Kupfer als Pflanzenschutzmittel – Strategie für einen ... · Forschungsprojekt Nr. 100537 - Kupfer als Pflanzenschutzmittel Abschlussbericht Österreichische Agentur für Gesundheit

Kupfer als Pflanzenschutzmittel – Strategie für einen nachhaltigen und umweltschonenden Einsatz

Abschlussbericht

Forschungsprojekt Nr. 100537 (BMLFUW-LE.1.3.2/0131-II/1/2009) im Auftrag von

BMLFUW und den 9 österreichischen Bundesländern (BBK-Forschung)

gefördert durch Interessensvertretungen der Österreichischen Landwirtschaft (BioAustria, Landwirt-

schaftskammer Österreich, Österreichischer Weinbauverband, Bundes-Obstbauverband, Bundes-

GemüsebauVerband Österreichs, VÖR Rübenbauern Vertretungs- und Übernahme GesmbH)

und Pflanzenschutzmittelindustrie (Kwizda Agro GmbH, Montanwerke Brixlegg AG, Santa Giustina

GmbH, Nufarm GmbH & Co KG, Spiess-Urania Chemicals GmbH, UPLtd, W. Neudorff GmbH KG)

Autoren und Autorinnen:

Maga Elisabeth Berger MA, Dr. Georg Dersch, Dr. Alex Dellantonio, DI Olivier Duboc,

DIin Karin Manner, Dipl.-Biol. Britta Möbes-Hansen, Dr. Michael Stemmer

Wien, im Dezember 2012 (Laufzeit des Projekts: 1.1.2010 – 21.12.2012)

Forschungsprojekt Nr. 100537 - Kupfer als Pflanzenschutzmittel

Abschlussbericht

Österreichische Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit GmbH 1220 Wien, Spargelfeldstraße 191, www.ages.at

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Inhaltsverzeichnis:

TABELLENVERZEICHNIS ......................................................................................................................... 5

ABBILDUNGSVERZEICHNIS .................................................................................................................... 7

ZUSAMMENFASSUNG .............................................................................................................................. 9

SUMMARY .............................................................................................................................................. 11

THEORETISCHER HINTERGRUND ................................................................................................. 13 I.

I.1 DER EINSATZ VON KUPFERHALTIGEN PFLANZENSCHUTZMITTELN ..................................................................... 13 I.2 WIRKUNGSMECHANISMUS ................................................................................................................... 13 I.3 WIRKUNGSSPEKTRUM........................................................................................................................ 14 I.4 BEWERTUNG VON KUPFERVERBINDUNGEN AUF IHRE EIGNUNG ALS PFLANZENSCHUTZMITTEL GEMÄß VO (EU) NR. 1107/2009 (VORMALS RL 91/414/EEG) ........................................................................................................ 14 I.5 RECHTLICHE BESTIMMUNGEN ZUR ANWENDUNG VON KUPFERHALTIGEN PFLANZENSCHUTZMITTELN ............................. 16

I.5.1 Allgemeine Zulassungen von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln gemäß VO (EU) Nr. 1107/2009 und PMG 2011 ................................................................................................................................... 16 I.5.2 Anwendung von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln gemäß VO (EG) Nr. 834/2007 und VO (EG) Nr. 889/2008 im biologischen Landbau ...................................................................................................... 16 I.5.3 Richtlinien gemäß BioAustria ..................................................................................................... 16 I.5.4 Richtlinien gemäß IP-ÖPUL ....................................................................................................... 17

I.6 EINTRÄGE VON KUPFER IN DEN BODEN ................................................................................................... 18 I.6.1 Einträge durch kupferhaltige Pflanzenschutzmittel ...................................................................... 18 I.6.2 Einträge durch Düngung ........................................................................................................... 19 I.6.3 Atmosphärische Deposition ....................................................................................................... 21

I.7 AUSTRÄGE VON KUPFER ..................................................................................................................... 21 I.7.1 Kupferentzug durch das Erntegut .............................................................................................. 21 I.7.2 Verlagerung von Kupfer in tiefere Bodenschichten ...................................................................... 22 I.7.3 Kupferbilanz ausgewählter Bewirtschaftungsformen .................................................................... 25

ZIELSETZUNG DES PROJEKTS .................................................................................................... 29 II.

DARSTELLUNG DER PROJEKTERGEBNISSE ............................................................................... 30 III.

III.1 BELASTUNGSSITUATION IN ÖSTERREICHISCHEN BÖDEN ................................................................................ 30 III.1.1 Einleitung ............................................................................................................................ 30 III.1.2 Material und Methoden ......................................................................................................... 31

III.1.2.1 Auswahlstrategie und Feldzugang................................................................................... 31 III.1.2.2 Erhebungsbogen ........................................................................................................... 31 III.1.2.3 Auswertung der Daten .................................................................................................. 32

III.1.3 Ergebnisse und Diskussion .................................................................................................... 33 III.1.3.1 Überblick Anbauflächen ................................................................................................. 33 III.1.3.2 Überblick Bodendaten für die Auswertung nach Kupfer-Gesamtgehalten ............................ 39 III.1.3.3 Auswertung der Bodendaten nach Kupfer-Gesamtgehalten ............................................... 41 III.1.3.4 Vergleich der Kupfer-Gesamtgehalte bei biologischen und konventionellen Bewirtschaftungsform ...................................................................................................................... 54 III.1.3.5 Kupfer-Gesamtgehalte in biologisch bewirtschafteten Flächen nach Nutzungsdauer und Dauer der biologischen Bewirtschaftung ..................................................................................................... 57 III.1.3.6 Weinbau, Obstbau, Ackerbau ......................................................................................... 57 III.1.3.7 Hopfenbau ................................................................................................................... 63

III.1.4 Zusammenfassung des Bodenuntersuchungsprogramms .......................................................... 64 III.2 RISIKOBEWERTUNG VON KUPFER FÜR DAS TERRESTRISCHE ÖKOSYSTEM ............................................................ 67

III.2.1 Einleitung ............................................................................................................................ 67 III.2.1.1 Effekte von Kupfer im terrestrischen Ökosystem .............................................................. 68 III.2.1.2 Bioverfügbarkeit ........................................................................................................... 71

III.2.2 Material und Methoden ......................................................................................................... 77 III.2.2.1 Herleitung der PNEC-Werte unter Berücksichtigung der Bodeneigenschaften ...................... 77 III.2.2.2 Herleitung der Effektkonzentrationen .............................................................................. 78 III.2.2.3 Berücksichtigung der Alterung ........................................................................................ 79 III.2.2.4 Normalisierung/Berücksichtigung der Bioverfügbarkeit ..................................................... 80 III.2.2.5 Berechnung der PNEC-Werte ......................................................................................... 82

III.2.3 Ergebnisse und Diskussion .................................................................................................... 83 III.2.3.1 Ableitung einer PNEC Tabelle mit Bezug auf Bodeneigenschaften ...................................... 83


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SCHLUSSFOLGERUNG UND EMPFEHLUNG FÜR DIE KÜNFTIGE ANWENDUNG VON IV.KUPFERHALTIGEN PFLANZENSCHUTZMITTELN .................................................................................. 88

LITERATURVERZEICHNIS ..................................................................................................................... 90

ANHANG I: ERGEBNISSE DER EU-BEWERTUNG ................................................................................... 96

1. Umweltverhalten und die Ökotoxikologie von Kupferverbindungen ................................................... 96 2. Ökotoxikologische Endpunkte von Kupferverbindungen ................................................................... 98

ANHANG II BESTEHENDE RICHT- UND REFERENZWERTE FÜR KUPFER IM BODEN ......................... 100

ANHANG III KUPFER-GESAMTGEHALTE IN TIEFEREN BODENHORIZONTEN ................................... 101

3. Einleitung ................................................................................................................................. 101 4. Methoden und Protokollierung .................................................................................................... 101 5. Ergebnisse und Diskussion ......................................................................................................... 103 6. Zusammenfassung .................................................................................................................... 104

ANHANG IV METHODEN ZUR BESTIMMUNG VON KUPFER ................................................................ 107

1. Einleitung ................................................................................................................................. 107 1.1 Methoden zur Untersuchung der Bioverfügbarkeit von Kupfer .................................................... 107 1.2 Mobilität von Kupfer und Zusammenhang mit den Bodenparametern .......................................... 108 2. Material und Methoden .............................................................................................................. 110 3. Ergebnisse und Diskussion ......................................................................................................... 111 3.1 Darstellung der Stichprobe ..................................................................................................... 111 3.2 KW, EDTA, CAT, NH4NO3: Extrahierte Kupfergehalte im Vergleich ............................................. 113 3.3 CuNH4NO3: lösliches Kupfer und Kupfermobilität ....................................................................... 116 4. Zusammenfassung .................................................................................................................... 119

ANHANG V ERHEBUNGSBÖGEN ZUR BODENUNTERSUCHUNG .......................................................... 121

ANHANG VI ANLEITUNG ZUR ENTNAHME VON BODENPROBEN ....................................................... 123

ANHANG VII INTERNATIONALE VERNETZUNG .................................................................................. 125


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Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Kupfereinträge im Pflanzenschutz................................................................................................. 18 Tabelle 2: In Verkehr gebrachte Wirkstoffmengen von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln (in t/Jahr)1 ............ 18 Tabelle 3: Klärschlamm - Regelungen für die Ausbringung in den Bundesländern ............................................ 21 Tabelle 4: Kupfereinträge durch atmosphärische Deposition .......................................................................... 21 Tabelle 5: Kupfer-Gesamtgehalte von Erntegut, Ernte-Erträge, Austrag von Kupfer durch Erntegut ................... 22 Tabelle 6: Berechneter Anteil an gelöstem Kupfer und daraus resultierender möglicher jährlicher Kupferaustrag über Versickerung in einem gering und hoch belasteten Boden in Abhängigkeit von den Bodeneigenschaften pH-Wert, Humus und Ton. ............................................................................................................................... 24 Tabelle 7: Ein- und Austräge an Kupfer repräsentativer Bewirtschaftungsszenarien in den Hauptproduktionsgebieten unter Berücksichtigung biologischer und konventioneller Bewirtschaftung. ............... 26 Tabelle 8: Mittlere (mediane) Bodeneigenschaften und Niederschlagsmengen für ausgewählte Kulturen und deren Zuordnung zu den 11 Bewirtschaftungsszenarien. ......................................................................................... 27 Tabelle 9: Weinbauflächen (in ha) nach Bundesländern ................................................................................. 33 Tabelle 10: Weinbauflächen nach Weinbaugebieten ...................................................................................... 33 Tabelle 11: Obstbauflächen (in ha) nach Bundesländern ................................................................................ 34 Tabelle 12: Obstbauflächen 2010 nach Kultur ............................................................................................... 34 Tabelle 13: Hopfenbau (in ha) nach Bundesländern ...................................................................................... 35 Tabelle 14: Ackerbauflächen (in ha) nach Bundesländern .............................................................................. 35 Tabelle 15: Anbau auf dem Ackerland nach Bundesländern ........................................................................... 36 Tabelle 16: Anbau auf biologisch bewirtschafteten Ackerbauflächen nach Bundesländern ................................. 36 Tabelle 17: Zuckerrübenbau (in ha) nach Bundesländern ............................................................................... 37 Tabelle 18: Kartoffelbau (in ha) nach Bundesländern .................................................................................... 37 Tabelle 19: Feldgemüsebau (in ha) nach Bundesländern ............................................................................... 38 Tabelle 20: Erdbeerbau (in ha) nach Bundesländern ..................................................................................... 38 Tabelle 21 Probenanzahl aus biologischer Bewirtschaftungsweise ................................................................... 39 Tabelle 22: Probenanzahl aus integrierter, bzw. konventioneller Bewirtschaftungsweise ................................... 40 Tabelle 23: Weinbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesländern ................................................................ 41 Tabelle 24: Weinbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Weinbaugebieten ............................................................ 42 Tabelle 25: Weinbau biologisch – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesländern ................................................. 43 Tabelle 26: Weinbau biologisch – Kupfer-Gesamtgehalte nach Weinbaugebieten ............................................. 43 Tabelle 27: Obstbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesländern................................................................. 45 Tabelle 28: Obstbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten ................................................ 45 Tabelle 29: Obstbau biologisch – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesländern ................................................. 45 Tabelle 30: Obstbau biologisch – Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten ................................. 46 Tabelle 31: Hopfenbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesland bzw. Hauptproduktionsgebiet....................... 48 Tabelle 32: Hopfenbau – Kupfer-Gesamtgehalte ........................................................................................... 48 Tabelle 33: Ackerbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesländern ............................................................... 49 Tabelle 34: Ackerbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten ............................................... 49 Tabelle 35: Ackerbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Kleinproduktionsgebieten ................................................ 49 Tabelle 36: Ackerbau biologisch – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesländern ................................................ 51 Tabelle 37: Ackerbau biologisch – Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten ............................... 51 Tabelle 38: Ackerbau biologisch – Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten ..... 53 Tabelle 39: Biologische und konventionelle Bewirtschaftungsform - Vergleich der Kupfer-Gesamtgehalte nach Nutzungsart .............................................................................................................................................. 54 Tabelle 40: Probenanzahl nach Nutzungsart und Nutzungsdauer .................................................................... 57 Tabelle 41: Probenanzahl nach Nutzungsart und Dauer der biologischen Bewirtschaftungsweise ....................... 57 Tabelle 42: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Ackerbauflächen nach Kultur ............................................ 62 Tabelle 43: Hopfenbau-Probenanzahl nach Nutzungsdauer ............................................................................ 63 Tabelle 44: Hopfenbau – Belastungssituation mit Kupfer-Gesamtgehalten nach Nutzungsdauer ........................ 63 Tabelle 45: Zusammenfassung der in der Literatur verfügbaren HC5 Werte unterschiedlicher Effektebenen für Bodenorganismen ...................................................................................................................................... 68 Tabelle 46 Durchschnittliche und toxische Kupferkonzentrationen in oberirdischer Biomasse verschiedener Pflanzen .................................................................................................................................................... 70


