Auswirkung auf die Umwelt unter Berücksichtigung des Verhaltens und Verbleibs in der Umwelt
In Annex II 7. und Annex III 9. der RL 91/414/EWG sind die Untersuchungen zum Verbleib und Verhalten in der Umwelt festgelegt. Annex II 8. und Annex III 10. der RL 91/414/EWG listet den Untersuchungsumfang zur ökotoxikologischen Bewertung auf.
Auf Grundlage der eingereichten Unterlagen besteht die Möglichkeit der
• Beurteilung der Auswirkungen auf nicht zur Zielgruppe gehörenden Arten (Flora und Fauna),
• Bewertung der Kurz- und Langzeitgefährdung der nicht zu den Zielgruppen gehörenden Arten, Populationen, Lebensgemeinschaften,
• Entscheidung über die Aufnahme des WS in Anhang I der RL 91/414/EWG,
• Beurteilung von Verbleib und Verhalten des WS, relevanten Metaboliten, Abbau- und Reaktionsprodukten in der Umwelt sowie Vorhersage der entsprechenden Zeitabläufe,
• begründeten Abschätzung der erwarteten Konzentrationen (Predicted Environmental Concentration – PEC) von WS, relevanten Metaboliten, Abbau- und Reaktionsprodukten im Boden, im Oberflächenwasser, im Grundwasser und in der Luft (Kurzzeit, Langzeit),
• Ermittlung von Zielorganismen, die auf Grund der Exposition gefährdet sind,
• Festlegung von Maßnahmen, die eine Kontamination der Umwelt und Auswirkungen auf
Nichtzielgruppen gering halten,
• Bewertung der Gefahr von Fischsterben und von Todesfällen bei großen Wirbeltieren oder Landräubern, unbeschadet der Auswirkung auf die Population,
• eine Abschätzung, ob bestimmte Vorsichtsmaßnahmen zum Schutz der nicht zu den Zielgruppen gehörenden Arten notwendig sind,
• Einstufung und Kennzeichnung des Wirkstoffes.
Nachfolgender Untersuchungsumfang ist gemäß den Anhängen der RL 91/414/EWG durchzuführen:
Tab.7 Untersuchungsumfang Ökotoxikologie und Umweltverhalten
Test WS PSM Zweck
Ökotoxikologie
Auswirkungen auf Vögel Akute Toxizität
Kurzzeittoxizität bei Aufnahme durch das Futter (Granu-lat, Köder, Saatgut) durch Vögel
x
Ermittlung der Parameter: tödliche Schwellendosis, ggf. LD50, Ansprech- und Erholungszeiten,Ermittlung NOEL, relevante pathologische Gesamtbefunde
Ermittlung der Parameter: LD50, LLD (Lowest Letal Dose), ggf.
NOEC, Ansprech- und Erholungszeiten, relevante pathologische Gesamtbefunde
Ermittlung subchronische Toxizität und Reproduktionstoxizität Bewertung der Art und des Ausmaßes der Gefährdung unter praktischen Anwendungsbedingungen
Klärung der möglichen Ausnahme von PSM oder damit behandelter Erzeugnisse (Genießbarkeit)
Auswirkung auf Wasserlebewesen Akute Toxizität Fische
Chronische Toxizität Fische Toxizität Jungfische
Toxizität bei Jungstadien von Fischen
Lebenszyklusuntersuchungen bei Fischen
Biokonzentration bei Fischen Akute Toxizität bei wirbellosen Wasserlebewesen
Chronische Toxizität bei wirbellosen Wasserlebewesen
Ermittlung LD50 und der einzelnen Auswirkungen
Auswirkungen auf Wachstum, tödliche und weitere beobachtbare Auswirkungen, NOEC
