Der Rebbau ist durch die klaren Parzellengrenzen und eine eigene Signatur in Landkarten von allen landwirtschaftlichen Kulturen flächenhaft und zeitlich am besten dokumentiert. Ebenso ver-hält es sich bezüglich der Kupfereinträge. Trotz dieser grossen Vorteile gegenüber anderen Kul-turen ist die flächenhafte Abschätzung der Kupferbelastung anhand der Flächenentwicklung in Kombination mit den Eintragsfrachten im Rebbau nur grob und regional möglich. Die Anwendung der verwendeten Methode auf andere Sonderkulturen, wie etwa den Gemüse-, Obst- oder Hop-fenbau ist deshalb wenig versprechend.
Landesweite zuverlässige flächenhafte Abschätzungen nutzungsbedingter Schadstoffbelastungen sind sehr aufwendig, wie am Beispiel der Kupferbelastung im Rebbau gezeigt werden konnte. Die in diesem Bericht vorgestellte Methode eignet sich zur regionalen und allenfalls kantonalen Anwendung und ist insbesondere zur Ausscheidung von kritischen Flächen für Aushubkontrollen nützlich.
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8 ANHÄNGE
Anhang A : Praktisches Beispiel
Als Beispiel dient ein Standort aus der Landeskarte 1:25’000 Nyon, Blatt Nr. 1261, für welchen auf den nachgeführten Kartenblättern von 1974, 1980 und 1985 Rebbau eingezeichnet ist. Er wird anschliessend als Nyon 5 bezeichnet.
1 Berechnung der Kupferbelastung
a) Jährliche Kupferfrachten aus Pflanzenschutzmitteln
Für die Jahre mit Rebnutzung werden die jährlichen Kupferfrachten von RÄZ et al. (1987) aus der Figur 3 in Kapitel 2.1 entnommen.
b) Erfassung der Rebflächenentwicklung
Um eine durchgehende Entwicklung der Rebflächen zu erhalten, werden den einzelnen Nachfüh-rungsjahren Zeitabschnitte zugeordnet. Die Abschnittsgrenze entspricht dem mittleren Jahr zwi-schen zwei Nachführungsjahren. Für den Standort Nyon 5 ist auf der Landeskarte von 1980 Rebbau vermerkt. Die vorangehende Nachführung dieses Kartenblattes erfolgte 1974, die nach-folgende 1985. Daraus ergibt sich aus dem 1980 nachgeführten Kartenblatt für unsere Berech-nungen ein Zeitabschnitt von 1978 bis 1983. Die Zeit seit Beginn des chemischen Pflanzenschut-zes im Rebbau bis heute wird den Nachführungen der Kartenblätter entsprechend in zehn bis zwölf Abschnitte aufgeteilt. Mit dem geographischen Informationssystem Arc-Info werden die Rebflächen der Testgebiete auf allen ausgewählten Nachführungen der Kartenblätter digital er-fasst. Zu diesem Zweck mussten wir die Grenzen der Rebflächen mit einem elektronischen Lese-gerät abtasten um die Rebflächen in Polygone umzuwandeln. In den Regionen mit vorhandenen Daten über Kupfergehalte wurde nicht das ganze Gebiet digital erfasst, sondern wir bestimmten für die untersuchten Standorte die Zeitabschnitte mit Rebnutzung direkt auf den historischen Karten.
Die Standorte wurden zu diesem Zweck mit einem Graphikprogramm nach ihren Koordinaten auf Folien eingezeichnet, welche mit einem Kilometerraster versehen sind und können so zur Abklärung der Rebnutzung direkt auf die einzelnen Nachführungen der Kartenblätter projektiert werden.
c) Berechnete Kupfereinträge und Gehaltszunahmen je Zeitabschnitt
Für die Zeitabschnitte mit Rebnutzung werden die durch den Pflanzenschutz eingetragenen Kupferfrachten der einzelnen Jahre nach mittleren Frachten von RÄZ et al. (1987) aufsummiert (vgl. Figur 3). Für den Zeitabschnitt von 1978 bis 1983 des Beispielstandortes Nyon 5 ergibt dies folgende Kupfereinträge : von 1978 bis 1980 einen durchschnittlichen Eintrag von 8.5 kg Kupfer pro Hektare und Jahr (ha-1J-1), von 1981 bis 1983 6 kg Kupfer ha-1J-1 ergibt Total 43.5 kg Kupfer.