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Tabelle 47 PNEC-Werte für leichte Böden in Abhängigkeit vom pH-Wert, der effektiven KAK sowie dem Humusgehalt (%) im Boden in mg Gesamtkupfer/kg Boden ........................................................................... 84 Tabelle 48 PNEC-Werte für Böden mittlerer Bodenschwere in Abhängigkeit vom pH-Wert, der effektiven KAK sowie dem Humusgehalt (%) im Boden in mg Gesamtkupfer/kg Boden .......................................................... 85 Tabelle 49 PNEC-Werte für schwere Böden in Abhängigkeit vom pH-Wert, der effektiven KAK sowie dem Humusgehalt (%) im Boden in mg Gesamtkupfer/kg Boden ........................................................................... 86 Tabelle 50: Auszug aus der Endpunkt-Liste (EFSA 2008a): „Effects on earthworms, other soil macro-organisms and soil micro-organisms” ........................................................................................................................... 98 Tabelle 51 Statistische Kennwerte von Kupfer (mg kg-1) im Oberboden (0 – 10 cm) von Wald-, Grünland- und Ackerstandorten; differenziert nach Karbonatgehalt .................................................................................... 100 Tabelle 52: Beschreibung der ausgewählten Versuchsflächen. ...................................................................... 102 Tabelle 53: Anzahl der Proben nach pH- und Humus- Kategorien für die Modellerstellung. Ziel: 180 Proben. .... 110 Tabelle 54: Anzahl der Proben nach pH- und Humus- Kategorien für die Modellerstellung. 161 Proben. ........... 110 Tabelle 55: Mittlewertvergleich der Kupfergehalte (CuKW) zwischen den drei pH-Wert und Humusklassen ........ 112 Tabelle 56: Anteil von Ober- (OB) und Unterbodenproben (UB) in den drei Humuskategorien des Datensatzes 112 Tabelle 57: Verteilung der Kupfergehalte aus den vier Extraktionsmethoden, in mg kg-1 und als % von CuKW

(n=161). ................................................................................................................................................. 115 Tabelle 58: Korrelationskoeffizienten (r) nach Pearson zwischen den vier Extraktionsmethoden (jeweils in mg kg-

1). Die Signifikanz ist in jedem Fall <0,001 ................................................................................................. 115


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Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Berechnete zeitliche Veränderung des Gesamt-Kupfergehalts (im Oberboden, 0 – 30 cm) in einem gering (links) bzw. hoch (rechts) belasteten Boden in Abhängigkeit der Bodenparameter pH-Wert, Humus- und Tongehalt unter Annahme einer atmosphärischen Deposition von 100 g Cu/ha/Jahr und einer jährlichen Versickerungsrate von 400 mm/Jahr im Oberboden. ..................................................................................... 24 Abbildung 2: Berechnete langjährige Veränderung des Kupfer-Gesamtgehalts (mg/kg) im Oberboden (0 – 30 cm) eines gering (links) bzw. hoch (rechts) belasteten Standorts unter ausgewählten Bewirtschaftungsformen und unter Berücksichtigung mittlerer Boden- und Klimaeigenschaften (die Zahlen stehen für die einzelnen Bewirtschaftungsszenarien). ....................................................................................................................... 27 Abbildung 3: Weinbau – Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Weinbaugebieten ................................ 44 Abbildung 4: Weinbau biologisch – Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Weinbaugebieten ................. 44 Abbildung 5: Obstbau – Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten .................... 47 Abbildung 6: Obstbau biologisch– Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten ..... 47 Abbildung 7: Ackerbau – Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten .................. 52 Abbildung 8: Ackerbau – Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Kleinproduktionsgebieten .................... 52 Abbildung 9: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte im biologischen und konventionellen Weinbau .................... 55 Abbildung 10: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte im biologischen und konventionellen Obstbau ................... 56 Abbildung 11: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte im biologischen und konventionellen Ackerbau .................. 56 Abbildung 12: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Weinbauflächen nach Nutzungsdauer ........................... 59 Abbildung 13: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Weinbauflächen nach Dauer der biologischen Bewirtschaftungsform................................................................................................................................. 59 Abbildung 14: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Obstbauflächen nach Nutzungsdauer ............................ 60 Abbildung 15: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Obstbauflächen nach Dauer der biologischen Bewirtschaftungsform................................................................................................................................. 60 Abbildung 16: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Ackerbauflächen nach Dauer der biologischen Bewirtschaftungsform................................................................................................................................. 61 Abbildung 17: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Ackerbauflächen nach Kultur ........................................ 62 Abbildung 18: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Hopfenböden nach Nutzungsdauer ............................... 64 Abbildung 19: Schematische Darstellung der PNEC Herleitung ....................................................................... 78 Abbildung 20: Zusammenhangs zwischen Effekt- und Kupferkonzentrationen im Feld (ECx,F) und im Labor (ECx,L). ................................................................................................................................................................ 79 Abbildung 21: Einfluss der Kationenaustauschkapazität (KAK) auf die Reproduktion von Eisenia fetida............... 81 Abbildung 22: Normalisierte Species Sensitivity Distribution (SSD) für zwei verschiedene Böden. ...................... 82 Abbildung 23 Lage der zehn beprobten Standorte ....................................................................................... 102 Abbildung 24: Kupfergehalte im KW (mg kg-1; schwarze Linie auf der Hauptachse), mit Humusgehalte (%; blaue Linie) und pH-Werte (orange Linie) für die 10 Bodenprofilen, in Abhängigkeit von der Bodentiefe (cm) ........... 105 Abbildung 25: Schwermetallgehalte (mg kg-1) in den 10 beprobten Weinbaugärten. Rote gestrichelte Linie: Referenzwert für Acker mit Humusgehalt von 2 bis 4% (gilt nur für 0 – 20 cm; ÖNORM L1075) ...................... 106 Abbildung 26 Beziehung zwischen dem Gesamtkupfergehalt und der Kupfermobilität (im CaCl2). .................... 109 Abbildung 27 Verteilung der pH-Werte und der Humusgehalte in der gesamten Stichprobe (n=161) ............... 111 Abbildung 28 Verteilung von CuKW innerhalb jeder pH-Wert und Humusklasse ............................................. 112 Abbildung 29 Verteilung von CuKW innerhalb jeder pH und Humusklasse – Detaillierte Darstellung. ................ 113 Abbildung 30 Verteilung der Kupfergehalte aus den vier Extraktionsmethoden, in mg kg-1 (oben) und als % von CuKW (unten) ......................................................................................................................................... 114 Abbildung 31 Korrelationen von CuKW mit CuEDTA (links) und mit CuCAT (rechts) (p<0,001; n=161) .................. 116 Abbildung 32 Mobilität von Kupfer (CuNH4NO3 in % vom CuKW) in Abhängigkeit vom pH-Wert (n=161) .............. 117 Abbildung 33 Mobilität von Kupfer (CuCaCl2 in % vom Gesamtkupfer) in Abhängigkeit vom pH-Wert (n=29). Daten von Brun et al. (1998). Die pH-Werte (H2O) wurden mit -0,6 korrigiert um der pH-CaCl2-Skala zu entsprechen (Durchschnittlicher Umrechnungsfaktor, siehe Blum, 2007).......................................................................... 117 Abbildung 34 pH-Wert (KCl) von 0 - 30 cm in Weinbauflächen Österreichs (eBOD, Corine CLC 2.2.1) .............. 118 Abbildung 35 Korrelation zwischen CuNH4NO3 und CuKW für Proben mit pH > 5 (n=156) ................................... 119 Abbildung 36 Regressionsgerade für die Beziehung CuEDTA zu CuKW für das Bodenuntersuchungsprogramm im gegenständigen Projekt ............................................................................................................................ 120 Abbildung 37 Bodenuntersuchungsaktion Kupferprojekt – Erhebungsbogen Dauerkulturen ............................. 121 Abbildung 38 Bodenuntersuchungsaktion Kupferprojekt – Erhebungsbogen Ackerflächen ............................... 122


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Abbildung 39 Anleitung zur Entnahme von Bodenproben ............................................................................. 123 Abbildung 40 Fortsetzung: Anleitung zur Entnahme von Bodenproben .......................................................... 124


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Zusammenfassung

Pflanzenschutzmittel auf Kupferbasis werden seit über 100 Jahren gegen Pilzkrankheiten und gegen

zahlreiche Pflanzenkrankheiten im Weinbau, Obstbau, Hopfenbau sowie auf Ackerkulturen wie Kartof-

feln, Feldgemüse und Zuckerrüben eingesetzt. Kupfer ist ein Schwermetall und wird im Boden nicht

abgebaut. Die hohen Aufwandmengen, die in den vergangenen Jahrzehnten üblich waren, haben in

manchen Regionen Österreichs zu einer Anreicherung von Kupfer im Boden geführt. Die damit ver-

bundenen Auswirkungen auf das terrestrische Ökosystem konnten bislang nicht in ausreichendem

Maße bewertet werden. Mit dem gegenständigen Projekt wurde eine wissenschaftlich fundierte Basis

für einen angemessenen Einsatz von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln erarbeitet.

Im Rahmen des Projekts wurde ein Bodenuntersuchungsprogramm durchgeführt. In einem ersten

Schritt wurde ein Überblick über jene Anbauflächen gegeben, in denen kupferhaltige Pflanzenschutz-

mittel zur Anwendung kommen. Das betrifft vor allem Flächen in denen Dauerkulturen wie Wein, Obst

(Steinobst, Kernobst) und Hopfen, und Ackerkulturen wie Kartoffeln, Feldgemüse und Zuckerrüben,

kultiviert werden. Eine Übersicht über diese Anbauflächen in Österreich wurden anhand einer Flächen-

auswertung von INVEKOS 2010 Daten ermöglicht.

In weiterer Folge wurden die Kupfer-Gesamtgehalte in diesen Anbauflächen ermittelt. Hierbei wurde

einerseits auf bereits vorhandene Daten zurückgegriffen und andererseits wurde eine gezielte Boden-

beprobung in den relevanten Anbauflächen durchgeführt. Erwartungsgemäß zeigt die Auswertung der

Bodendaten eine hohe Kupferbelastung in Flächen, die bereits seit langer Zeit weinbaulich genutzt

werden. Deutlich geringer ist die Kupferbelastung in obstbaulich genutzten Flächen. In Ackerkulturflä-

chen bewegen sich die Kupfergehalte mehrheitlich im Bereich der natürlichen Hintergrundkonzentrati-

on. Ein Vergleich der Kupfer-Gesamtgehalte in Bodenproben aus biologisch und konventionell bewirt-

schafteten Flächen zeigt keinen signifikanten Unterschied zwischen den beiden Bewirtschaftungsfor-

men auf.

Für eine Risikobewertung von Kupfer für das terrestrische Ökosystem ist eine Gegenüberstellung der

Bodenkonzentrationen und der toxischen Effektkonzentrationen einzelner Organismen nicht zielfüh-

rend, da hierbei sowohl die unterschiedliche Bioverfügbarkeit von Kupfer für Pflanzen und Bodenorga-

nismen, als auch der Einfluss der Bodeneigenschaften auf die Toxizität von Kupfer unberücksichtigt

bleiben. Sowohl die Bioverfügbarkeit, als auch die Toxizität von Kupfer sind abhängig von Bodenpa-

rametern wie pH-Wert, Humusgehalt, Tongehalt und Kationenaustauschkapazität (KAK).

In Anlehnung an die Bewertung von Kupfer als Umweltchemikalie im Rahmen der Altstoffbewertung

unter der REACH-Verordnung, wird für die Risikobewertung für das terrestrische Ökosystem die Ablei-

tung von bodenspezifischen PNEC-Werten für Kupfer als sinnvoll erachtet. PNEC-Werte entsprechen

Konzentrationen im Boden, bei denen keine schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt zu erwarten

sind.


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Die ermittelten PNEC-Werte für Kupfer im Boden liegen in Abhängigkeit von den vorliegenden Boden-

eigenschaften zwischen 55 – 155 mg Gesamtkupfer/kg Boden. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie

Effekte von Kupfer auf Pflanzen und Invertebraten, aber auch Effekte auf typische mikrobielle Boden-

funktionen mit berücksichtigen. In den PNEC-Werten für Kupfer im Boden spiegelt sich auch der Ein-

fluss der Bodeneigenschaften, wie Humusgehalt, pH-Wert, Kationenaustauschkapazität und Tongeh-

alt, wider. Folglich kann das Risiko von Kupfer im terrestrischen Ökosystem regionalspezifisch be-

schrieben werden.

Basierend auf einfach zu bestimmenden Bodenparametern können PNEC-Werte für jeden Boden in

Österreich berechnet, und dem tatsächlich gemessenen Kupfergehalt gegenüber gestellt werden. Im

Sinne einer nachhaltigen Landbewirtschaftung ist eine weitere Anreicherung von Kupfer so weit als

möglich zu vermeiden. Demnach wäre bei einer Überschreitung des PNEC-Wertes auf einer definiert

exponierten Fläche mit entsprechendem Kulturartenbesatz, von einer weiteren intensiven Verwendung

kupferhaltiger Pflanzenschutzmittel und einer Einbringung kupferhaltiger Betriebsmittel abzusehen.