Auswirkungen auf die Reproduktion der Elterngeneration und die Lebensfähigkeit der Nachkommenschaft
Ermittlung des Biokonzentrationsfaktors, Aufnahme- und Ausscheidungskonstanten und die jeweiligen Konfidenzintervalle Ermittlung EC50 (Effektkonzentration) Immobilisation nach 24h und 48h Exposition und ggf. höchste Konzentration ohne Effekt Ermittlung EC50 für Immobilisation, Reproduktion und NOEC für Endpunkte Immobilisation, Reproduktion
Ermittlung EC50 für Wachstum und Wachstumsrate, NOEC Ermittlung EC50 Überleben und Entwicklung, Berichten der Auswirkungen
bei Herbiziden
Ermittlung wesentlicher Wirkungen von PSM auf Wasserlebe-wesen unter Freilandbedingungen
Klärung des möglichen Auftretens von Rückständen in Fischen Auswirkungen auf Landlebewesen
außer Vögeln (x) Ermittlung der Art und des Ausmaßes der Gefährdung von Landlebewesen außer Vögeln unter praxisnahen
Anwenderbedingungen Auswirkungen auf Arthropoden
Test WS PSM Zweck
relevante Arthropodenarten, die für die Anwendung Bedeutung haben
LD50 für akute orale Exposition und Kontaktexposition Ermittlung Risiken für Bienenlarven
Ermittlung der Gefährdung von Trachtbienen durch Pflanzenschutzmittelrückstände
Ermittlung möglicher Risiken für Bienen in Bezug auf Überleben und Verhalten
Ermittlung möglicher Risiken für Bienenvölker in Bezug auf Überleben, Verhalten und Entwicklung
Ermittlung Auswirkungen von kontaminiertem Honigtau und Blumenpollen auf Bienen
Beurteilung sublethaler Toxizität und Mortalität bei ausgewählten Arthropodenarten
Beurteilung der Toxizität für Arthropoden, die für die Anwendung relevant sind
Ermittlung Gefährdung von Arthropoden unter Freilandbeding-ungen
Ermittlung LD50, höchste Konzentration ohne Mortalität, Konzentration mit 100% Mortalität, Ermittlung morphologische Auswirkungen und Auswirkungen auf das Verhalten
Auswirkungen auf Wachstum, Reproduktion und Verhalten, Ermittlung NOEC
Ermittlung der Auswirkungen von PSM unter Freilandbedingungen
Bewertung von Auswirkungen von PSM auf von
Markroorganismen, die am Abbau abgestorbenen Pflanzenmateri-als und organischen MateriPflanzenmateri-als von Tieren beteiligt sind
Auswirkungen auf die nicht zu den Zielgruppen gehörenden
Bodenmikroorganismen ergänzende Untersuchungen
x (x)
(x)
Ermittlung der Auswirkungen des Wirkstoffes auf die
Bodenorganismen in Bezug auf die Stickstoffumwandlung und Kohlenstoffmineralisierung
Auswirkung auf die mikrobielle Aktivität im Freiland Auswirkung auf die biologische
Abwasseraufbereitung x Ermittlung nachteiliger Auswirkungen auf die biologische Abwasserreinigung
Verbleib und Verhalten in der Umwelt Boden
Abbauweg
aerob, anaerob, Photolyse im Boden
x (x) Ermittlung anteilige Bedeutung der jeweiligen Abbauwege (chemischer und biologischer Abbau), Ermittlung der Bestandteile, die > <(ggf) 10% der Wirkstoffmenge betragen, wenn möglich Festlegung nicht extrahierbarer Rückstände, Ermittlung der Massenbilanz, Bestimmung des Bodenrückstands und Ermittlung der exponierten Organismen