Bei der gewählten Bearbeitungstiefe von 50 cm werden 40% des eingebrachten Kupfers in der Bodenschicht 0-20 cm gespeichert. Die Kupferfrachten je Zeitabschnitt werden mit einem ange-nommen Raumgewicht von 1.2 g pro cm3 in eine Gehaltszunahme im Boden umgerechnet. Für den Zeitabschnitt Z 11 des Standortes Nyon 5 ergibt dies eine Gehaltszunahme zwischen 1978 und 1983 von (vgl. Tabelle 3 in Kapitel 3.1) :
43’500 g Cu*40%
ha*J : 10’000 m2 * 0.2 m Boden *1.2 t
m3 = 7.3 g Cu
t Boden oder 7.3 ppm
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d) Berechneter Gesamtgehalt von Rebflächen und Bildung von Belastungsklassen
Im geographischen Informationssystem werden für die Flächen mit Rebnutzung die Kupferge-haltszunahmen der einzelnen Zeitabschnitte aufsummiert und zu der durchschnittlichen Hinter-grundsbelastung von 23 ppm addiert.
Bei den Standorten mit vorhandenen Kupfergehaltsdaten werden die Zunahmen für die Zeitab-schnitte mit Rebnutzung in einem Tabellenkalkulationsprogramm zu einem berechneten Totalge-halt aufsummiert. Auf dem Beispielstandort Nyon 5 ist auf den Kartenblättern von 1974, 1980 und 1985 Rebbau eingezeichnet. In unseren Berechnungen bedeutet dies eine Rebnutzung von 1972 bis 1992 bzw. in den Zeitabschnitten Z10, Z11 und Z12. Um den berechneten Gesamtgehalt zu ermitteln wird zu den Gehaltszunahmen aus dem Pflanzenschutz ein häufig vorkommender na-türlicher Grundgehalt von 23 mg Kupfer pro kg Boden addiert (MEYER 1991). Der berechnete Gehalt für diesen Standort beträgt somit : 10.2 + 7.3 + 4.9 + 23 ppm = 45.4 ppm (vgl. Standort 5 in Tabelle 12).
A B C D E F G G I J K L M N O P Q R S T
1 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12
2Reben von 1886 1908 1917 1927 1936 1945 1954 1961 1967 1972 1978 1984
3Reben bis 1907 1916 1926 1935 1944 1953 1960 1966 1971 1977 1983 1992
4Minimale Zunahme 1) 8.0 5.7 12.2 22.5 19.2 15.0 5.0 4.0 3.0 2.0 2.0 1.8
5Mediane Zunahme 1) 23.2 20.3 42.8 71.3 56.3 55.0 37.5 16.2 9.8 10.2 7.3 4.9 6Maximale Zunahme 1) 38.3 35.0 73.3 120 93.3 95.0 70.0 28.3 16.7 18.3 12.5 8.0 7korrigierte Zunahme 2) 24.2 20.0 34.5 48.0 38.3 51.5 39.3 20.8 20.0 17.3 11.0 7.1
8Korrekturfaktoren 1.0 1.0 0.8 0.7 0.7 0.9 1.0 1.3 2.0 1.7 1.5 1.4
9 10 11
12Standort ppm Cu Zeitabschnitte Gehalte berechnet Belastungs-
Belastungs-13 gemessenZ1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12 korr Max Med Min klasse (RÄZ) klasse (korr)
14 1 83 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 30 31 28 25 >25-50 >25-50
nach mittleren Einträgen von RÄZ et al. 1987 korrigiert = Beispielparzelle "Nyon 5"
1 = Rebbau
0 = nicht rebbauliche Nutzung
Formel in der Zelle "P33" im Tabellenkalkulationsprogramm : =C$7*C33+D$7*D33+E$7*E33+F$7*F33+...+N$7*N33+23 Grundgehalt = 23 ppm
Tabelle 12: Beispiel einer Tabelle zur Berechnung der Kupfergehalte
Um die graphische Auswertung zu erleichtern, wird die Vielzahl der berechneten Kupfergehalte in Belastungsklassen gruppiert (vgl. Tabelle 2 in Kapitel 2.1). Der Beispielstandort Nr. 5 aus der Region Nyon wird seinem berechneten Gehalt von 45 ppm entsprechend, in die Belastungsklasse
>25-50 ppm eingeteilt (vgl. „Belastungsklasse (RÄZ)“ in Tabelle 12).