In der Europäischen Union sind Kupferverbindungen als Wirkstoffe in Pflanzenschutzmitteln befristet

bis 30.11.2016 in Anhang I (Liste zugelassener Wirkstoffe) der Durchführungsverordnung (EU) Nr.

540/2011 der Kommission vom 25. Mai 2011 zur Durchführung der Verordnung (EG) Nr. 1107/2009

über das Inverkehrbringen von Pflanzenschutzmitteln gelistet. In dieser Verordnung sind für Kupfer-

verbindungen spezifische Sonderbestimmungen festgehalten. Demnach müssen alle EU-

Mitgliedstaaten bei der Gesamtbewertung unter anderem auf Folgendes achten: ‚Die Mitgliedstaaten

führen Programme zur Überwachung gefährdeter Gebiete ein, in denen die Kontamination des Bodens

mit Kupfer Anlass zur Besorgnis gibt, damit sie gegebenenfalls Beschränkungen erlassen können, z.B.

hinsichtlich der zulässigen Aufwandmengen.‘ (Verordnung (EG) Nr. 540/2011)

Mit dem Bodenuntersuchungsprogramm und der Risikobewertung für das terrestrische Ökosystem im

gegenständigen Projekt wurde diesen Sonderbestimmungen Folge geleistet. Von einer Einschränkung

der zulässigen Aufwandmenge für Kupferverbindungen sind in Österreich am ehesten jene Flächen

betroffen, die seit langer Zeit weinbaulich genutzt werden und bereits hohe Kupfer-Gesamtgehalte im

Boden aufweisen.


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Summary

Copper containing plant protection products have been applied in permanent crops like grapevines,

tree fruits and hops and in field crops like potatoes, vegetables, and sugar beets to control fungal and

many other plant diseases for over 100 years. Copper, being a heavy metal, does not degrade in soil.

In the past decades, high application rates for copper containing plant protection products were

common, which lead to an accumulation in soil in some regions of Austria. Until now, the implications

on the terrestrial ecosystem could not be assessed sufficiently. The objective of the project was to

develop a scientific basis for an appropriate use of copper containing plant protection products in the

future.

In the framework of the project, a comprehensive program for soil investigation was initiated. At the

beginning an overview of agricultural areas in which copper was used as a plant protection product,

was presented. This includes in particular agricultural areas where permanent crops like wine grapes,

tree fruits (stone fruits, pome fruits) and hops, and field crops like potatoes, field vegetables and sug-

ar beets are cultivated. An overview of these growing regions in Austria was given by evaluating data

from INVEKOS 2010.

Subsequently, the total copper content in soil in these growing regions was determined by the means

of existing data and data that has been generated in a soil sampling program in the relevant growing

regions. As expected the assessment of all soil data showed a high copper load in locations with a

long-term viticulture history. Significantly lower copper concentrations were found in soils in areas

used for orchards. In soils of arable land, copper concentrations were found to be at the natural back-

ground level in most cases. Comparing soil samples from organically and conventionally managed

fields, total copper concentrations in soil are almost equal.

For the risk assessment of copper in the terrestrial ecosystems, comparison between soil concentra-

tions and toxic effect concentrations of individual organisms is not applicable, since bioavailability of

copper for plants and soil organisms and the influence of soil characteristics on the toxicity of copper

are not considered. Bioavailability and toxicity of copper are dependent on soil characteristics such as

pH, humus, clay, and cation exchange capacity (CEC).

Based on the risk assessment of copper as environmental chemical in the framework of the assess-

ment program of recyclable chemicals under the EU REACH Regulation, it was considered reasonable

to perform the risk assessment of copper in the terrestrial ecosystem by deriving soil-specific PNEC-

values for copper. PNEC-values describe concentrations in the soil, where no harmful effects on the

environment are anticipated.

The determined PNEC-values for copper in the soil range from 55 – 155 mg total copper/kg, depend-

ing on the soil characteristics. Effects of copper on plants and invertebrates, as well as effects on typi-

cal microbial functions in soil are taken into account. PNEC-values for copper in soil are also influenced


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by soil properties like organic matter, pH, cation exchange capacity and clay content. Consequently,

the risk of copper to the terrestrial ecosystem can be described for each specific location.

The calculation of PNEC-values is based on soil parameters which can easily be determined for each

location in Austria. The calculated PNEC-values can be compared to the actual total copper contents in

soil. In terms of sustainable land management, further accumulation of copper in soil should be

avoided. Therefore the application of plant protection products containing copper and the input of

other copper containing agricultural products should be avoided when total copper contents in soil

exceed the corresponding PNEC-value.

According to Annex I (list of approved substances) of the Implementing Regulation (EU) No 540/2011

of 25 May 2011 as regards the list of approved active substances to implementing Regulation (EC) No

1107/2009 concerning the placing of plant protection products on the market, the approval of copper

compounds within the European Union is limited to 30.11.2016. The regulation includes specific provi-

sions for copper compounds to be considered by all member states. “Member States shall initiate

monitoring programmes in vulnerable areas where the contamination of the soil compartment by cop-

per is of concern, in order to set, where appropriate, limitations such as maximum application rates.”

(Regulation (EC) No. 540/2011)

These specific provisions have been followed by performing the comprehensive soil investigation pro-

gram and the risk assessment for the terrestrial ecosystem within the present project. According to

the results of the project, regions in Austria that are most likely to be affected by such restrictions are

locations with a long history of viticulture and with high concentrations of copper in soil.


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Theoretischer Hintergrund I.

I.1 Der Einsatz von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln

Kupferhaltige Pflanzenschutzmittel werden bereits seit mehr als 100 Jahren eingesetzt. Ab Mitte des

19. Jahrhunderts wurde versucht, die aufkommende Gefahr von Rebkrankheiten durch der Einschlep-

pung von Schädlingen und nach Europa, mit gezielten Pflanzenschutzmaßnahmen zu bekämpfen. Mit

der sogenannten „Bordeauxbrühe“, eine Mischung aus gebranntem Kalk, Kupfersulfat und Wasser,

und anderen kupferhaltige Pflanzenschutzmitteln konnten die Winzer die Rebkrankheiten zunächst

effektiv bekämpfen. Bis vor wenigen Jahrzehnten zählte die Bordeauxbrühe zu den wirksamsten Mit-

teln gegen Pilzkrankheiten, wie der Falsche Mehltau an Weinreben und Hopfen, oder die Kraut- und

Knollenfäule an Kartoffeln. In der Vergangenheit wurden Mengen von 20-30 kg Kupfer je Hektar und

Jahr eingesetzt.

Seit der Intensivierung der Landwirtschaft in den 1960iger Jahren, werden alternativ zu kupferhaltigen

Pflanzenschutzmittel gut wirksame chemisch-synthetische Pflanzenschutzmittel eingesetzt.

Gegen bakterielle Pflanzenkrankheiten ist der Einsatz von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln in vie-

len Kulturen bis heute üblich. Im Weinbau fördert eine Abschlussspritzung mit Kupfer die Reintönigkeit

des Weines.

Heute ist der Einsatz von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln insbesondere bei einer biologischen

Bewirtschaftungsweise von Bedeutung. Bislang gibt es keine gleichermaßen wirksamen Produkte, die

bei biologischer Bewirtschaftungsweise alternativ zu kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln erlaubt sind.

Die biologische Produktion von Wein, Obst, Hopfen, Kartoffel, Gemüse und Zierpflanzen ohne kupfer-

haltige Pflanzenschutzmittel wäre derzeit ohne größere Ertrags- und Qualitätseinbußen nicht möglich.

Je nach Kultur Aufwandmengen kommen heute zwischen 2-4 kg pro Hektar und Jahr zum Einsatz.

I.2 Wirkungsmechanismus

Das Element Kupfer ist ein integraler Bestandteil vieler Enzyme und ein lebensnotwendiges Spuren-

element. In höheren Konzentrationen wirkt es allerdings als Zellgift. Die aktive Substanz in den meist

schwer wasserlöslichen kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln ist das zweiwertige Kupferion. Dieses

wird während der Sporenkeimung von Pilzzellen, aber z.B. auch von Bakterien aufgenommen und

akkumuliert in der Zelle. Kupferionen besitzen eine hohe Bindungsaffinität zu Amino- und Car-

boxylgruppen und stören dadurch Enzymsysteme und die Proteinbiosynthese. Kupferionen binden

auch an SH-Gruppen von Proteinen und peroxidieren Lipide der Zellmembran, was zur Bildung von

freien Radikalen führt, welche die DNA und Zellmembranen schädigen.

Kupferhaltige Pflanzenschutzmittel wirken protektiv, d.h. sie müssen vorbeugend gegen eine Infektion

ausgebracht werden. Als Kontaktfungizide verbleiben sie daher an der Pflanzenoberfläche und werden

kaum in die Wachsschicht der Kutikula aufgenommen. Niederschläge können zu erheblichen Ab-

waschverlusten führen. Eine entscheidende Bedeutung bei der Effizienz hat die Komposition der For-


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mulierung des Pflanzenschutzmittels. Aufgrund des unspezifischen Wirkmechanismus sind bisher keine

Resistenzen von Krankheitserregern gegen kupferhaltige Pflanzenschutzmittel bekannt.

I.3 Wirkungsspektrum

Kupferhaltige Pflanzenschutzmittel werden im österreichischen Weinbau vor allem zur Bekämpfung

der Rebenperonospora (Plasmopara viticola oder ‚Falscher Mehltau‘), zur Bekämpfung der Botrytis

cinerea (‚Graufäule‘), sowie gerne zur Abschlussspritzung verwendet. In den meisten Kulturen im

Obstbau gibt es eine große Vielfalt an Pilz- und Bakterienkrankheiten. Kupfer wird hier vor allem für

Vorblüte- und Blattfallspritzungen eingesetzt. Im Kernobstbau wirken kupferhaltige Pflanzenschutzmit-

tel gegen Schorf, Obstbaumkrebs, Kragenfäule und Feuerbrand. Im Steinobstbau ist Kupfer bei der

Regulierung von holzzerstörenden Pilzen (Valsa leucostoma,…) und bei Blatt- und Blüteninfektionen

(Kräuselkrankheit, Schrotschuss, Monilia spp.) im Einsatz. Kupferpräparate werden im Kernobstbau

gegen den Bakterienbrand, Schorf und Sprühfleckenkrankheit eingesetzt. Im Beerenobstbau werden

Kragenfäule, Rutenkranheit und Blattfleckenkrankheiten mit Kupfer bekämpft. Im Hopfenbau wirken

kupferhaltige Pflanzenschutzmittel gegen bedeutende Hopfenkrankheiten, wie Hopfenperonospora

(Pseudoperonospora humuli, ‚Falscher Mehltau‘) und Podosphaera macularis (Echter Mehltau). Zur

Bekämpfung von Bakteriosen und verschiedenen Pilzkrankheiten, allen voran die Gruppe der Falschen

Mehltaupilze, die Kraut- und Braunfäule sowie verschiedene Blattfleckenkrankheiten werden kupfer-

haltige Pflanzenschutzmittel auch im Gemüsebau eingesetzt. Im Kartoffelbau wirken kupferhaltige

Pflanzenschutzmittel gegen die Pflanzenkrankheit phytophthora infestans (‚Kraut- und Knollenfäule‘),

eine bedeutende Krankheit, die enorme Ertrags- und Qualitätseinbußen verursachen kann. In Zucker-

rübenbau wirken kupferhaltige Pflanzenschutzmittel gegen die Cercospora-Blattfleckenkrankheit und

werden auch gegen Falsche Mehltaupilze eingesetzt.

I.4 Bewertung von Kupferverbindungen auf ihre Eignung als Pflanzenschutzmit-tel gemäß VO (EU) Nr. 1107/2009 (vormals RL 91/414/EEG)

Kupferverbindungen (Kupferhydroxid, Kupferoxychlorid, Dreibasiches Kupfersulfat, Kupfer(I)oxid und

Bordeauxbrühe) wurden auf ihre Eignung im Einsatz als Wirkstoffe in Pflanzenschutzmitteln von den

Mitgliedstaaten der europäischen Union gemäß Richtlinie 91/414/EEG (nunmehr aufgehoben und er-

setzt durch VO (EU) Nr. 1107/2009) bewertet.

Ein Konsortium an Unternehmen der Pflanzenschutzmittelindustrie hat sich zur „European Union Cop-

per Task Force“ (in der Folge ‚Task Force’ genannt) zusammen geschlossen, um gemeinsam die Ge-

nehmigung von Kupferverbindungen zu beantragen. Es wurde ein Dossier vorgelegt und Frankreich,

als berichterstattender Mitgliedsstaat (im folgenden ‚RMS’ genannt), erstellte den „Draft Assessment

Report“ (Ministère de l'Agriculture et de la Pêche, 2007) (in der Folge ‚DAR’ genannt) zu fünf Kupfer-

verbindungen. Der DAR wurde am 7. Juni 2007 der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit

(in der Folge ‚EFSA’ genannt) vorgelegt. In darauf folgenden Peer Review Prozess waren alle Mitglied-


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staaten der Europäischen Union sowie die Task Force beteilig. Die Schlussfolgerung des Peer Review

Prozesses wurde von der EFSA in einem Bericht (EFSA, 2008a und EFSA, 2008b) veröffentlicht.

Dieser Bericht diente als Entscheidungshilfe für die im Jänner 2009 stattgefundene Beschlussfassung

im Ständigen Ausschuss für die Lebensmittelkette und Tiergesundheit der EU Kommission (SCFCAH)

für die Genehmigung der Kupferverbindungen zum Einsatz als Wirkstoffe in Pflanzenschutzmitteln.

