Frankfurt am Main, Germany
11. September 2014
Wichtige Bodenorganismen reagieren sensibler auf marktgängige Pflanzenschutzmittel, wenn der Boden trocken ist und hohe Umgebungstemperaturen herrschen – beides Bedingungen, die in Deutschland künftig klimawandelbedingt häufiger auftreten könnten. Beide Faktoren senken sowohl einzeln als auch kombiniert deutlich den Schwellenwert, ab dem Fungizide für Springschwänze toxisch wirken. Das ist das Ergebnis einer Untersuchung des LOEWE Biodiversität und Klima Forschungszentrums (BiK-F), der Goethe-Universität und der ECT Oekotoxikologie GmbH. Die Studie wurde in der Septemberausgabe des Fachmagazins „Applied Soil Ecology“ veröffentlicht.
Folsomia candida – einer der beiden untersuchten Springschwanzarten, die im Boden essentielle Aufgaben - übernehmen. © C. Bandow
Springschwänze sind winzige, circa 10 mm große und für die Bodenökologie sehr wichtige Organismen, deren zahlreiche Arten, darunter auch Folsomia candida und Sinella curviseta, weitverbreitet sind. Sie sind Teil einer riesigen Schar von Bodenorganismen, die unter der Erde am Werk ist, um organisches Material zu zersetzen und Humus zu bilden. Schlechte Zeiten für Springschwänze sind daher schlechte Zeiten für die Bodenfruchtbarkeit.
Springschwanzart Sinella curviseta – Klimatische Extrembedingungen verstärken indirekt die Wirkung von Chemikalien auf die Tiere © C. Bandow
Wie eine neue Studie zeigt, haben Springschwänze in trockenem Boden – also wenn die Bodenfeuchte nur 30 % der Wasserhaltekapazität des Bodens beträgt – signifikant weniger Nachkommen. „Beide von uns untersuchte Arten – aber insbesondere Folsomia candida – könnten daher Schwierigkeiten haben, unter anhaltender Trockenheit genügend Nachkommen zu zeugen, um die Population stabil zu halten“, so Cornelia Bandow, Ökologin der ECT Oekotoxikologie GmbH, die am Biodiversität und Klima Forschungszentrum (BiK-F) forscht.
Extreme Klimabedingungen verändern zudem die Wirkung von Pflanzenschutzmitteln auf Bodenorganismen. „Eine besonders geringe Bodenfeuchte und hohe Umgebungstemperaturen führen dazu, dass der toxische Schwellenwert bei dem von uns untersuchten Fungizid Pyrimethanil signifikant niedriger ist.“ erläutert Cornelia Bandow. Der toxische Schwellenwert bezieht sich in dieser Studie auf die Konzentration, bei der die Population um 50 % geringer ist als im Vergleich zu einem unkontaminierten Boden. So lag der Schwellenwert bei Extrembedingungen von 26 Grad und 30 % Bodenfeuchte um bis zu der Hälfte unter dem Schwellenwert, der bei Standardbedingungen von 20 Grad und 50 % Bodenfeuchte bestimmt wurde.
Für das Experiment wurden 66 Bodenproben mit unterschiedlichen Konzentrationen des Breitband-Fungizides Pyrimethanil versetzt. Pyrimethanil wird bei Erdbeeren und Kernobst sowie im Weinbau zur Vorbeugung und Behandlung von Pilzerkrankungen eingesetzt. Um zukünftige klimatische Verhältnisse zu simulieren, wurde eine Testreihe bei 26 Grad angesetzt und zusätzlich eine Testreihe bei 20 Grad. Außerdem wurden unterschiedliche Mengen Wasser zugegeben, um verschiedene Bodenfeuchten zu testen. Nach rund einem Monat wurde gezählt, wie erfolgreich sich Springschwänze als Beispielbodenorganismen unter den unterschiedlichen Bedingungen fortgepflanzt haben.
Sind Chemikalien also grundsätzlich zu vermeiden um diese kleinen Helfer nicht zu schädigen? Soweit würden die Forschenden nicht gehen: „Die toxischen Schwellenwerte lagen bei Pyrimethanil weit über den Konzentrationen in der Umwelt, die bei korrekter Anwendung auftreten“, so Bandow und ergänzt: „Ob die Sensitivität gegenüber einer Chemikalie durch Umweltbedingungen verändert wird und der Schwellenwert umweltrelevant wird, ist zudem art- und substanzspezifisch“. Daher untersucht das Forscherteam anhand einer Vielzahl von Bodenorganismen auch etliche weitere Substanzen.
Pesticides are more toxic for soil organisms in dry soil and at enhanced temperatures
Soil organisms react more sensitive to marketable pesticides when exposed in dry soil and at enhanced temperatures. Both conditions may occur more often in the future due to climate change. Singularly and combined these factors lower the toxicity threshold of fungicides for springtails. The study by scientists from the LOEWE Biodiversity and Climate Research Centre (BiK-F), the Goethe University and the ECT Oekotoxikologie GmbH was published in the September issue of the journal "Applied Soil Ecology".
Springtails are tiny, about 10 mm large creatures, which participate in essential soil functions. Its numerous species, include Folsomia candida and Sinella curviseta, and are widely distributed. They form part of a huge crowd of soil organisms, which decompose organic material and build up humus. If springtails are affected, therefore soil fertility will be affected too.
As the new study shows, low soil moisture (i.e. 30 % of the water holding capacity) leads to significant reduction of springtail juveniles. "We experimented with two different species of springtails. Both of them – but especially Folsomia candida – might have difficulties to produce enough offspring to keep a population stable in dry soil," says Cornelia Bandow, an ecologist at ECT Ecotoxicology GmbH, who conducts research for the German Biodiversity and Climate Research Centre (BiK-F).
Extreme climate conditions may also alter the effect of pesticides on soil organisms. "Low soil moisture and enhanced temperatures significantly lower the threshold upon which the fungicide pyrimethanil may be toxic." explains Cornelia Bandow. In the framework of this study the toxic threshold refers to the concentration of the fungicide at which the population is 50 % less than in an uncontaminated soil. Thus at 26 degrees and a soil moisture of 30 % the threshold was up to half of the threshold that was measured at 20 degrees and 50 % soil moisture.
The experiment was conducted using 66 test vessels filled with a standard soil which was treated with different concentrations of pyrimethanil. Pyrimethanil is a broad spectrum fungicide, which is used on strawberries, pome fruit and vine to protect against and treat fungal infestation. To test for future climate conditions, the experiments were performed independently at two different temperatures of 20 degrees and 26 degrees. The soil was furthermore moistened to different moisture levels. After 28 days researchers counted the individuals to determine the reproductive success of the model organisms under the different climatic conditions.
Should fungicides thus be avoided at all so as not to harm soil organisms? Not necessarily. "A risk for springtails under field conditions may not be expected as the toxic threshold of pyrimethanil is far above the maximum concentrations that may occur in soil if the fungicide is used according to existing regulations," says Bandow and adds "It depends on the species and the substance whether the sensitivity alters under extreme climate conditions or not. ". Therefore, the researchers also plan to test several other pesticides using a variety of soil organisms.
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