEICHT (1996)

31 Entwicklung der Grundwasserbelastung durch Pflanzenschutzmittel LAWA (2004)

32 Die am am häufigsten im im oberflächennahen Grundwasser nachgewiesenen PSM- Wirkstoffe und metabolite 2003 BUNDESAMT FÜR VERBRACHERSCHUTZ UND LEBENSMITTELSICHERHEIT (2005)

33 Einzugsgebiete mit validen Schätzungen von Wirksubstanzen Rhein Pegel Köln A = km² (incl km² ausserh. BRD) Ruhr Pegel Hengsen A = km² FREDE (2003)

34 Zeitliche Entwicklung der Atrazin-Fracht des Rheins (Messstelle Köln) [kg/a] Rhein Atrazin, kg FREDE (2003)

35 Zeitliche Entwicklung der Atrazin- Fracht der Ruhr (Messstelle Hengsen) [kg/a] Ruhr Atrazin kg ,1 0,2 FREDE (2003)

36 Zeitliche Entwicklung der Isoproturon-Fracht der Ruhr (Messstelle Hengsen) [kg/a] Ruhr Isoproturon kg 2,0 2,7 7,5 34,9 26,2 6,3 14,5 6,2 4,0 6,1 3,8 FREDE (2003)

37 PSM-Jahresfrachten in der Stever (kg/a) PSM-Jahresfrachten in der Stever (kg/a) LANDWIRTSCHAFTSKAMMER NORDRHEIN-WESTFALEN (2005)

38 Schätzung von Wirkstoff-Frachten Schätzung von Wirkstoff-Frachten Rhein Fracht aus punktuellen Einträgen (Kläranlagen) 93% n = 17 Ruhr Fracht aus diffusen Einträgen (Erosion, Abdrift, Drainagen) 72% n = 21 (Anzahl Wirkstoffe) FREDE (2003)

39 Herkunft der Pflanzenschutzmittelbelastung in in Gewässern 5 Flusseinzugsgebiete in Hessen Eintrag aus diffusen Quellen Eintrag aus Punktquellen Fläche 1900 km² 25km² 20km² 7 km² 50 km² FREDE (2003)

40 Verminderung des PSM-Austrages durch Beratung Wölfersheim (Wetterau) 4 Ortschaften/Kläranlagen in Hessen A B C D 5 Flusseinzugsgebiete in Hessen -82% -70% -61% -69% -80% FREDE (2003)

41 Pflanzenschutzmittelapplikation in in der landwirtschaftlichen Praxis

42 Einfluss eines Saumes auf die Abdrift von Pflanzenschutzmittel BIOLOGISCHE BUNDESANSTALT (2001)

43 Ergebnisse aus dem Lebensmittel-Monitoring für Gemüse in in den Jahren HEITEFUSS & BURTH (2004)

44 Rückstandssituation deutscher und ausländischer Erntegüter Inland (n= 3294) Ausland (n= 4015) HEITEFUSS & BURTH (2004)

45 Zusätzlicher weltweiter Landverbrauch für unterschiedliche Fruchtarten infolge einer 30%igen Ertragsdepression nach einem Pflanzenschutzmittelverzicht Fruchtart Weizen Futtergetreide Ölsaaten Zuckerrüben/-rohr Reis Zusätzlicher Landverbrauch in % 22,3 25,4 20,5 16,4 13,7 SCHMITZ (2002)

46 Auswirkungen einer 75%igen Reduzierung des Agrarchemieeinsatzes (Mrd. ) ) Einkommen der deutschen Landwirtschaft Einkommen der deutschen Ernährungswirtschaft Nettozahlerposition Deutschlands Gesamtwirtschaftliche Wohlfahrt - Deutschland -EU 15 Deutscher Alleingang -2,3-3,6-3,5-18,3 + 5,2 EU-Lösung -2,2-1,9-0,8-17,6-44,2 Vergleichsgröße: Nettowertschöpfung der deutschen Landwirtschaft 1999/2000: 11,7 Mrd. SCHMITZ (2002)

47 Weitere Nutzen des chemischen Pflanzenschutzes Weitere Nutzen des chemischen Pflanzenschutzes SCHMITZ (2002)