Im Bewertungsprozess blieben einige ganz wesentliche Fragestellungen, insbesondere das ökotoxiko-

logische Risiko von Kupferverbindungen betreffend, offen. Das Ergebnis der Bewertung des Umwelt-

verhaltens und der Ökotoxikologie von Kupfer ist in Anhang I zusammengefasst. Es wurde im ständi-

gen Ausschuss für die Lebensmittelkette und Tiergesundheit (SCFCAH) im Jänner 2009 die Entschei-

dung getroffen, dass Kupferverbindungen als Pflanzenschutzmittel vorerst weiterhin für einen befriste-

ten Zeitraum von 7 Jahren, also bis 30. November 2016, in den Verkehr gebracht werden dürfen.

Kupferverbindungen sind im Anhang der Durchführungsverordnung (EU) Nr. 540/2011 der Kommissi-

on vom 25. Mai 2011 zur Durchführung der Verordnung (EG) Nr. 1107/2009 des Europäischen Parla-

ments und des Rates hinsichtlich der Liste zugelassener Wirkstoffe, mit der Nr. 277 gelistet.

Für das in Verkehr bringen von Kupferverbindungen wurden jedoch Sonderbestimmungen, die auch in

Österreich zur Anwendung kommen, festgelegt. Insbesondere wurde in den Sonderbestimmungen für

die Zulassung (Teil A) und Anwendung (Teil B) auf nationaler Ebene folgendes festgehalten:

TEIL A

Nur Verwendungen als Bakterizid und Fungizid dürfen zugelassen werden.

TEIL B

Bei der Bewertung der Anträge auf Zulassung von Kupfer enthaltenden Pflanzenschutzmitteln für andere Verwen-dungen als zur Behandlung von Gewächshaustomaten achten die Mitgliedstaaten besonders auf die in Artikel 4 Absatz 1 Buchstabe b genannten Kriterien und stellen sicher, dass alle erforderlichen Daten und Informationen vorliegen, bevor eine Zulassung erteilt wird. Bei der Anwendung der einheitlichen Grundsätze gemäß Anhang VI werden die Schlussfolgerungen des vom Ständigen Ausschuss für die Lebensmittelkette und Tiergesundheit am 23. Januar 2009 abgeschlossenen Beurteilungsberichts über Kupferverbindungen und insbesondere dessen Anla-gen I und II berücksichtigt.

Bei dieser Gesamtbewertung müssen die Mitgliedstaaten insbesondere auf Folgendes achten:

- die Spezifikation des gewerbsmäßig hergestellten technischen Materials, die zu bestätigen und durch ge-eignete Analysedaten zu belegen ist; das für das Toxizitätsdossier verwendete Versuchsmaterial sollte mit dieser Spezifikation des technischen Materials verglichen und entsprechend überprüft werden;

- die Sicherheit der Anwender und Arbeiter; die Mitgliedstaaten sorgen dafür, dass die Anwendungsbedin-gungen gegebenenfalls eine angemessene persönliche Schutzausrüstung vorschreiben;

- den Wasserschutz und den Schutz der nicht zur Zielgruppe gehörenden Organismen; hinsichtlich der ge-nannten Risiken sollten gegebenenfalls Maßnahmen zur Risikobegrenzung getroffen werden, wie die Ein-richtung von Pufferzonen;

- die Menge des eingesetzten Wirkstoffs; die Mitgliedstaaten stellen sicher, dass die zulässigen Mengen hinsichtlich der Dosierung und der Zahl der Anwendungen nicht über das Mindestmaß hinausgehen, mit dem sich die gewünschte Wirkung erzielen lässt.

Die betroffenen Mitgliedstaaten verlangen Auskünfte, die näheren Aufschluss geben über das Inhalationsrisiko; die Risikobewertung für nicht zur Zielgruppe gehörende Organismen sowie Böden und Gewässer.


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Sie stellen sicher, dass der Antragsteller, auf dessen Betreiben Kupferverbindungen in diesen Anhang aufgenom-men wurden, der Kommission diese Informationen bis spätestens 30. November 2011 übermittelt. Die Mitglied-staaten führen Programme zur Überwachung gefährdeter Gebiete ein, in denen die Kontamination des Bodens mit Kupfer Anlass zur Besorgnis gibt, damit sie gegebenenfalls Beschränkungen erlassen können, z. B. hinsichtlich der zulässigen Aufwandmengen.

(Verordnung (EU) Nr. 540/2011 idgF. vom 25. Mai 2011)

I.5 Rechtliche Bestimmungen zur Anwendung von kupferhaltigen Pflanzen-schutzmitteln

I.5.1 Allgemeine Zulassungen von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln gemäß VO (EU) Nr. 1107/2009 und PMG 2011

Das Antragsverfahren und die Zulassung von Pflanzenschutzmitteln sind durch die EU-Verordnung

1107/2009 und das österreichische Pflanzenschutzmittelgesetz 2011 geregelt. Eine Zulassung wird in

Österreich vom Bundesamt für Ernährungssicherheit per Bescheid ausgesprochen. Grundlage der Zu-

lassung bilden Bewertungsberichte und Gutachten der ExpertInnen der AGES aus den Bereichen Toxi-

kologie, Rückstandsverhalten, Umweltverhalten, Ökotoxikologie, Wirksamkeit und Phytotoxizität sowie

physikalisch-chemische Eigenschaften. Detaillierte Informationen zu den zugelassenen kupferhaltigen

Pflanzenschutzmitteln sind im österreichischen Pflanzenschutzmittelregister unter http://pmg.ages.at

öffentlich abrufbar.

I.5.2 Anwendung von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln gemäß VO (EG) Nr.

834/2007 und VO (EG) Nr. 889/2008 im biologischen Landbau

Die EU-Bioverordnung (EG) Nr. 834/07 regelt den rechtlichen Rahmen der Biologischen Landwirtschaft

in der gesamten EU, und die Durchführungsverordnung (EG) Nr. 889/2008 enthält die Durchführungs-

vorschriften über die biologische Produktion in der EU. Gemäß diesen europäischen Rechtsnormen ist

bei einer biologischen Bewirtschaftungsweise eine Ausbringungsmenge von 6 kg Reinkupfer/ha und

Jahr erlaubt. In Anhang II der Durchführungsverordnung 889/2008 ist die Verwendung von Pflanzen-

schutzmitteln wie folgt spezifiziert: „[…]bei Dauerkulturen (z.B. Wein) ist die Überschreitung der 6-kg-

Begrenzung für Kupfer in einem Jahr möglich, sofern die über einen Fünfjahreszeitraum, der das be-

treffende Jahr und die vier vorangegangenen Jahre umfasst, tatsächlich verwendete Durchschnitts-

menge 6 kg/ha/Jahr nicht überschreitet“.

I.5.3 Richtlinien gemäß BioAustria

BioAustria ist in mit etwa 13 000 Biobauern und Biobäuerinnen als Mitglieder die größte Vereinsge-

meinschaft für biologische Landwirtschaft in Österreich. BioAustria hat sich neben den EU-Vorgaben

für die biologische Landwirtschaft zu weiteren Einschränkungen hinsichtlich der Ausbringung von kup-

ferhaltigen Pflanzenschutzmitteln verpflichtet. Entsprechend dem Betriebsmittelkatalog 2011, der vom

Verein InfoXgen erstellt wird, hat BioAustria je nach Kultur eine maximale Ausbringungsmenge von 2-

3 kg Reinkupfer/Jahr für die Organisationsmitglieder festgelegt.

http://www.ages.at/ages/landwirtschaftliche-sachgebiete/pflanzenschutzmittel/bewertung-und-zulassung-von-pflanzenschutzmitteln/bewertung-von-pflanzenschutzmitteln/toxikologie/

http://www.ages.at/ages/landwirtschaftliche-sachgebiete/pflanzenschutzmittel/bewertung-und-zulassung-von-pflanzenschutzmitteln/bewertung-von-pflanzenschutzmitteln/toxikologie/

http://www.ages.at/ages/landwirtschaftliche-sachgebiete/pflanzenschutzmittel/bewertung-und-zulassung-von-pflanzenschutzmitteln/bewertung-von-pflanzenschutzmitteln/rueckstandsverhalten/

http://www.ages.at/ages/landwirtschaftliche-sachgebiete/pflanzenschutzmittel/bewertung-und-zulassung-von-pflanzenschutzmitteln/bewertung-von-pflanzenschutzmitteln/umweltverhalten-und-oekotoxikologie/fachbereich-umweltverhalten/

http://www.ages.at/ages/landwirtschaftliche-sachgebiete/pflanzenschutzmittel/bewertung-und-zulassung-von-pflanzenschutzmitteln/bewertung-von-pflanzenschutzmitteln/umweltverhalten-und-oekotoxikologie/fachbereich-oekotoxikologie/

http://www.ages.at/ages/landwirtschaftliche-sachgebiete/pflanzenschutzmittel/bewertung-und-zulassung-von-pflanzenschutzmitteln/bewertung-von-pflanzenschutzmitteln/umweltverhalten-und-oekotoxikologie/fachbereich-oekotoxikologie/

http://www.ages.at/ages/landwirtschaftliche-sachgebiete/pflanzenschutzmittel/bewertung-und-zulassung-von-pflanzenschutzmitteln/bewertung-von-pflanzenschutzmitteln/wirksamkeit-und-phytotoxizitaet/

http://www.ages.at/ages/landwirtschaftliche-sachgebiete/pflanzenschutzmittel/bewertung-und-zulassung-von-pflanzenschutzmitteln/bewertung-von-pflanzenschutzmitteln/rueckstandsverhalten/

http://pmg.ages.at/


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I.5.4 Richtlinien gemäß IP-ÖPUL

Weitere Vorgaben bezüglich Ausbringung von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln gibt es seitens der

Integrierten Produktion (IP), einer Maßnahme von ÖPUL 2007, dem aktuellen Agrar-Umweltprogramm

in der ländlichen Entwicklung 2007 bis 2013. Die Vorgaben seitens IP sind unter der Webseite des

Lebensministeriums öffentlich zugänglich und unter ‚http://www.BMLFUW.at/land/produktion-

maerkte/pflanzliche-produktion/pflanzenschutz/ipp-listen.html‘ im Detail beschrieben. Im Folgenden

werden die IP- Beschränkungen bezüglich der Anwendung von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln

kurz zusammengefasst:

Weinbau: die Anwendung darf einen maximalen Eintrag von 2 kg Kupfer/ha/Jahr bewirken

Obstbau: Kupferoxychlorid- hältige Pflanzenschutzmittel dürfen nur 3x pro Jahr, und Kupferhydroxid-

haltige Pflanzenschutzmittel dürfen nur 2x pro Jahr angewendet werden

Rübenbau: Gesamtkupfereintrag aller Kupfer-Behandlungen darf maximal 2 kg/ha/Jahr betragen

Kartoffel: - Mit einem Kupferoxychlrorid+Cymoxanil Mittel dürfen in Summe max. 4 Behandlungen

pro Jahr und nur vor dem Vergilben der ersten Blätter durchgeführt werden

- Max. 8 Behandlungen mit Präparaten, die Kupferoktanoat, Kupferoxychlorid oder Kupferhydroxid

enthalten unter Einsatz verschiedener Wirkstoffe bei mehr als 4 Spritzungen mit demselben Wirkstoff

Feldgemüse: Gesamtkupfereintrag aller Kupfer-Behandlungen darf maximal 2 kg/ha/Jahr betragen

Erdbeeren: Nur Vorblüte- bzw. Nacherntebehandlung (Anm.: wie im BAES PSM-Register)

Hopfen: Mit Kupfersulfat basisch dürfen in Summe max. 3 Behandlungen pro Jahr durchgeführt wer-

den

(Vgl. BMLFUW, 2011c)

http://www.lebensministerium.at/land/produktion-maerkte/pflanzliche-produktion/pflanzenschutz/ipp-listen.html

http://www.lebensministerium.at/land/produktion-maerkte/pflanzliche-produktion/pflanzenschutz/ipp-listen.html


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I.6 Einträge von Kupfer in den Boden

Neben dem Eintrag von Kupfer in landwirtschaftliche Nutzflächen durch den Einsatz von kupferhalti-

gen Pflanzenschutzmitteln gibt es auch andere bedeutende Eintragswege in Böden. Kupfer wird für

die Herstellung zahlreicher Produkte (Kupferdrähte, -Leitungen, -Legierungen, -Produkte der Galvanik-

und Elektroindustrie, etc…) verwendet; in der Umgebung von Kupfererz verarbeitenden Betrieben sind

meist starke Kupferbelastungen der Böden und Sedimente (bis über 1000 mg/kg) vorzufinden. Indust-

rielle Abwässer können ebenso Kupfer-Anreicherungen in fluvialen Sedimenten bewirken. (Scheffer &

Schachtschabel 2002). Im Folgenden werden die Frachten an Kupfer die auf landwirtschaftliche Nutz-

flächen ausgebracht werden können, und somit Eintragswege für Kupfer in den Boden darstellen,

zusammengefasst.

I.6.1 Einträge durch kupferhaltige Pflanzenschutzmittel

Durch Pflanzenschutzmaßnahmen mit kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln werden in Österreich in

den Kulturen Weinbau, Obstbau, Kartoffelbau, Feldgemüsebau, Kartoffelbau, Rübenbau und Erdbeer-

bau zwischen 2-4 kg Reinkupfer pro Hektar und Jahr ausgebracht.

