Environmental risks of pesticides between forecast and reality: How reliable are results of the environmental risk assessment for individual products in the light of agricultural practice (tank mixtures, spray series)?
Creators: name: Knillmann, Saskia
name: Liess, Matthias
name: Scholz-Starke, Björn
Publisher: name: My University
Year: 2019
Subjects: Umweltgefährdung
Pflanzenschutzmittelanwendung
Bewertungsverfahren
Kombinationswirkung
Exposition

description: Viele Pflanzenschutzmittel (PSM), die in der Europäischen Union für den landwirtschaftlichen und privaten Gebrauch zugelassen sind, enthalten mehr als einen Wirkstoff. Solche Kombinationsprodukte und auch Monoformulierungen mit einem Wirkstoff werden häufig mit anderen Pflanzenschutzmitteln in Tankmischungen in einer Sequenz von Feldanwendungen eingesetzt. Daher stellt die Bewertung von realistischen Behandlungsregimes einen wesentlichen Bestandteil der Umweltrisikobewertung von PSM dar. Seit Jahrzehnten beschäftigen sich viele Studien mit den Effekten von Schadstoffmischungen auf verschiedene Organismen und Endpunkte. Das Modell der Konzentrationsadditivität (CA) gilt in vielen Fällen als geeignet die Wirkung von Schadstoffmischungen vorherzusagen. Dennoch fehlt es an Kenntnissen zur Vorhersagbarkeit von chronischen Mischungseffekten und von Effekten auf aquatische oder terrestrische Gemeinschaften. Zur Beantwortung dieser Fragestellung haben wir im COMBITOX-Projekt vorhandenes Wissen und Daten zu chronischen Effekten sowie für aquatische und terrestrische Gemeinschaften ausgewertet. Zudem haben wir verfügbare Modelle und Ansätze (z.B. HAIR 2014, SYNOPS-WEB, PRIME-beta etc.) kritisch evaluiert, um deren Nutzen für eine Risikovorhersage von Behandlungsregimes in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen zu bewerten. Weiterhin wurde ein einzigartiger und großer Datensatz von agrarwirtschaftlichen Spritzfolgen für verschiedene Agrarkulturen in Deutschland analysiert. Aus diesem Datensatz haben wir vier Spritzfolgen ausgewählt, die verschiedene Behandlungsszenarien (Worst-Case- und Typical-Case-Spritzfolgen) für Apfel- und Winterraps darstellen. Für diese Spritzfolgen wurde das zusätzliche Umweltrisiko im Vergleich zur Einzelanwendung von PSM quantifiziert. Das zusätzliche Risiko wurde mit dem maximalen kumulativen Verhältnis (MCR) berechnet (Verhältnis des geringsten toxicity exposure ratio, TER, für die toxischste Substanz zum kumulativen TER einer Mischung oder Spritzfolge). Unsere Analysen ergaben, dass CA chronische Mischungseffekte auf Individuenebene in vielen Fällen vorhersagen kann, wenn die Toxizitätsdaten auf ECX-Werten im Vergleich zu weniger präzisen NOEC-Werten basieren. Aus der verfügbaren wissenschaftlichen Literatur und regulatorischen Studien konnten keine klaren Aussagen zur Anwendbarkeit von CA oder Effektaddition für die Vorhersage von Mischungseffekten auf Gemeinschaftsebene getroffen werden. Anhand der Spritzfolgendaten haben wir kulturspezifische Muster bezüglich der angewandten PSM-Klassen und der Behandlungshäufigkeit identifiziert. Für die vier Spritzfolgen wurde ein zusätzliches Risiko der Behandlungsregime mit einem Faktor von 2,18 (50. Perzentil) bis 5,26 (90. Perzentil) über alle untersuchten Risikoindikatoren und Spritzfolgen ermittelt. Darüber hinaus wurde ein neuer Ansatz, MITAS, entwickelt, um die zeitabhängige Mischungstoxizität in einem Behandlungsregime bewerten zu können. Es wird geschlussfolgert, dass das zusätzliche Risiko von PSM-Anwendungen in Spritzfolgen ökotoxikologisch relevant ist und für eine protektive Risikobewertung von PSM berücksichtigt werden muss. Unsicherheiten bestehen noch hinsichtlich des Einflusses von Synergismen, indirekten Effekten, Saatgutbehandlung, wiederholter Exposition oder Umweltstressoren auf die Effekte von PSM-Spritzfolgen. Quelle: Forschungsbericht
description: Many plant protection products (PPPs) that are authorized in the European Union for agricultural and private use consist of more than one active substance. Combination products with several active ingredients are frequently used with other PPPs in tank mixtures in a spraying sequence of field applications. Therefore, the assessment of mixture toxicity effects under realistic treatment regimes presents an essential part for the environmental risk assessment of PPPs. Many studies have addressed effects of toxicant mixtures on various organisms and endpoints. The model of concentration addition (CA) seems in many cases able to predict the joint effect of toxicant mixtures, both for aquatic and terrestrial organisms. Nevertheless, there is still a lack of understanding regarding the predictability of mixture toxicity for chronic effects and effects at higher levels of biological organization in different environmental compartments. For this, we evaluated in the present COMBITOX project existing literature and available data. We also critically reviewed available models and approaches (i.e. HAIR 2014, SYNOPS-WEB, PRIME-beta etc.) regarding their usefulness for predicting the combined risk of treatment regimes for terrestrial and aquatic ecosystems. Furthermore, we analyzed an unique and large data set of actual PPP spray series from twelve different agricultural crops in Germany to determine crop specific treatment regimes. Four spray series were selected to quantify the additional environmental risk of treatment regimes compared to single applications of active substances. The additional risk was determined using the concept of the maximum cumulative ratio (ratio of the toxicity-exposure ratio, TER, of the most toxic substance in a mixture to the cumulative TER of all components in a mixture). Our analyses show that CA can predict chronic mixture toxicity at the individual level in many cases when toxicity data are based on chronic ECx values than less precise NOEC-values. In contrast, existing scientific literature and studies from regulatory databases hamper a clear statement on the applicability of concepts such as CA or independent action for the prediction of mixture effects on community endpoints. We further identified crop specific patterns especially in terms of applied PPP classes and treatment frequency. The risk assessment of the four spray series revealed an additional risk of treatment regimes with a median factor of 2.18 (50th percentile) to 5.26 (90th percentile) considering all investigated risk indicators and spray series. Finally, we developed a new approach, MITAS, to assess the time-dependent mixture exposure and toxicity in a treatment regime. We conclude that the additional risk of PPP applications in treatment regimes is ecotoxicologically relevant and must be considered for a protective risk assessment of PPPs. However, uncertainties remain regarding the influence of synergistic effects, indirect effects, seed coating, repeated exposure or environmental stressors on the impact of PPP treatment regimes. Quelle: Forschungsbericht