Abbaugeschwindigkeit
Abschätzung der Zeit, in der 50% bzw. 90% des Wirkstoffes, der relevanten Metaboliten und Abbau- und Reaktionsprodukte abgebaut werden, entspricht DT50, DT90
Abschätzung DT50, DT90 unter Feldbedingungen Abschätzung des Rückstandsgehalts zur Ernte oder Folgekultivierung
Beurteilung der möglichen Akkumulation von WS, Metaboliten und Abbau- und Reaktionsprodukten
Adsorption und Desorption x Bestimmung des Adsorptionskoeffizienten des WS, Metaboliten und Abbau- und Reaktionsprodukten
Test WS PSM Zweck
Abschätzung der Mobilität und Versickerungsneigung des WS und ggf. der Metaboliten und Abbau- und Reaktionsprodukten, bei Lysimeteruntersuchungen: Mobilität im Boden, Potential zur Versickerung ins Grundwasser, potentielle Verteilung im Boden Wasser und Luft
Ermittlung Persistenz in Wassersystemen (Bodensediment, Wasser incl. suspendierte Teilchen, Abschätzung Gefährdung des Wassers, Sedimentlebewesen und Luft, Kontaminierungspotential für Oberflächen- und Grundwasser
anteilige Bedeutung der Abbauwege (chemischer und
biologischer Abbau), ggf. Ermittlung einzelner Bestandteile und des relativen Verhältnisses zueinander, Ermittlung der Verteilung in Wasser incl. suspendierter Teilchen und Sediment, Bestimmung des betreffenden Bodenrückstandes, um zu ermitteln, welche Nichtzielgruppen dem Rückstand ausgesetzt sind oder sein könnten
Abbauweg und -geschwindigkeit in
der Luft x (Testleitlinie in Vorbereitung)
Auswirkungen auf die
Wasseraufbereitung (x) Abschätzung der Effektivität und Auswirkungen der Methoden der Wasseraufbereitung
Die ökotoxikologischen Daten werden aus den in RL 91/414/EWG geforderten Studien ermittelt.
Die Studien werden nach Guidelines der OECD Section 2: Effects on Biotic Systems und Section 3:
Degradation and Accumulation, SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry) und der EU-Kommission unter GLP-Bedingungen durchgeführt.
Die Bewertungspraxis in der Ökotoxikologie unterscheidet sich von der Bewertungspraxis in der Humantoxikologie stark.
In der ökotoxikologischen Bewertung erfolgt eine gestufte Risikoabschätzung. Ausgehend von den toxikologischen Werten LD50, LC50, EC50, NOEC und der ermittelten oder modellierten Umweltkonzentration, PEC (Predicted Environmental Concentration), im relevanten Kompartiment wird das Verhältnis zwischen Toxizität und Exposition gebildet, der TER (Toxicity Exposure Ratio) bzw. im Bereich der Bienen der HQ (Hazard Quotient). Werden dabei bestimmte kritische Werte überschritten bzw. unterschritten „triggert“ dies die nächsthöheren Studien zur Ausweitung und Absicherung der Datenbasis. Neben den TER und HQ triggern Werte aus den Studien zum Verhalten und Verbleib in der Umwelt ebenfalls die Ausdehnung des Untersuchungsumfanges, dies sind z.B. der Biokonzentrationsfaktor (BCF) und DT50 / DT90-Werte, Eliminierungsraten. Die Teststufe 1 bilden dabei Standard-Labortests die routinemäßig durchgeführt werden, schnell und preiswert sind.