Tabelle 1: Kupfereinträge im Pflanzenschutz

Eintragsweg Eintrag Cu Anmerkung

Pflanzenschutzmittel 2 000 – 4 000 g Cu/ha/Jahr

Wein-, Obst-, Hopfengärten, Feldgemüse-, Kartoffel-, Rüben-, Erdbeerflächen, Zierpflanzen

In Österreich kam es in den letzten Jahren zu einem Rückgang der abgesetzten Mengen von kupfer-

haltigen Wirkstoffen im Pflanzenschutz. Im Jahr 2010 wurden in Österreich etwa 68 t Kupferwirkstoffe

in Verkehr gebracht, 13% weniger als im Jahr 2009 (Grüner Bericht 2011). Im Einzelnen handelt es

sich dabei um die Kupferverbindungen Kupferoxychlorid, Kupferhydroxid, Kupfersulfat und Kup-

fernaphthenat. Bezogen auf den Reinkupfergehalt wurde 2010 eine Kupfermenge von 21 Tonnen

Reinkupfer zu Pflanzenschutzzwecken in den Verkehr gebracht.

Direkt in Deutschland oder in den Niederlanden erworbene Pflanzenschutzmittel sind nicht in der

Mengenstatistik enthalten, da dies keine Inverkehrbringung im Sinne des Pflanzenschutzmittelgesetzes

darstellt (gemäß §12(10) PMG 97, nunmehr PMG 2011).

Tabelle 2: In Verkehr gebrachte Wirkstoffmengen von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln (in t/Jahr)1

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Wirkstoffmengen in t/Jahr

Cu-haltige WS

105,3 99,9 115,6 117,1 115,4 114,3 98,9 100,5 115,2 78,1 68,0

1 Grüner Bericht (2011)


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I.6.2 Einträge durch Düngung

Wirtschaftsdünger repräsentieren sämtliche Einträge aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung (Aus-

scheidung der Tiere, Einstreu, zugekaufte und hofeigene Futtermittel, Futtermittelzusatzstoffe, Arz-

neimittel, Reinigungs- und Desinfektionsmittel, Korrosionsabgänge aus Anlagen und Geräten, Hilfsstof-

fe, mineralische Einstreumittel). Tierhaltungsbetriebe mit ausreichender Flächenausstattung zeichnen

sich durch geschlossene Nährstoffkreisläufe zwischen „Boden – Futtermittel – Tierhaltung – Wirt-

schaftsdünger - Düngung - Boden“ aus. Die Intensivtierhaltung basiert auf extern zugeführten Fut-

termitteln und einer unzureichenden Flächen und Grundfutterausstattung. Für die Ausbringung von

Wirtschaftsdünger stehen damit nur wenige Flächen zur Verfügung und es kommt im System „Boden

– Futtermittel – Tierhaltung – Wirtschaftsdünger - Düngung - Boden“ sowohl zu einer Erhöhung des

Nährstoffniveaus, als auch des Schadstoffniveaus. (Zethner 2007, Scheffer & Schachtschabel 2002)

Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere Schweinegülle und Schweinemist erhebliche

Kupfer- und auch Zinkgehalte aufweisen (Aichberger und Spiegel 2006). Wirtschaftsdünger aus dem

Rinder- und Geflügelbereich enthalten wesentlich geringere Kupfergesamtgehalte, da hier deutlich

geringere Mengen an Kupfer in der Fütterung eingesetzt werden (Kickinger 2009). Gemäß der Europä-

ischen Futtermittelverordnung (EG) Nr. 1334/2003 der Kommission vom 25. Juli 2003 sind in Futter-

mitteln zur Aufzucht von Ferkel bis zum Alter von 12 Wochen Kupfer-Gesamtgehalte bis 170 mg/kg

erlaubt. Die Kupfer-Gesamtgehalte in Wirtschaftsdüngern von Schweinemastbetrieben schwanken

sehr stark und liegen im Durchschnitt zwischen 187 - 531 mg/kg TM. Aus der Literatur ist erkennbar,

dass zeitlich weiter zurückliegende Untersuchungen tendenziell höhere Belastungen ergeben. Die Kup-

ferfrachten, die über Wirtschaftsdünger in landwirtschaftlich genutzte Böden eingetragen werden,

weisen ebenfalls deutliche Schwankungen auf und sind tendenziell in der Gülle mit niedrigem TM-

Gehalt geringer, als in dickflüssiger Gülle. Nach Zethner (2007) liegen die eingetragenen Kupferfrach-

ten durch Wirtschaftsdünger von Schweinemastbetrieben bei durchschnittlich 297 g/ha und Jahr.

Kupfer ist in unterschiedlichem Ausmaß Bestandteil von zahlreichen weiteren Düngemitteln. Proben

von Kalidünger, Stickstoffdünger und Düngerkalk weisen meist keine nennenswerten Schwermetallge-

halte auf. Phosphatdünger können je nach Herkunft bzw. Lagerstätte des Rohphosphats deutlich hö-

here Kupfergesamtgehalte aufweisen (Aichberger und Spiegel 2006). Für Düngemittel sind nach der

Düngemittelverordnung 2004 idgF. (BGBl II Nr. 100/2004) Frachtenbegrenzungen für Kupfer vorgese-

hen. Sie betragen für Kupfer in einem Zeitraum von zwei Jahren 700 g/ha Kupfer (ausgenommen

mineralische Spurennährstoffdünger) (Zethner 2007). Gemäß Düngemittelverordnung 2004 ist eine

maximale Ausbringungsmenge von 700 g Kupfer/ha in Düngemittel über einen Zeitraum von 2 Jahren

(350 g/ha/Jahr) erlaubt.

Von Bedeutung im Hinblick auf den Eintrag von Kupfer in landwirtschaftliche Nutzflächen und einem

möglichen Potential für Akkumulation ist auch die Ausbringung von Komposten und Klärschläm-

men. Gemäß diversen landesgesetzlichen Regelungen ist in den meisten Bundesländern (ausgenom-

men Wien, Tirol, Salzburg) die Ausbringung von Klärschlamm und Kompost auf landwirtschaftliche


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Nutzflächen zum Zwecke der Düngung erlaubt (Aichberger und Spiegel 2006). Um erhöhte Schwerme-

tallgehalte in Pflanzen und ökologisch bedenkliche Akkumulationen in Böden zu vermeiden, sind in

diversen Gesetzgebungen zum Bodenschutz sowohl Grenzwerte für die Schwermetallgehalte in den

auszubringenden Siedlungsabfällen, als auch Grenzwerte für die entsprechenden Schadstoffgehalte in

Böden festgelegt. Richt- und Grenzwertregelungen sollen einer Anreicherung entgegen wirken (Köchl

et al. 1997: 140, Aichberger und Spiegel 2006).

Kupfer kommt in Komposten in sehr unterschiedlichen Mengen vor. In der österreichischer Kom-

postverordnung (BGBL. II NR. 292/2001) sind die Qualitätsanforderungen für Komposte geregelt. Die

Verordnung legt die Bedingungen fest, unter denen ein Kompost aus Abfall zu einem Produkt wird. Es

wird gemäß BGBL. II NR. 292/2001 zwischen Kompost der Qualitätsklassen B, A und A+ unterschie-

den. Der Grenzwert für den Kupfer-Gesamtgehalt in Kompost der Qualitätsklasse B ist 500 mg/kg TM

Kompost (Richtwert = 400 mg/kg TM), für die Qualitätsklassen A und A+ liegen die Kupfergrenzwerte

bei 150 mg/kg TM bzw. 70 mg/kg TM. Bezüglich der erlaubten Ausbringungsmengen sind in der Kom-

postverordnung keine Einschränkungen bei Qualitätsklasse A+ vorgesehen. Gemäß Kompostverord-

nung darf in der Landwirtschaft die Anwendungsmenge von Kompost zu Düngungszwecken 8 t TM/ha

und Jahr im fünfjährigen Durchschnitt nicht überschreiten. Für Düngungsmaßnahmen dürfen nur die

Qualitätsklassen A und A+ ausgebracht werden (Lebensministerium 2010b). D.h. bei einer Ausbrin-

gungsmenge von 8 t/ha Kompost der Qualitätsklasse A+ (70 mg Cu/kg TM), wäre ein jährlicher Ein-

trag von 560 g pro Hektar möglich.

Die verschiedenen Regelungen in Bezug auf Kupfer-Gesamtgehalte in Klärschlämmen sind in Öster-

reich sehr unterschiedlich, da die gesetzlichen Bestimmungen für die Ausbringung von Klärschlamm

auf Ebene der Bundesländer geregelt ist. Je nach Bundesland liegt der Grenzwert für Kupfer im Bo-

den ab dem keine weitere Ausbringung von Klärschlämmen (gilt auch für Kompost) auf landwirtschaft-

liche Nutzflächen erlaubt ist, zwischen 60– 100 mg/kg luftgetrocknetem Boden. Vor der Ausbringung

von Klärschlamm muss ein Bodenuntersuchungszeugnis einer anerkannten Untersuchungsstelle vorge-

legt werden, das belegt, dass die Grenzwerte für Kupfer im Boden der jeweiligen Regelung auf Län-

derebene noch nicht überschritten worden sind. Darüber hinaus ist jeweils die maximale erlaubte Kup-

ferkonzentration im Klärschlamm geregelt, ebenso wie die maximal zulässigen Kupferfrachten, die

eingetragen werden dürfen (Umweltbundesamt 2009). Eine Zusammenfassung zur Ausbringung von

Klärschlämmen ist in der folgenden Tabelle dargestellt.


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Tabelle 3: Klärschlamm - Regelungen für die Ausbringung in den Bundesländern

Bundesland Cu im Boden Cu in Klärschlamm Zulässige Cu Frachten

Burgenland 100 mg/kg TM

100 mg/kg TM

Güte I 300 mg/kg TM

Güte II 500 mg/kg TM

Ackerland 1250 g/ha/a

Wiesen/Weiden 625 g/ha/a

Kärnten 5<pH<5,5 40 mg/kg TM

5,5<pH<6,5 50 mg/kg TM

pH>6,5 100 mg/kg TM

Klasse B 300 mg/kg TM

Klasse AB 300 mg/kg TM

Klasse A 150 mg/kg TM

Klasse I 70 mg/kg TM

In 10 Jahren 1800 g/ha/a

Niederösterreich 60 mg/kg TM Qualität II 300 mg/kg TM -

Oberösterreich 60 mg/kg TM 400 mg/kg TM Maximal zulässige Frachten über alle Eintragspfade

360 g/ha/a

Steiermark 60 mg/kg TM 300 mg/kg TM Ackerboden 750 g/ha/a

Grünland 375 g/ha/a

Vorarlberg 100 mg/kg TM 500 mg/kg TM -

Wien, Tirol, Salzburg Ausbringung von Klärschlamm verboten

Quelle: Umweltbundesamt (2009)

In ganz Österreich fielen im Jahr 2009 rund 256 000 t Klärschlamm als Trockenmasse (TM) an. Davon

wurden etwa 8% (20 900 t TM) in landwirtschaftlichen Flächen aufgebracht (BMLFUW, 2011b).

I.6.3 Atmosphärische Deposition

Bei der Ermittlung der gesamten Kupfereinträge in den Boden müssen auch von der Landwirtschaft

nicht beeinflussbare Größen wie die atmosphärische Deposition berücksichtigt werden. In Österreich

wurde die atmosphärische Deposition von Spiegel (2003) über einen Zeitraum von 36 Monaten (1999

– 2001) an 10 verschiedenen Standorten gemessen. Dieser Eintragsweg von Kupfer unterliegt natur-

gemäß regionalen Schwankungen. In städtischen Räumen wurden die höchsten Gehalte gemessen,

der österreichische Durchschnittswert liegt bei 103.3 g/ha/Jahr und somit innerhalb des mitteleuropä-

sichen Normbereichs.

Tabelle 4: Kupfereinträge durch atmosphärische Deposition

Eintragsweg Eintrag Cu Anmerkung

Atmosphärische Deposition 103.3 g Cu/ha/Jahr2

Städtischer Raum, regionalen Schwankun-gen

2Spiegel (2003)

I.7 Austräge von Kupfer

I.7.1 Kupferentzug durch das Erntegut

In der nachfolgenden Tabelle wird gezeigt, mit welchem jährlichen Entzug von Kupfer durch das Ern-

tegut zu rechnen ist. Der Entzug von Kupfer über die Abfuhr von Erntegut bewegt sich im Bereich von

etwa 10 – 110 g Cu/ha/Jahr und liegt damit etwa im Bereich des Eintrags an Kupfer über die atmo-

sphärische Deposition (ca. 100 g Cu/ha/Jahr).


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Tabelle 5: Kupfer-Gesamtgehalte von Erntegut, Ernte-Erträge, Austrag von Kupfer durch Erntegut

a Obergrenze mittlere Ertragslage kA Keine Angaben

I.7.2 Verlagerung von Kupfer in tiefere Bodenschichten

Die Verlagerung von Kupfer aus dem Akkumulationshorizont (Oberboden) in tiefere Bodenschichten

hängt maßgeblich vom Anteil an löslichem (= potentiell mobilen) Kupfer im Oberboden und Sicker-

wasseraustrag im Oberboden ab.