e) Herstellen von theoretischen Belastungskarten
Mittels geographischem Informationssystem werden gemäss b) bis d) für sämtliche Rebflächen Kupfergehalte berechnet, diese nach der Klassierung in Tabelle 2 in Kapitel 2.1 zusammengefasst und als Karten auf Klarsichtfolien ausgedruckt. Die Belastungskarten werden mit Stichpro-benmessungen überprüft. Damit die Folien zur Auswahl der Probenahmestandorte direkt auf die Kartenblätter gelegt werden können, sollten sie massstabgetreu sein und zusätzlich zu den un-terschiedlichen Belastungsflächen mit einem Koordinatennetz versehen sein. Den einzelnen Be-lastungsklassen werden hellere Farbtöne zugeordnet, damit die Signaturen der Landkarten durch die Folien hindurch ersichtlich bleiben.
2 Überprüfung der berechneten Gehalte durch Stichprobenmessungen
a) Auswahl der Probenahmestandorte
Das Vorgehen bei der Auswahl der Probenahmestandorte ist in Kapitel 2.2 beschrieben.
b) Probenahme und Analytik
Probenahme und Analytik sind ebenfalls in Kapitel 2.2 beschrieben.
c) Vergleich der berechneten und gemessenen Kupfergehalte
Die graphische Darstellung der Resultate erfolgte vorwiegend mit Hilfe von Box- & Whisker-Plots im Graphik-Statistikpaket Systat/Sygraph 5.05. Wie in Kapitel 2.2 beschrieben, werden beim Ver-gleich der gemessenen mit den mittleren nach RÄZ et al. (1987) berechneten Gehalten in jeder Belastungsklasse neben den gemessenen Gehalten der „maximale“, der „mediane“ und der
„minimale Gehalt“ eingezeichnet. Die drei berechneten Werte sollen anhand des Beispielstandor-tes aus der Region Nyon 5 erläutert werden. Die Parzelle entspricht dem Standort 5 aus Tabelle 12 und ist nach mittleren Einträgen von RÄZ et al. (1987) in der Belastungsklasse >25-50 (siehe Belastungsklasse [RÄZ] in Tabelle 12) eingereiht. Wir betrachten deshalb nur die Standorte in dieser Klasse. Der minimale Gehalt, d.h. der kleinste Wert der Klasse >25-50 in der Spalte „min“
mit minimalen Einträgen nach RÄZ ist 25 ppm. Der mediane Gehalt, d.h. der Median in der Spalte
„med“ mit mittleren Einträgen aller Standorte der Klasse >25-50 ist 40 ppm. Dem entsprechend ist der maximale Gehalt in der Gruppe des Beispielstandortes 62 ppm. Die Spannbreite zwischen minimalem und maximalem Gehalt ist der theoretisch grösstmögliche Streuungsbereich mit den Einträgen nach RÄZ et al. (1987). Figur 6 in Kapitel 3.1 dient als Beispiel für den graphischen Vergleich berechneter und gemessener Kupfergehalte.