Im Annex III 10. sind TER-und QH-Werte und weitere kritische Werte festgelegt, die standardmäßig ermittelt werden. [60]
für Wasserlebewesen (jeweils eine Art aus den Gruppen Fische, wasserbewohnende Wirbellose,
Algen)
TERa = akuter LC50 -Wert (mg WS/l) / PECSW ungünstigster Fall (mg WS/l) < 100 TERlt= chronischer NOEC (mg WS/l) / Langzeit PECSW-Wert (mg WS/l) < 10 BCF biologisch leicht abbaubare WS >1.000, BFC sonstige WS >100
für Landwirbeltiere außer Vögeln
TERst = subchronischer NOEL-Wert (mg WS/kg Futter) / ETE (mg WS/kg Futter) TERlt = chronischer NOEL-Wert (mg WS/kg Futter) / ETE (mg WS/kg Futter) für Bienen
HQHO = Dosis / LD50-Wert oral (µg WS/Biene) HQ > 50 HQHC = Dosis / LD50-Wert Kontaktexposition (µg WS/Biene) HQ > 50 für Nutzarthropden
> 30% der Versuchsorganismen im Letal- oder Sublethal-Test geschädigt (Labortest) für Regenwürmer
TERa = akuter LC50 -Wert (mg WS/kg/ PECS ungünstigster Fall (mg WS/kg) < 10 TERlt= NOEC (mg WS/kg) / Langzeit PECS-Wert (mg WS/kg) < 5 Bodenmikroorganismen
> 25% Verringerung der N/C-Mineralisierung nach 100 Tagen (Laborversuch) Persistenz im Boden: DT50 > 3 Monate, DT90 > 1 Jahr (Feldversuch)
gebundende Rückstände nach 100 Tagen >70% der ursprünglichen Dosis und Mineralisierungsrate < 5% innerhalb 100 Tagen (Laborversuch)
Grundwasser: 1/10 des ADI, Überschreiten der Höchstkonzentration RL 80/778/EWG oder gemäß Aufnahme WS in Anhang I RL 91/414/EWG
Oberflächenwasser: Nichterreichen Qualitätsanforderungen Oberflächengewässer RL 75/440/EWG (Trinkwassergewinnung)
Luft: AOEL durch Konzentration in der Luft überschritten
Durch die Höhe der zu überschreitenden TER-Werte bzw. zu unterschreitenden HQ-Werte werden Unsicherheiten hinsichtlich der Inter- und Intraspeziesvariablität, Unterschiede der Testdurchfüh-rung innerhalb eines Labors und zwischen Laboren, Extrapolationen von Kurzzeittoxizität zur chro-nischen Toxizität, Extrapolationen von Labortests an einzelnen Arten zur Komplexität von Ökosys-temen abgesichert. Sie stellen Sicherheitsfaktoren dar und sind ein zentrales Element der regulatori-schen Ökotoxikologie.
Stellvertretend soll nun die Bewertung der Auswirkungen von PSM auf aquatische Systeme dargestellt werden. Standardmäßig werden akute Toxizitätstests an Arten aus den Gruppen Fische und wirbellose Wasserlebewesen durchgeführt und die LD50 ermittelt. Als Modellorganismen werden in der Regel die Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss) und Daphnie (Daphnia magna) verwandt. Zu den Basistests gehört weiterhin ein chronischer Test mit Grünalgen (Lemna sp.). Als Ergebnis des Tests wird der NOEClt ermittelt.
Liegen in den akuten Tests der TERa <100 oder im chronischen Algentest der TERlt <10 so triggert dies die Ausweitung des Untersuchungsumfanges bzw. die Nichtzulassung des PSM. Nachfolgendes Schema zeigt den gestuften Ablauf der Testkaskade und führt die Werte auf, die zur Durchführung höherer Tests veranlassen. Neben den aufgeführten Tests werden bei Bedarf weitere Tests
durchgeführt.
Tab. 8 Testumfang aquatische Toxikologie [23]
Invertebraten Vertebraten Pflanzen
Insekten Daphnien Fische Makrophyten Algen
Akute
Mikro- oder Mesokosmenstudien, abh.
von der spezifischen Fragestellung Verfeinerung der Expositionsabschätzung Risikominimierungsmaßnahmen Risikoabschätzung in einer Fall-zu-Fallentscheidung
Im gestuften Bewertungskonzept der Ökotoxikologie werden bei Erreichen von gefährdenden Ei-genschaften von WS, relevanten Metaboliten oder Abbau- und Reaktionsprodukten spezielle Tests gefordert, die eine Abschätzung des Risikos für Nichtzielorganismen erlauben. So wird z.B. ein chronischer Test an Daphnien verlangt, wenn der DT50 > 2d oder eine mehrmalige Applikation er-folgt, da auf Grund der Parameter DT50 > 2d oder mehrmalige Applikation von einer möglichen chronischen Belastung auszugehen ist und die Auswirkungen auf chronische Belastung zu ermitteln sind. Als auslösende Werte bei deren Erreichen spezifische Tests notwendig werden, fließen im aquatischen Bereich EC50-Werte, NOEC, Verhältnis der EC50-Werte zwischen den Arten, TER-Wer-te, Kategorie des PSM, DT50, Applikationsanzahl, Biokonzentrationsfaktor, Eliminierungsrate ein.
