Raphaöl Charles RAC und Olivier Jolliet ETHL
Die Toxizität für den Menschen ist eines der Umweltprobleme, die mit der Methode Lebenszyklusanalyse oder Ökobilanz untersucht werden. In der Landwirtschaft werden die Pestizide und die Schwermetalle als die schäd-lichsten Emissionen angesehen. Mangels adäquaten Methoden werden diese Schadstoffe im Allgemeinen bei der Untersuchung der Toxizität von landwirt-schaftlichen Systemen nicht einbezogen. Mit der Entwicklung neuer Methoden zur Prüfung der Toxizität für den Menschen sollen die effektiven Mengen an Schadstoffen in den landwirtschaftlichen Produkten ermittelt werden.
Die Wege, auf denen der Mensch mit einer schädlichen Substanz in Berührung kommen kann, sind in einem allgemeinen Schema dargestellt, wo der Lebenszyklus einer Substanz von ihrer Emission bis zu ihrer toxischen Wirkung gezeichnet ist (Abb. 2). Die neuesten Methoden der Ökobilanz von toxischen Stoffen streben die gleichzeitige Betrachtung des Lebenszyklus der Emissionen und ihrer Wirkung auf die menschliche Gesundheit an. In der Landwirtschaft fallen vor allem die Prozesse der Verteilung der Schadstoffe in die Umwelt (Wasser, Luft und Boden) und ihre Anreicherung in den Nahrungsmitteln (pflanzliche und tierische) ins Gewicht.
Margni et al. (2001) haben gezeigt, dass der allergrösste Teil der Pestizide über die Nahrung aufgenommen wird und zwar mit einem Faktor, der 103 bis 105 mal so gross wie beim Trinkwasser oder der Einatmung ist. Jolliet (2001) kommt bei den
Raphaöl Charles Eidgenössische Forschungsanstalt für Pflanzenbau (RAC) Changins, 1260 Nyon Olivier Jolliet
Eidgenössische Technische Hochschule Lausanne (ETHL) Ecublens, 1015 Lausanne
Emission
Direkte Ausbringung
(Aufnahme durch die Pflanzen V
Zunahme der Konzentration in der Nahrung Zunahme der
Konzentration in der Umgebung
Aufnahme von der Umwelt durch den Menschen
Lebenszeit der Schadstoffe von ihrer Emission bis zu ihrer Wirkung auf die menschliche Gesundheit.
Abbildung 2
Vergleich der Wirkung mit derjenigen einer Referenzsubstanz
Toxizität für den Menschen Aufnahme der Substanz durch
die Luft, das Wasser, den Boden
Aufnahme der Substanz mit den Nahrungsmitteln
Schwermetallen, die nach ihrer Ausbringung auf den Boden in die Nahrungsmittel gelangen, zur selben Schlussfolgerung.
Rückstände von Pestiziden
Die aktuellen Modelle der Ökobilanz befassen sich vor allem mit den in der Umwelt verteilten Schadstoffen. Ein Projekt der RAC, Gegenstand einer Dissertation an der ETH Lausanne, hat die Entwicklung dieser Methoden für Pflanzenbausysteme zum Ziel: Integration eines Moduls "Pflanze", Berücksichtigung von massivem und wiederholtem Einsatz von Pestiziden, Prozess der Aufnahme von Schadstoffen, die direkt auf die Pflanze deponiert werden, zeitliche Dynamik des Systems, die zwi-schen der Ausbringung der Produkte bis zur Ernte erfasst wird. Diese Untersuchung soll als Modell für die Konzentrationsmechanismen der Pestizide im Ackerbau die-nen, mit dem Ziel, die Rückstände in den geernteten Produkten zu bestimmen.
Das Modell, welches die Vorgänge des Transfers der Pestizide in die Umwelt und in die Kulturpflanze beschreibt, beruht hauptsächlich auf den physischen und che-mischen Eigenschaften der Substanzen: hydrophobes Verhalten, gasförmige Lösung im Wasser, Adsorption an Kohlenstoffe und an die Tonpartikel im Boden. Das Screening von 85 Pestiziden mit Hilfe eines Modells hat es erlaubt, die verschiedenen Wege der Anreicherung von Pestiziden in einer Pflanze zu testen (Charles et al.