Wie gut das Modell der berechneten Gehalte die Streuung der gemessenen Gehalte erklärt, kann anhand der Varianzen gemäss folgender Formel berechnet werden :
Varianz der Resultate = Σ (Kupfergehalt gemessen - Mittelwert der gemessenen Gehalte)² (n-1)
Varianz des Modells = Σ (Kupfergehalt gemessen - Kupfergehalt berechnet)² (n-1)
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Anteil der Varianz durch Modell nicht erklärt = Varianz des Modells Varianz der Resultate
3 Regionale Anpassung des Modells
Die Anpassung der Gehaltszunahme an die regionalen Verhältnisse erfolgt für alle Testgebiete in einer Tabelle die der Beispieltabelle (Tabelle 12) entspricht. Nach jeder Änderung einer Kupfer-gehaltszunahme in einem Zeitabschnitt wird deren Einfluss bei sämtlichen Standorten geprüft. Die Anpassung der Gehaltszunahmen hat zum Ziel, dass bei möglichst vielen Standorten der gemessene Gehalte im Bereich der entsprechenden Belastungsklasse liegt. Durch die Anpassung ändern sich nicht nur die angepassten berechneten Mediane, sondern einigen Standorte werden ihrem neuen berechneten Gehalt entsprechend in eine andere theoretische Belastungsklasse eingeteilt, die dem gemessenen Gehalt besser entspricht. Den Einfluss dieser Anpassung der Kupferzunahmen sehen wir am Beispielstandort Nyon 5 (vgl. Tabelle 12). Der Standort hat nach angepassten Einträgen einen berechneten Gehalt von 58 ppm und wird neu in die Bela-stungsklasse >50-100 eingeteilt (siehe BelaBela-stungsklassen [korr]). Mit 72 ppm liegt auch der effektiv gemessene Gehalt im Bereich 50-100 ppm. Diese Übereinstimmung soll mit möglichst geringen Abweichungen von den Gehaltszunahmen nach RÄZ et al. (1987) erreicht werden. Zur Kontrolle der Abweichungen werden zwischen den Zunahmen nach mittleren Einträgen von RÄZ et al.
(1987) und den endgültigen angepassten Kupferzunahmen Korrekturfaktoren berechnet.
Für einen Vergleich der Testgebiete ist es durch die unterschiedlichen Zeitabschnitte bedingt nötig, die Gehaltszunahmen aller Zeitabschnitte in jährliche Gehaltszunahmen aufzuteilen. Ausgehend von den jährlichen Kupferzunahmen verursacht durch mittlere Einträge nach RÄZ et al. (1987), soll mit möglichst geringen und gleichmässigen Abweichungen von RÄZ et al. (1987) die regional angepasste Kupferzunahme des Zeitabschnittes erreicht werden. In Tabelle 13 ist als Beispiel der Zeitabschnitt 11 des Standortes Nyon 5 in jährliche Gehaltszunahmen aufgeteilt. Mit mittleren Einträgen nach RÄZ et al. (1987) beträgt die Gehaltszunahme im Zeitabschnitt von 1978 bis 1983 7.3 ppm. Durch Anpassung der Einträge an die regionalen Verhältnisse steigt die Kupferzunahme im gleichen Zeitabschnitt auf 11.0 ppm. Durch Erhöhung der jährlichen Kupferzunahmen nach RÄZ et al. (1987) um den Faktor 1.50 bzw. 1.52 wird für den Zeitabschnitt 11 die angepasste Kupferzunahme von 11.0 ppm erreicht.
Tabelle 13: Beispiel aus dem Testgebiet La Côte für die Aufteilung der Kupfergehaltszunahmen eines Zeit-abschnittes in jährliche Gehaltszunahmen [ppm].