Um den Gehalt an löslichem und damit potentiell mobilem Kupfer im Boden aus dem Gesamt-

Kupfergehalt abschätzen zu können, haben Groenenberg et al. (2006) eine Pedotransferfunktion (PTF)

für die „Berechnung“ von löslichem Kupfer aus dem Gesamt-Kupfergehalt unter Einbeziehung der

Bodenparameter pH-Wert, Humus- und Tongehalt, basierend auf einem Datenset von etwa 1500 Bo-

denproben, abgeleitet. Diese PTF basiert auf logarithmisierten Daten und setzt sich aus zwei Berech-

nungsschritten zusammen. Der erste Berechnungsschritt ermöglicht die Abschätzung des Gehalts an

sogenanntem „reaktivem“ Kupfer (Cure) aus dem Gesamt-Kupfergehalt (die Autoren setzen in diesem

Kultur Frucht n Cu-Gehalt (g/t Erntegut)

Ertraga

(t) Cu-Entzug

(g/ha) Quelle

Ackerkultur Winterweizen 136 3.4 6 21 Spiegel et al. (2009)

Sommergerste 30 3.7 6 22

Winterroggen 49 3.1 6 17

Kartoffeln 40 1.1 35 38

Hartweizen 30 4.5 5 20

Weizen kA 3.7 6 22 Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie

Garching (2000) Mais kA 2.4 10 24

Kartoffel kA 0.9 35 32

Erbse kA 7.2 5 32

Sonnenblume kA 17.0 4 60

Sojabohne kA 12.0 3 36

Raps kA 17.1 4 60

Zuckerrübe kA 1.3 60 77

Silomais kA 1.5 50 74

Feldfutter Luzerne kA 2.6 40 102 Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und

Fischerei Mecklenburg-Vorpommern (2003)

Wiesengras kA 2.4 48 115

Gemüse Weisskraut kA 0.3 75 25 Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie

Garching (2000) Spinat kA 1.0 34 33

Karotte kA 0.5 55 28

Zwiebel kA 0.4 55 24

Chinakohl kA 0.5 70 37

Erbse (grün) kA 3.3 6 20

Feldsalat kA 1.1 35 39

Erdbeere kA 0.5 20 9

Obst Apfel kA 0.5 50 27

Pfirsich kA 0.7 25 18

Wein Weinbeere kA 0.9 10 9


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Zusammenhang „reaktives“ Kupfer mit 0,05 mol/L EDTA-extrahierbarem Kupfer gleich; ähnliches gilt

auch für 0.43 mol/L HNO3-extrahierbares Kupfer):

log(Cure) = -0.33 + 1.15 × log(Cuges) + 0.02 × log(Humus) – 0.17 × log(Ton)

wobei Cure und Cuges in mg/kg, der Humus- und Tongehalt in % anzugeben sind. Dieser erste Berech-

nungsschritt ist pH-unabhängig. Im zweiten Schritt wird über den Anteil an reaktivem Kupfer (Cure) im

Boden der Anteil an löslichem Kupfer (Culös) unter Einbezug des pH-Wertes berechnet:

log(Culös) = 1.10 + 0.87 × log(Cure) – 0.28 × log(Humus) – 0.18 × pH(CaCl2) – 0.27 × log(Ton)

wobei Culös für den Gehalt an Kupfer in der Bodenlösung (mmol/L) und Cure für den Gehalt an reakti-

vem Kupfer im Boden (hier mol/kg!) steht. Der Humus- und Tongehalt gehen in % in die Berechnung

ein, der pH-Wert bezieht sich auf die Messung in CaCl2 (ohne zusätzliche Logarithmisierung). Aus dem

verwendeten Extraktionsverhältnis der Bodenproben von 1:2 lässt sich der Anteil an löslichem Kupfer

im Boden berechnen. Die Autoren geben für diese PTF-Funktion ein R2 (Bestimmtheitsmaß) von 0,42

an, das sich durch Einbezug der gelösten organischen Substanz im Bodenextrakt auf 0,55 erhöhen

lässt (dieser Parameter liegt in der Regel jedoch nicht vor).

Wie aus der PTF nach Groeonenberg (2006) ersichtlich ist, ist der berechnete Gehalt an löslichem

Kupfer umso geringer, je niedriger der Gesamt-Kupfergehalt ist, der Gehalt an löslichem Kupfer steigt

jedoch mit abnehmendem pH-Wert, Humusgehalt und Tongehalt. Das bedeutet, dass der Anteil an

löslichem und damit potentiell mobilem Kupfer in sauren, sandigen und humusarmen Böden am

höchsten ist.

Die nachfolgende Tabelle zeigt am Beispiel eines gering und eines hoch belasteten Bodens die Auswir-

kungen der in die PTF nach Groenenberg (2006) eingehenden Bodenparameter (pH-Wert, Humus-

und Tongehalt) auf den berechneten Anteil an löslichem Kupfer und auf den daraus resultierenden

möglichen Austrag über die Versickerung. Unter schwach sauren bis alkalischen Bedingungen ist der

Anteil an löslichem Kupfer im Boden vernachlässigbar gering (< 0.2 %). Auch unter Bedingungen, die

entsprechend den Vorgaben der PTF zu einer erhöhten Löslichkeit von Cu führen (saure, sandige und

humusarme Böden), bleiben die Anteile an löslichem Kupfer in der Regel deutlich unter 1 % des Ge-

samt-Kupfergehalts. Erst in sehr sauren, humusarmen Böden ist mit löslichen Anteilen um 1 % zu

rechnen. Setzt man z.B. eine jährliche Versickerungsrate von 400 mm im Oberboden (0 – 30 cm) an,

ist in gering belasteten Böden unter üblichen Bodenverhältnissen (pH Wert > 5) nicht mit nennens-

werten Austrägen an Kupfer aus dem Oberboden zu rechnen (die berechneten jährlichen Austräge

befinden sich im Bereich der Einträge über die atmosphärischen Deposition). Die potentiellen Austräge


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über die Versickerung von Kupfer aus dem Oberboden erhöhen sich allerdings im extrem sauren Be-

reich und bei hoher Kupfer-Belastung bzw. bei entsprechend hohen Versickerungsraten.

Tabelle 6: Berechneter Anteil an gelöstem Kupfer und daraus resultierender möglicher jährlicher Kupferaustrag über Versickerung in einem gering und hoch belasteten Boden in Abhängigkeit von den Bodeneigenschaften pH-Wert, Humus und Ton.

Cuges (mg/kg)

pH-Wert (CaCl2)

Humus (%)

Ton (%)

Gelöstes Kupfer (Culös) Cu-Austraga

(µg/L) (mg/kg) (% Cuges) (g/ha) (% Cuges)

30

7 3 20 10 0.02 0.06 39 0.03

5 3 20 22 0.04 0.15 89 0.07

5 1 5 53 0.11 0.35 211 0.16

3 1 5 121 0.24 0.81 483 0.36

300

7 3 20 97 0.19 0.06 387 0.03

5 3 20 222 0.44 0.15 887 0.07

5 1 5 528 1.06 0.35 2112 0.16

3 1 5 1210 2.42 0.81 4839 0.36 a Jahresaustrag unter Annahme einer jährliche Versickerungsrate von 400 mm aus dem Oberboden, einer Oberbodenmächtig-keit von 30 cm und einer Lagerungsdichte von 1.5 kg/dm3.

Die folgende Graphik zeigt die berechnete jährliche Veränderung der Gesamt-Kupfergehalte (bezogen

auf den Oberboden, 0 – 30 cm) in Böden mit unterschiedlichen Eigenschaften unter Annahme einer

atmosphärischen Deposition von 100 g Cu/ha und Jahr als alleiniger Eintragsquelle und einer Versicke-

rungsrate von 400 mm im Oberboden. In gering belasteten Böden mit pH-Werten im schwach sauren

bis alkalischen Bereich führt schon die atmosphärische Deposition zu einer (minimalen) Anreicherung

an Kupfer. Nur in sandigen, humusarmen Böden mit sauren Eigenschaften bzw. bei hoher Kupfer-

Belastung kommt es trotz atmosphärischer Deposition zu erhöhter Verlagerung von Kupfer in tiefere

Bodenschichten und damit zu einer langsamen Abreicherung von Kupfer im Oberboden.

Abbildung 1: Berechnete zeitliche Veränderung des Gesamt-Kupfergehalts (im Oberboden, 0 – 30 cm) in einem gering (links) bzw. hoch (rechts) belasteten Boden in Abhängigkeit der Bodenpara-meter pH-Wert, Humus- und Tongehalt unter Annahme einer atmosphärischen Deposition von 100 g Cu/ha/Jahr und einer jährlichen Versickerungsrate von 400 mm/Jahr im Oberboden.

0

5

10

15

20

25

30

35

0 20 40 60 80 100

Jahre

Cu

ges (

mg

/k

g)

pH 7, Humus 3 %, Ton 20 %




0

50

100

150

200

250

300

350

0 20 40 60 80 100

Jahre

Cu

ges (

mg

/k

g)






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Anzumerken ist, dass in der Literatur verschiedene Pedotransferfunktionen (PTF) für die Abschätzung

von löslichem Kupfer bei bestimmten Bodenverhältnissen unter Berücksichtigung verschiedenster Bo-

denparameter angeführt sind (z.B. Gerritse und van Driel, 1984; Groenenberg et al., 2010; etc.). Den

meisten ist gemeinsam, dass die prognostizierten Anteile an gelöstem Kupfer unter schwach sauren

bis alkalischen Bodenbedingen vernachlässigbar gering sind und die Löslichkeit erst im sehr sauren

pH-Bereich (pH < 5) deutlich ansteigt.

I.7.3 Kupferbilanz ausgewählter Bewirtschaftungsformen

Zur vergleichenden Darstellung der Kupferbilanz von Bewirtschaftungsformen, die Kupfer direkt (als

Pflanzenschutzmittel) und/oder indirekt (über Dünger, Kompost, etc.) in unterschiedlichen Mengen in

den Boden einbringen, wurden 11 Bewirtschaftungsszenarien ausgewählt, die für die jeweiligen

Hauptproduktionsgebiete als repräsentativ betrachtet werden können. Diese Auswahl beinhaltet so-

wohl biologisch bewirtschaftete als auch konventionell bewirtschaftete Betriebsformen.


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Österreichische Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit GmbH

1220 Wien, Spargelfeldstraße 191, www.ages.at

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Tabelle 7: Ein- und Austräge an Kupfer repräsentativer Bewirtschaftungsszenarien in den Hauptproduktionsgebieten unter Berücksichtigung biologischer und konventioneller Bewirtschaftung.

Nr.

Szenario Kupfer-Eintrag/Austrag (g/ha/Jahr)

Bewirtschaftungsform Hauptproduktionsgebiet PSM-

Einsatza Düngung Anbau

PSM-Einsatz

Dün-ger

Atm. Dep.

Ernte-gut

Netto-eintrag

1 Bio. Weinbau Nord- und Südöstliches

Flach- und Hügelland Wein

Rindermist (70 kg N/ha) oder Kom-post der Klasse A+ (2.5 t/ha)

Wein 3000 200 100 -10 3290

2 Bio. Obstbau Nord- und Südöstliches

Flach- und Hügelland Obst

Rindermist (70 kg N/ha) oder Kom-post der Klasse A+ (2.5 t/ha)

Obst 3000 200 100 -30 3270

3 Biobetrieb (hoher

Gemüse- und Kartof-felanteil)

Nordöstliches Flach- und Hügelland

Kartoffel, Gemüse

Kompost (Qualität A+, 8 t/ha)

Feldgemüse, Kartoffel, Getreide

1400 550 100 -45 2005

4 Konv. Obstbau Nord- und Südöstliches

Flach- und Hügelland Obst

Mineraldünger (Mehrnährstoffdünger, 300 kg/ha)

Obst 1500 30 100 -30 1600

5 Konv. Weinbau Nord- und Südöstliches

Flach- und Hügelland Wein

Mineraldünger (Mehrnährstoffdünger, 300 kg/ha

Wein 1000 30 100 -10 1120

6 Konv. Schweine-

zucht/-mast

Alpenvorland, Südöstli-ches Flach- und Hügel-

land -

Wirtschaftsdünger (Gülle, 170 kg N/ha)

Mais, Raps, Getreide

- 850 100 -30 920

7 Biobetrieb mit

Milchviehaltung

Voralpen, Alpenostrand, Wald- und Mühlviertel,

Alpenvorland Kartoffel

Wirtschaftsdünger (Stallmist, 85 kg N/ha)

Feldfutter, Getreide, Silomais,

Kartoffel 200 250 100 -60 490

8 Biobetrieb (mit gerin-

gem Kartoffelanteil)


land, Nordöstliches Flach- und Hügelland

Kartoffel Wirtschaftsdünger (wenig), Kompost

der Klasse A+ (3 t/ha)

Getreide, Feldfut-ter, Körnerlegumi-

nosen, Kartoffel 200 200 100 -40 460

9 Konv. Marktfruchtbe-

trieb


land -

Mineraldünger (Mehrnährstoffdünger, 300 kg/ha),

wenig Wirtschaftsdünger (Gülle, 60 kg N/ha, von anderen

Betrieben)

Getreide, Mais, Raps, Soja

- 350 100 -30 420

10 Konv. Milchviehhal-

tung Alpenostrand, Alpenvor-

land -

Wirtschaftsdünger (Gülle/Festmist, 170 kg N/ha)

Getreide, Silomais, Feldfutter

- 300 100 -55 345

11 Konv. Marktfruchtbe-

trieb Nordöstliches Flach-

und Hügelland -

Mineraldünger (Mehrnährstoffdünger, 500 kg/ha)

Getreide, Kartoffel, Rüben

- 50 100 -40 110

a Kupferhältige Präparate


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Zur Abschätzung der Kupferverlagerung in tiefere Bodenschichten wurden die mittleren (medianen)

Bodeneigenschaften und jährlichen Niederschlagsmengen für die Kulturen Wein, Obst, Kartoffel und

Wintergetreide ermittelt und den entsprechenden Bewirtschaftungsformen zugeordnet. Zu diesem

Zweck wurden INVEKOS-Daten von 2010 mit der digitalen Bodenkarte Österreichs und mit einer

ZAMG-Rasterkarte (mittleren Niederschlag der Periode 1970 – 2000) unter Berücksichtigung einer

Mindestanbaufläche von 10 ha/km2 verschnitten (alle Datengrundlagen im 1 × 1 km Raster). Aufgrund

fehlender Daten zur tatsächlichen Versickerungsrate im Oberboden wurde diese in einer groben Annä-

herung aus der Niederschlagsmenge über einen Faktor von 0,66 abgeleitet.