2001). Am Beispiel von Fungiziden und Insektiziden, die beim Weizen angewendet werden (Abb. 3) zeigen die Fraktionen des in die Pflanze aufgenommenen Produkts eine beachtliche Variabilität in einer Grössenordnung von mehr als 10v. Diese Ab-weichungen sind von einem solchen Ausmass, dass Konzentrationsunterschiede der Rückstände in den geernteten Produkten in vergleichbarer Höhe voraussehbar sind.
Im landwirtschaftlichen Praxisalltag werden diese Werte sich jedoch unterhalb der tolerierten Grenzwerte bewegen, ja sogar nicht messbar sein.
Fungizide Insektizide
• von den abgelegten Produkten 0 von der Luft • vom Boden Fraktion in der Pflanze, log (kg/kg)
Die Schwermetalle unterscheiden sich von den Pestiziden durch einen anderen Lebenszyklus: geringere Mobilität, An-reicherung im Boden und Aufnahme durch die Pflanzen, eindeutig längere Verweilzeit. Die Ökobilanz einer Wei-zenkultur zeigt, dass der Ersatz eines Düngers durch einen anderen (Tri-superphosphat an Stelle von Thomas-mehl) die toxische Wirkung auf den Menschen erheblich (>10) senken kann (Charles et al. 2001). Die Unterscheidung von verschiedenen Zeithorizonten für die Ökobilanz könnte sich als notwendig erweisen, um die Wirkungen der am längsten ausdauernden Substanzen wie den Schwermetallen im Vergleich zu anderen Substanzen zu differenzieren (Huijbregts 2000).
Toxizität
Die toxische Wirkung auf den Menschen wird aufgrund von epidemiologischen Daten oder noch häufiger von chronischen Tests an Nagetierpopulationen ermittelt (Crettaz et al. 2001). Die Schäden werden anschliessend quantifiziert, indem Grössen wie die entsprechende Anzahl der verlorenen Lebensjahre (Disability Adjusted Life Years: DALY) der Weltgesundheitsorganisation berechnet werden.
Schlussfolgerungen
Die hier dargelegten Untersuchungen werden weiter verfolgt werden, um in der Landwirtschaft die Kulturtechniken und -Systeme vergleichen und optimieren zu können und um die Stichhaltigkeit der Ökobilanz zu sichern. Schlussendlich muss eine direkte Vergleichsmethode der Toxizität von Pestiziden und Schwermetallen in der Landwirtschaft dennoch ins Auge gefasst werden.
Bibliografie
Charles R., Jolliet 0., Gaillard G., Pellet D., 2001. Identification of optimisation potentials in wheat crop production system by a life cycle assessment. In Vorbereitung.
Charles R., Cao T.T. and Jolliet 0., 2001. Fate of pesticides in plant and Human Toxicity Potential.
Proceedings of the International Conference on ÖKOBILANZ in Foods, Gothenburg, Sweden, p. 42-47.
Crettaz P., Rhomberg L., Brand K., Pennington D.W. and Jolliet 0., 2001. Assessing Human Health Response in Life Cycle Assessment using ED1Os and DALYs. Teile 1+2.
Huilbregts M.A., 2000. Priority assessment of toxic substances in the frame of ÖKOBILANZ. Time horizon dependency. University of Amsterdam, The Netherlands, 12 pp.
Margni M., Jolliet 0., Rossier D. and Crettaz P., 2001. Life cycle assessment of pesticides on human health and ecosystems. Submitted to Agriculture, Ecosystems and Environment.
Rossier D., 1999. L'ecobilan, outil de gestion ecologique de l'exploitation agricole. Revue suisse Agric. 31, 179-185 •
Fraktion der vom Boden, der Luft und den abgelegten Produkten auf der Pflanze in die Pflanze aufgenommenen Produkte, für die auf Weizen ausgebrachten Fungizide und Schwer-metalle.
Abbildung 3
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Phil J. McKeown Unilever PLC Safety and Environment Assurance Centre (SEAC) Wirral Merseyside L 63 3JW United Kingdom WS 2