Jahr 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 Gehaltszunahmen nach
mittleren RÄZ-Frachten
1.83 1.83 1.42 1.42 1.42 1.42 1.42 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.42
Korrekturfaktor 1.77 1.77 1.52 1.52 1.52 1.52 1.52 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.38 angepasste Zunahme 3.25 3.25 2.17 2.17 2.17 2.17 2.17 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 0.58 Zeitabschnitt 11 (1978 -1983) angepasst = 11.0 ppm = 2.17+2.17+2.17+1.50+1.50+1.50
4 Methode zur standortbezogenen Abschätzung von Kupferbelastungen
In Kapitel 5 ist ein Nomogramm (siehe Figur 18) zu finden, das ebenfalls am Beispielstandort Nyon 5 erklärt werden soll. In der Periode von 1971 bis 1980 nimmt der durchschnittliche Kupfergehalt um 24 ppm zu und steigt in der nächsten Periode von 1981 bis 1990 weiter auf 34 ppm an. Durch Addition eines Grundgehaltes von 23 ppm erhalten wir einen berechneten mittleren Kupfergehalt von 57 ppm. Mit der 95 %-Zunahme erreichen wir einen berechneten Gehalt von 85 ppm (62 ppm
+ 23 ppm Grundgehalt). Der Standort liegt mit seinen gemessenen 72 ppm Kupfer zwischen mittlerem Gehalt und 95 %-Perzentil.
Anhang B : Vergleichbarkeit der Kupferanalysen
Die vorliegende Studie verwendet Kupferanalysen aus drei verschiedenen Laboratorien und un-terschiedlichen Analysenjahren, die aus Interpretationsgründen auf ihre Vergleichbarkeit zu über-prüfen sind.
1 Testgebiete La Côte und Bielersee Die Analysen wurden 1994 an der For-schungsanstalt für Agrikulturchemie und Um-welthygiene in Liebefeld-Bern (FAC) durchge-führt. Dank der Teilnahme der FAC am VSBo-Ringversuchsprogramm seit 1989 (z.B. FAC 1993), kann die Vergleichbarkeit der FAC-Analysen gegenüber den 22 bis 33 Ringver-suchsteilnehmern periodisch dokumentiert werden. Figur 19 zeigt die prozentuellen Ab-weichungen der Resultate der FAC von den Medianen (als Sollwerte angenommene) des International Soil Analytical Exchange (ISE) Programms das seit 1991 die Grundlage des VSBo-Ringversuchprogramms bildet. Die Kup-feranalysen der FAC liegen durchwegs syste-matisch zu hoch. Im Jahr 1994 lagen die Messwerte der FAC knapp 10% höher als die Mediane.
Figur 19: Prozentuale Abweichung der Kupfer-analysen der FAC von den Medianen aller 22-33 Teilnehmer des ISE-Ring-versuchs.
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2 Testgebiet Furttal
Die Bodenproben aus dem Furttal wurden 1992 beim Labor A analysiert, das ebenfalls seit 1989 am ISE-Ringversuch teilnimmt. Figur 20 zeigt die Abweichungen der Messwerte des Labors A in Prozent von den Medianen (als Sollwerte angenommene), die aus den Analy-sen von 22 - 33 Teilnehmern des ISE-Ring-versuches gebildet wurden. Während des Jah-res 1992 wichen die Analysen des Labors A weniger als 10 % und nicht systematisch von den Medianen ab. Die Vergleichbarkeit mit den Sollwerten von ISE ist also gut.
3 Testgebiet Bündner Herrschaft
Die Proben aus der Bündner Herrschaft wur-den im Dezember 1989 im Labor B untersucht.