Tabelle 8: Mittlere (mediane) Bodeneigenschaften und Niederschlagsmengen für ausgewählte Kul-turen und deren Zuordnung zu den 11 Bewirtschaftungsszenarien.

Kultur Bewirtschaftungs-

szenarium pH

Humus (%)

Ton (%)

Niederschlag (mm)

Versickerunga (mm)

Wein 1; 4 7,3 2,4 20 540 356

Obst (Stein/Kern) 2; 5 5,6 3,0 18 800 528

Kartoffel 3 7,1 2,7 16 580 383

Wintergetreide 6; 7; 8; 10; 11 6,4 2,7 18 650 429

a Schätzung: Niederschlag x 0,66 (siehe Text)

Abbildung 2 zeigt die langjährige Kupferbilanz ausgewählter Bewirtschaftungsformen in Bezug auf den

Kupfer-Gesamtgehalts im Boden. Dieser Berechnung liegt eine Bodentiefe (Durchmischungshorizont)

von 30 cm zugrunde.

Abbildung 2: Berechnete langjährige Veränderung des Kupfer-Gesamtgehalts (mg/kg) im Oberbo-den (0 – 30 cm) eines gering (links) bzw. hoch (rechts) belasteten Standorts unter ausgewählten Bewirtschaftungsformen und unter Berücksichtigung mittlerer Boden- und Klimaeigenschaften (die Zahlen stehen für die einzelnen Bewirtschaftungsszenarien).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

Jahre

Cu

ge

s (

mg

/k

g)

1

2

3

4

7, 8, 9, 10

11

5

6

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 20 40 60 80 100

Jahre

Cu

ge

s (

mg

/k

g)

1

34, 5, 6

7, 8, 9, 10

11

2


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Die Bilanzierung über einen längeren Zeitraum von 100 Jahren unter Berücksichtigung mittlerer Bo-

den- und Klimaeigenschaften zeigt das hohe Akkumulationspotential von Kupfer im Boden auf. Im

Besonderen der biologische Wein- und Obstbau führen mit Netto-Einträgen von etwa 3000 g

CU/ha/Jahr (vorwiegend durch den Einsatz von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln) in wenig belas-

teten Böden zu einer deutlichen Zunahme an Kupfer im Oberboden (0 – 30 cm) (5 - 7 mg Cu/kg in 10

Jahren), demgegenüber finden sich konventionelle Bewirtschaftungsformen ohne Kupfereinsatz als

Pflanzenschutzmittel und nur mit geringen Kupferfrachten über Mineraldünger (z.B. konventionelle

Milchviehhaltungsbetrieb oder konventionelle Marktfruchtbetriebe), die mehr oder weniger „Kupfer-

neutral“ agieren (Eintrag gleich Austrag). Auffallend hoch ist die Kupferfracht bei konventioneller

Schweinemast und -zucht mit einem Nettoeintrag bis zu 1000 g Cu/ha und Jahr über die Ausbringung

von kupferbelasteter Schweinegülle, wenn die maximalen Stickstoff-Ausbringungsmengen ausge-

schöpft werden. Dieser Nettoeintrag ist dem des konventionellen Wein- und Obstbaus (Kupfer-

Abschlussspritzungen) durchaus gleichzusetzen und führt in gering belasteten Böden zu einer Zunah-

me von etwa 2 mg Cu/kg in 10 Jahren. In höher belasteten Böden kommt der Austrag von Kupfer

über Verlagerung im Bodenprofil mehr und mehr zu tragen, sodass die Akkumulation von Kupfer bei

gleichbleibendem Eintrag immer langsamer voranschreitet und schließlich ein (theoretisches) „steady-

state“-Niveau erreicht (Eintrag = Austrag). Aus diesem Grund führen Kupfereinträge in höher belaste-

ten Böden zu geringeren Zunahmen an Kupfer (ca. 5 mg Cu/kg in 10 Jahren), während kupferein-

tragsarme Bewirtschaftungsformen schließlich aufgrund höherer Austräge als Einträge zu einer lang-

samen Abnahme des Gesamtkupfers führen.


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Zielsetzung des Projekts II.

Das Ergebnis der EU-Bewertung von Kupferverbindungen im Hinblick auf ihren Einsatz als Pflanzen-

schutzmittel veranlasste die Europäischen Kommission in den Raum zu stellen, Kupferverbindungen

könnten nach Ablauf der bis 30. November 2016 befristeten Genehmigung gemäß VO 1107/2009,

nicht mehr, oder nur mehr in geringem Ausmaß als kupferhaltige Pflanzenschutzmittel in Verkehr ge-

setzt werden.

Bei einem Verzicht auf kupferhaltige Pflanzenschutzmittel wären vor allem bei einer Bewirtschaf-

tungsweise nach Kriterien des biologischen Landbaus hohe Ertrags- und Qualitätsausfälle unvermeid-

bar.

Angesichts dessen wurde das gegenständige Projekt konzipiert mit der Zielsetzung,

- alle landwirtschaftliche Nutzflächen in denen erhöhte Kupfer-Gesamtgehalte durch den Einsatz von

kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln auftreten können, zu identifizieren,

- das Ausmaß der Bodenbelastung mit Kupfer in für die Anwendung von kupferhaltigen Pflanzen-

schutzmitteln relevanten Anbauflächen in Österreich zu erheben,

und

- eine Risikobewertung für das terrestrische Ökosystem durchzuführen,

damit eine Beurteilung über eine mögliche weitere Anwendung von kupferhaltigen Pflanzenschutzmit-

teln erfolgen kann.


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Darstellung der Projektergebnisse III.

III.1 Belastungssituation in österreichischen Böden

III.1.1 Einleitung

Um das Ausmaß der Kupferbelastung in landwirtschaftlichen Nutzflächen in Österreich zu erfassen,

wurde ein mehrstufiges Bodenuntersuchungsprogramm konzipiert.

Zuerst wurde das Ausmaß der Anbauflächen erhoben, in denen kupferhaltige Pflanzenschutzmitteln

zum Einsatz kommen, bzw. früher eingesetzt wurden. In Dauerkulturen werden kupferhaltige Pflan-

zenschutzmittel vorwiegend im Weinbau, Obstbau (Steinobst, Kernobst) und Hopfenbau eingesetzt.

Auf Ackerflächen werden kupferhaltige Pflanzenschutzmittel im Feldgemüsebau, Kartoffelbau, Zucker-

rübenbau und auch im Erdbeerbau verwendet. Ein Überblick über diese Anbauflächen wird anhand

von INVEKOS 2010 Daten gegeben. Mittelfristig wird der Einsatz von kupferhaltigen Pflanzenschutz-

mitteln, mangels wirksamer Alternativen, insbesondere in der biologischen Landwirtschaft von Bedeu-

tung sein. Durch eine Differenzierung der Anbauflächen nach konventioneller und biologischer Bewirt-

schaftungsweise soll eine differenzierte Betrachtung ermöglicht werden.

Zur Auswertung der Kupfer-Gesamtgehalte im Boden wurden vorhandene Datensätze der AGES auf

die Eignung für das Projekt geprüft und gegebenenfalls herangezogen. Der AGES steht ein großer

Datenpool mit Ergebnissen von Bodenuntersuchungen und Messdaten von Kupfer aus den Jahren

1991 bis 2009 zur Verfügung. Weitere Datensätze mit Ergebnissen von Bodenuntersuchungen in Be-

zug auf den Kupfergehalt wurden der AGES im Rahmen einer Evaluierung von ÖPUL Maßnahmen für

das Schutzgut Boden von den Landwirtschaftskammern Steiermark, Burgenland und Kärnten zur Ver-

fügung gestellt.

Insgesamt konnten 25.517 vorhandene Daten aus vergangenen Bodenuntersuchungen für die Aus-

wertung im Rahmen des Projektes herangezogen werden. In erster Linie wurde der Datenpool der

AGES aus den Jahren 1991 bis 2009 verwendet. Die Bodendaten stammten zu 47% (12.099 Proben)

aus dem Weinbau, zu 6% (1.408 Proben) aus dem Obstbau und zu 47% (12.010 Proben) aus dem

Ackerbau, von konventioneller bzw. integrierter Produktion. Die Dateninhaber erklärten sich einver-

standen, dass diese Datensätze im Rahmen des gegenständigen Projekts ausgewertet werden dürfen.

Für die Ermittlung möglicher Unterschiede der Kupfer-Gesamtgehalte im Boden bei konventioneller

und biologischer Bewirtschaftungsweise, wurde im Rahmen des Projekts eine zielgerichtete Beprobung

von biologisch bewirtschafteten Flächen im Weinbau-, Obstbau-, Ackerbau, Zuckerrübenbau- und

Hopfenbau zur Auswertung der Kupfer-Gesamtgehalte im Boden, durchgeführt. Die Beprobung dieser

Flächen wurde in enger Zusammenarbeit mit den Landwirtschaftskammern und mit Unterstützung

durch Bioaustria, abgewickelt.

Insgesamt konnten 674 neue Daten aus vorwiegend biologisch bewirtschafteten Anbauflächen für

Weinbau, Obstbau, Hopfenbau und Ackerbaukulturen für die Auswertung im Rahmen des Projektes


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generiert werden. Die Probenahme in diesen Flächen erfolgte in den Jahren 2010, 2011 und 2012. Die

eingegangenen Proben stammen zu 34% (232 Proben) aus dem Ackerbau, 25% (168 Proben) aus

dem Obstbau und zu 31% (209 Proben) aus dem Weinbau. Des Weiteren wurden auch 65 Proben

(10%) aus dem Hopfenbau analysiert.

III.1.2 Material und Methoden

III.1.2.1 Auswahlstrategie und Feldzugang

Von allen Datenquellen wurden jene Proben herangezogen, die aus dem Oberboden (0-25 cm) stam-

men. Sämtliche vorliegenden Daten zum Kupfergehalt im Boden wurden den Anbaugebieten zugeord-

net. Je nach Nutzungsform erfolgte die am besten geeignete regionale Zuordnung der Daten, entwe-

der nach Bundesland oder nach Produktionsgebiet (Haupt- und Kleinproduktionsgebiet, Weinbauge-

biet, etc.).

Landwirte und Landwirtinnen in den entsprechenden österreichischen Produktionsgebieten für Wein-

bau, Obstbau (Kernobst, Steinobst), Ackerbau (insbesondere für Feldgemüsebau, Kartoffelbau, Erd-

beerbau), Zuckerrüben- und Hopfenbau wurden ab Mitte März 2010 im Rahmen von Beratungstätig-

keiten und -veranstaltungen der Landwirtschaftskammern, bzw. durch Postwurfsendungen von Bio-

austria über die Bodenuntersuchung im Rahmen des Kupferprojekts informiert und angehalten, sich

an diesem Programm zu beteiligen.

III.1.2.2 Erhebungsbogen

Als Anleitung für die Durchführung der Probenahme wurde den Landwirte und Landwirtinnen ein Leit-

faden zu Probenahmen zur Verfügung gestellt. Für die Probenahme im Rahmen dieses Projekts wurde

festgelegt, Bodenproben in Form von Mischproben aus dem Oberboden zu entnehmen. (Vgl. Anleitung

siehe Anhang VI)

Jeder Bodenprobe war ein standardisierter Erhebungsbogen für Bodenuntersuchungen beilzulegen.

Der standardisierte Erhebungsbogen wurde mit Fragen zur Historie von Kupfereinträgen, Angaben zur

derzeitigen Kultur, zur Dauer der Bewirtschaftung mit der Kultur, zur Nutzung vor der aktuellen Kultur,

bzw. Angaben zur Fruchtfolge, sowie zu sonstigen Informationen über die Bewirtschaftung der Fläche

ergänzt (Erhebungsbogen siehe Anhang V).

Die Erhebungsbögen für Dauerkulturen und Ackerkulturen waren jeweils unterschiedlich gestaltet.

Bei der Beprobung in Dauerkulturflächen wurde im Erhebungsbogen nach der derzeitigen Kultur auf

der Fläche, der Dauer der Bewirtschaftung mit der Kultur (Wein, Obst), der Nutzung davor, dem Um-

stellungsjahr auf biologische Wirtschaftsweise, der Größe der Fläche und nach sonstige Angaben zur

Bewirtschaftung, wie Ausbringung von Urgesteinsmehl, Stallmist (Rinder-, Hühner-, Schweinemist)

und/oder Gülle mit Mengenangabe pro Jahr, gefragt.


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Bei der Beprobung in Ackerbauflächen (Feldgemüse, Kartoffeln, Erdbeeren, Zuckerrüben) wurde im

Erhebungsbogen nach der aktuell anzubauenden Kultur, dem prozentuellen Anteil von Feldgemüse,

Kartoffeln oder Erdbeeren an der Fruchtfolge, sowie ebenso nach dem Umstellungsjahr auf biologi-

sche Wirtschaftsweise, der Größe der Fläche, und nach eventuelle sonstige Angaben zur Bewirtschaf-

tung, wie der Ausbringung von Urgesteinsmehl, Stallmist (Rinder-, Hühner-, Schweinemist) und/oder

Gülle mit Mengenangabe pro Jahr, gefragt.