Diese Werte sind Ausdruck der Toxizität, der Selektivität, des Risikos, der Abbaugeschwindigkeit, der möglichen Dauer der Exposition und der Bioakkumulation.
In Annex VI der RL 91/414/EWG sind die Größen genannter Eigenschaften für WS, Metaboliten und Abbau- und Reaktionsprodukten festgelegt, bei deren Erreichen keine Zulassung als PSM erfolgt.
TERa Daphnie, Fisch < 100
TERltAlge < 10
BCF biologisch leicht abbaubare WS >1.000 BCF sonstige WS >100
Die Exposition in aquatischen Systemen kann durch verschiedene Programme modelliert werden.
Ausgangsparameter sind Molekulargewicht, Wasserlöslichkeit, Hydrolysgeschwindigkeit, Dissozia-tionskonstante sowie die in der Sektion Verbleib und Verhalten in der Umwelt ermittelten Werte wie Abbauverhalten- und geschwindigkeit. Auf Grund dieser Daten können dann die Parameter Abdrift, Oberflächenabfluss, Versickerung, Deposition und Drainage modelliert werden.
Im nationalen Zulassungsverfahren wird zur Ermittlung des Eintrages von PSM in Oberflächen- und Grundwasser das Programm EXPOSIT 2.0 herangezogen. Hier wird besonders der Oberflä-chenabfluss berücksichtigt. In dem Guidance Document on Aquatic Ecotoxicology wird die Simula-tion mit einem Modell des FOCUS Step1-4 empfohlen und geht von einem Standardgewässer Gra-ben 50cm breit, 30 cm tief aus. Es werden verschiedene Varianten von „allgemein überschätzt“ bis
„verfeinert“ durchgerechnet. PELMO modelliert die Versickerung von PSM und seiner Metaboliten und wird im Zulassungsverfahren in Deutschland verwandt. [9, 23, 34]
Wenn die o.g. kritischen Werte unterschritten werden, können Verfeinerungen der Expositionsdaten durch eine realitätsnähere Abschätzung der Exposition und Verfeinerung der Wirkungsabschätzung durch Durchführung von Mikro- und Mesokosmosstudien durchgeführt werden. Mikro- und Meso-kosmosstudien sind Tests an Modelllebensgemeinschaften, die die Wirkung von PSM realitätsnäher abbilden. Da die Wirkungen der PSM direkt an den Wirkungen des Systems abgeleitet werden nen, braucht die Exposition hier nicht modelliert zu werden. Neben diesen höherstufigen Tests kön-nen durch Risikominimierungsmaßnahmen wie Mindestabstandsauflagen zu Gewässern, Verringe-rung der Applikationshäufigkeit, ÄndeVerringe-rung der Applikationstechnik die kritischen Werte überschrit-ten werden.[23]
In der terrestrischen Ökotoxikologie bestehen ebenfalls abgestufte Bewertungsverfahren und es wurden Testkaskaden und Entscheidungsschemata entwickelt, die durch kritische Werte getriggert werden. [24, 25]
Um eine gute Bewertungsarbeit zu leisten müssen alle Informationen der verschiedenen Studienbe-reiche genutzt werden. Nur durch die Informationen aus den Untersuchungen zum Verbleib und Verhalten in der Umwelt und Rückstandsstudien können z.B. die Expositionsszenarien entwickelt werden, durch die PEC und TER-Werte abgeleitet werden können. Toxikologische Daten können in der Ökotoxikologie wichtige Hinweise auf mögliche Effekte bei Vertebraten liefern.