Leider hat dieses Labor noch nie an einem VSBo-Ringversuch teilgenommen und die Vergleichbarkeit seiner Resultate ist nicht öffentlich ausgewiesen. Dies hat uns bewogen, 20 Rückstellproben der Bündner Studie über Kupfergehalte in Rebbergböden (AfU GR 1992) nochmals zu analysieren. In Figur 21 sind die Messwerte des Labors B aus dem Jahre 1989 den Messungen der gleichen Bodenproben durch das Labor der FAC im Jahre 1994 gegenübergestellt. Es zeigt sich, dass die Resultate des Labors B mit relativ tiefen Gehalten systematisch und bis 80 % höher liegen als die Messungen der FAC. Wir korrigierten darum die Kupfergehalte der 22 Bodenproben, welche nicht ein zweites Mal
gemessen wurden nach der Kurve in Figur 21. In der Auswertung des Testgebietes Bündner Herrschaft wurden aus Gründen der Vergleichbarkeit die Gehalte der 20 Nachmessung und die 22 korrigierten Resultate verwendet.
Figur 20: Prozentuale Abweichung der Kupfer-analysen des Labors A von den Me-dianen aller 22-33 Teilnehmer des ISE-Ringversuchs.
Figur 21: Abweichung der Messungen von 20 Proben des Labors B 1989 gegenüber den Resultaten der FAC 1994 sowie 22 korrigierte Gehalte aus Rebbergen Graubündens.
4 Testgebiet Rheintal
Die Rund 1000 Proben aus dem St. Galler Rheintal wurden im Herbst 1988 im gleichen Labor B wie die Proben aus der Bündner Herr-schaft analysiert. Eine Nachmessung war je-doch nicht möglich, weil keine Rückstellproben mehr verfügbar waren. Um trotzdem einen An-haltspunkt über die Vergleichbarkeit der Resul-tate zu erhalten, beschlossen wir, 20 Standorte aus dem St. Galler Rheintal erneut zu bepro-ben. Die Probenahmestandorte waren 1988 nur auf Grundbuchplänen im Massstab 1:5’000 eingezeichnet und nicht von einem Fixpunkt eingemessen oder durch eine Probenahme-skizze versichert worden. Dieser Umstand führte bei der Nachbeprobung teilweise zu grossen Unsicherheiten beim Auffinden der Probenahmestandorte. In Figur 22 sind die Messwerte des Labors B aus dem Jahre 1988
den Messungen der zweiten Beprobung 1994 der gleichen Standorte durch das Labor der FAC im Jahre 1994 gegenübergestellt. Die Messungen beider Proben der gleichen Standorte durch die zwei Labors sind in allen Konzentrationsbereichen sehr unterschiedlich aber nicht systematisch verschieden ausgefallen. Die Resultate aus diesem Testgebiet können deshalb nicht vergleichbar korrigiert werden und sind mit entsprechender Vorsicht zu interpretieren.
Anhang C : Verwendete Kartenblätter
Zeit-schnitte
Kartenblätter und Nachführungsjahre : La Côte angenommene
(Teil-) Kartenblätter und Nachführungsjahre : Furttal angenommene Nachführungs-jahre für das ganze Testgebiet
Figur 22: Vergleich der Resultate von 20 durch das Labor B 1988 analysierten Proben und den 1994 durch die FAC entnommenen und gemessenen Proben.
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Z1 SA 39 (1881), SA 42 (1881), SA 158 (1880) 1881
Z2 SA 39 (1896), SA 42 (1996), SA 158 (1896) 1896
Z3 SA 39 (1904), SA 42 (1904), SA 158 (1904) 1904
Z4 SA 39 (1914), SA 42 (1913), SA 158 (1913) 1913
Z5 SA 39 (1931), SA 42 (1932), SA 158 (1932) 1931
Z6 SA 39 (1940), SA 42 (1940), SA 158 (1940) 1940
Z7 LK 1070 (1955), LK 1071 (1956), LK 1091 (1955) 1956
Z8 LK 1070 (1966), LK 1071 (1966), LK 1091 (1962) 1966
Z9 LK 1070 (1970), LK 1071 (1970), LK 1091 (1970) 1970
Z10 LK 1070 (1976), LK 1071 (1976), LK 1091 (1976) 1976 Z11 LK 1070 (1982), LK 1071 (1982), LK 1091 (1982) 1982 Z12 LK 1070 (1988), LK 1071 (1988), LK 1091 (1988) 1988