Um eine möglichst breite Streuung bei der Bodenuntersuchungsaktion zu erreichen wurde die Begren-

zung vorgegeben, pro Betrieb nur einen Erhebungsbogen für 3 Bodenproben entgegen zu nehmen.

III.1.2.3 Auswertung der Daten

Zur Untersuchung der einzelnen Bodenproben wurden folgende Analysen durchgeführt:

Grunduntersuchung mit Bestimmung von pH-Wert, pflanzenverfügbarem Phosphor und Kali-

um nach der Calcium-Acetat-Lactat-Methode (ÖNORM L 1087)

Bestimmung vom Humusgehalt (ÖNORM L 1080)

Bestimmung des Gehalts der pflanzenverfügbaren Spurennährstoffe (Kupfer) im EDTA- Aus-

zug (ÖNORM L 1089)

Im Allgemeinen beziehen sich Richtwerte für Schwermetalle, wie z.B. Kupfer, auf die in Königswasser

löslichen Gesamtgehalte (CuKW). Auch die Richtwerte in der ÖNORM L1075 auf den Kupfer-

Gesamtgehalt im Königswasser (CuKW)1 bezogen. Ebenso beziehen sich die Effektstudien von Kupfer

auf Bodenorganismen jeweils auf den Kupfer-Gesamtgehalt im Boden.

In Österreich wird der im Königswasser lösliche Gehalt von Kupfer in Routinebodenproben selten ge-

messen, in der Regel wird der Kupfergehalt im EDTA Extrakt ermittelt. So ist beispielsweise auch in

den Richtlinien für die sachgerechte Düngung (BMLFUW, 2006) zur Einstufung der Pflanzenverfügbar-

keit von Kupfer seit Jahrzehnten in Österreich die Extraktion in EDTA vorgesehen. Folglich liegen die

allermeisten verfügbaren Daten zu Kupfer von Praxisflächen im EDTA-Auszug vor.

Im Rahmen des gegenständigen Projekts wurden verschiedene Untersuchungsmethoden miteinander

verglichen. Anhand einer linearen Regressionsanalyse wurde eine hohe Korrelation zwischen CuEDTA

und CuKW festgestellt. Die Ergebnisse sind in Anhang IV zusammengefasst.

Aufgrund der hohen Korrelation zwischen CuEDTA und CuKW erscheint es zulässig, mit einem Faktor

von 1,84 von CuEDTA -Gehalten auf CuKW -Gehalte umzurechnen (Bestimmtheitsmaß = 0,85). Folglich

wurde in diesem Projekt in allen Bodenproben der Kupfergehalt im EDTA-Auszug gemessen. Für die

Auswertung wurden alle Messwerte für CuEDTA anhand der Gleichung CuKW = CuEDTA*1,8436 auf den

Kupfer-Gesamtgehalt umgerechnet.

1 Säureaufschluss gemäß ÖNORM L1085


Abschlussbericht


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Dezember 2012

III.1.3 Ergebnisse und Diskussion

III.1.3.1 Überblick Anbauflächen

III.1.3.1.1 Weinbau

Im Jahr 2010 wurden in Österreich insgesamt 41.448 ha weinbaulich genutzt. Die Weinbauflächen

liegen hauptsächlich in den drei Bundesländern Niederösterreich, Burgenland und Steiermark.

Tabelle 9: Weinbauflächen (in ha) nach Bundesländern

Weinbauflächen (in ha)

gesamt biologisch Bio-Anteil

Niederösterreich 25.289 2.043 8,1%

Burgenland 11.615 1.522 13,1%

Steiermark 4.056 225 5,6%

Wien 437 59 13,4%

Kärnten 25 7 27,3%

Oberösterreich 21 5 24,4%

Vorarlberg 4 3 71,7%

Österreich 41.448 3.863 9,3%

Quelle: INVEKOS Daten 2010

Das größte Weinbaugebiet ist das Weinviertel mit 13.725 ha in Niederösterreich. Das zweitgrößte

Weinbaugebiet liegt mit 6.802 ha im Burgenland um den Neusiedlersee. Diese zwei Weinbaugebiete

sind auch die zwei größten im biologischen Weinbau und decken 58% der biologischen Weinbaufläche

in Österreich ab. In ganz Österreich werden 3.863 ha von geförderten Biobetrieben bewirtschaftet.

Der Anteil der biologisch bewirtschafteten Flächen an allen Weinbauflächen beträgt in Niederösterreich

8%, im Burgenland 13% und in der Steiermark 6%. In ganz Österreich werden 9.3% der Weinbauflä-

chen biologisch bewirtschaftet.

Tabelle 10: Weinbauflächen nach Weinbaugebieten

Weinbaufläche gesamt Weinbaufläche biologisch

Bundesland Weinbaugebiete in ha in % in ha in %

Niederösterreich Weinviertel 13.725 33,1% 1.172 30,3%

Burgenland Neusiedlersee 6.802 16,4% 1.056 27,3%

Niederösterreich Kamptal 3.355 8,1% 268 6,9%

Burgenland Neusiedlersee-Hügelland 2.668 6,4% 311 8,0%

Steiermark Südsteiermark 2.332 5,6% 101 2,6%

Niederösterreich Wagram 2.318 5,6% 209 5,4%

Niederösterreich Kremstal 1.890 4,6% 92 2,4%

Burgenland Mittelburgenland 1.883 4,5% 128 3,3%

Niederösterreich Thermenregion 1.611 3,9% 197 5,1%

Steiermark Südoststeiermark 1.240 3,0% 84 2,2%

Niederösterreich Wachau 952 2,3% 38 1,0%

Niederösterreich Carnuntum 822 2,0% 53 1,4%

Niederösterreich Traisental 616 1,5% 14 0,4%

Steiermark Weststeiermark 484 1,2% 41 1,1%

Wien Wien 437 1,1% 59 1,5%

Burgenland Südburgenland 262 0,6% 27 0,7%


Abschlussbericht


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Weinbaufläche gesamt Weinbaufläche biologisch

Bundesland Weinbaugebiete in ha in % in ha in %

Übrige Bundesländer 51 0,1% 15 0,4%

Österreich 2010 41.448 100,0% 3.863 100,0%


III.1.3.1.2 Obstbau

Im Jahr 2010 wurden in Österreich insgesamt 13.959 ha für den Obstbau genutzt. Die meisten Obst-

gärten, bzw. Obstbauflächen liegen in der Steiermark und in Oberösterreich.

In ganz Österreich werden 16% der Obstbauflächen biologisch bewirtschaftet. Der Anteil der geför-

derten Bioflächen an allen Obstbauflächen ist in Niederösterreich mit 31% am höchsten. In der Stei-

ermark beträgt der Anteil der Bioflächen 12%, im Burgenland 24% und in Oberösterreich 17%.

Tabelle 11: Obstbauflächen (in ha) nach Bundesländern

Obstbauflächen (in ha)


Steiermark 9.183 1.085 11,8%

Niederösterreich 1.947 605 31,1%

Burgenland 945 229 24,2%


Tirol 189 26 13,7%

Kärnten 80 23 28,5%


Wien 31 0 1,6%

Salzburg 13 7 50,5%

Österreich 13.172 2.107 16,0%


Die größten Flächen im Obstbau werden für die Produktion von Äpfeln genutzt. Es gab im Jahr 2010

in Österreich 7.916 ha Apfelanlagen. Das sind 57% der gesamten Obstbaufläche. Auf 61% aller Obst-

bauflächen wird Kernobst produziert (v.a. Äpfel), auf 11% Steinobst, auf 11% Holunder und auf 4 %

der Flächen Beerenobst.

Tabelle 12: Obstbauflächen 2010 nach Kultur

Flächen von Obstanlagen in ha in %

Kernobst 8.473 60,7%

Tafeläpfel 7.916 56,7%

Tafelbirnen 535 3,8%

Quitten 22 0,2%

Steinobst 1.509 10,8%

Weichseln 33 0,2%

Kirschen 240 1,7%

Marillen 709 5,1%

Pfirsiche 211 1,5%

Zwetschken 308 2,2%

Nektarinen 2 0,0%


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Flächen von Obstanlagen in ha in %

Pflaumen 5 0,0%

Schalenfrüchte (Walnüsse, Haselnüsse,…) 302 2,2%

Strauchbeeren 589 4,2%

Holunder 1.512 10,8%

Sonstiges 787 5,6%

Edelkastanien 19 0,1%

Hopfen 242 1,7%

Obst/Hopfen Bodengesundung 224 1,6%

Nicht IP - fähiges Obst 74 0,5%

Sonstige Spezialkulturflächen 228 1,6%

Obstanlagen gesamt 13.959 100,0%


III.1.3.1.3 Hopfenbau

Im Jahr 2010 wurden in Österreich insgesamt 242 ha für den Hopfenbau genutzt. Davon werden 22

ha biologisch bewirtschaftet, das sind 9,1%. Die meisten Hopfenbauflächen mit 132 ha befinden sich

im Mühlviertel (OÖ), wo auch die 22 ha biologisch bewirtschafteten Hopfenbauflächen liegen.

Tabelle 13: Hopfenbau (in ha) nach Bundesländern

Hopfen (in ha)


Niederösterreich 19 0,0%


Steiermark 91 0,0%

Österreich 242 22 9,1%


III.1.3.1.4 Ackerbau

Im Jahr 2010 wurden in Österreich insgesamt 1.363.537 ha Ackerbauflächen bewirtschaftet. In ganz

Österreich werden 13,9% (189.123 ha) der Ackerbauflächen biologisch bewirtschaftet. Der Anteil der

biologisch bewirtschafteten Flächen an der gesamten Ackerbauflächen ist im Burgenland mit 25% am

höchsten und beträgt in Niederösterreich 14%, in Oberösterreich 9% und in der Steiermark 8%.

Tabelle 14: Ackerbauflächen (in ha) nach Bundesländern

Ackerland (in ha)



Oberösterreich 293.493 27.458 9,4%

Burgenland 160.060 40.314 25,2%

Steiermark 137.012 10.711 7,8%

Kärnten 62.820 8.977 14,3%

Tirol 8.737 1.129 12,9%

Salzburg 5.546 2.183 39,4%

Wien 4.117 1.411 34,3%

Vorarlberg 2.944 241 8,2%


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Ackerland (in ha)


Österreich 1.363.537 189.123 13,9%


Die für das Projekt relevanten Anbauflächen für Feldfrüchte wie Kartoffel, Feldgemüse, Zuckerrüben

und Erdbeeren bei konventioneller Bewirtschaftungsweise bzw. integrierter Produktion machen nur

6% der gesamten Ackerfläche aus. Die sonstigen Feldfrüchte sind Getreide, Feldfutterbau, Ölfrüchte,

sonstige Ackerfrüchte und Brachland.

Die Anbauflächen für Kartoffel, Feldgemüse, Zuckerrüben und Erdbeeren nach Bundesländern sind in

folgender Tabelle dargestellt:

Tabelle 15: Anbau auf dem Ackerland nach Bundesländern

Ackerflächen in ha (2010)

Erdäpfel Zucker-rüben

Feldge-müse

Erd-beeren

Sonstiges Ackerflächen gesamt

Niederöster-reich

17.531 34.330 7.964 457 628.507 688.807

Oberöster-reich

1.867 5.838 1.264 391 284.000 293.493

Burgenland 863 4.145 1.206 65 153.780 160.060

Steiermark 701 235 588 182 135.215 137.012

Kärnten 372 15 105 81 62.247 62.820

Tirol 408 463 19 7.847 8.737

Salzburg 109 43 0 5.394 5.546

Wien 82 278 316 22 3.419 4.117

Vorarlberg 40 37 7 2.861 2.944

Österreich 21.973 44.841 11.986 1.223 1.283.271 1.363.537

Österreich (%) 1,61% 3,29% 0,88% 0,09% 94,11%


In Bezug auf biologische Bewirtschaftungsweise machen die Anbauflächen für Feldfrüchte wie Kartof-

fel, Feldgemüse, Zuckerrüben und Erdbeeren nur 3% der gesamten biologisch bewirtschafteten Acker-

fläche aus. Die biologisch bewirtschafteten Flächen für diese Feldfrüchte sind in der folgenden Tabelle

nach Bundesländern dargestellt:

Tabelle 16: Anbau auf biologisch bewirtschafteten Ackerbauflächen nach Bundesländern

Biologisch bewirtschaftete Ackerflächen in ha (2010)

Erdäpfel Zucker- rüben

Feldge-müse

Erd-beeren

Sonstig-es

Bio-Acker flächen gesamt

Niederöster-reich

2.332 852 1.143 25 92.344 96.697

Burgenland 134 133 258 12 39.777 40.314

Oberösterreich 351 16 235 8 26.826 27.458

Steiermark 38 106 5 10.562 10.711

Kärnten 33 11 4 8.930 8.977

Salzburg 65 14 0 2.105 2.183


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Biologisch bewirtschaftete Ackerflächen in ha (2010)

Erdäpfel Zucker- rüben

Feldge-müse

Erd-beeren

Sonstig-es

Bio-Acker flächen gesamt

Wien 54 7 62 13 1.275 1.411

Tirol 40 0 157 3 929 1.129

Vorarlberg 6 12 1 222 241

Österreich 3.053 1.009 1.998 71 182.970 189.123

Österreich (%) 1,61% 0,53% 1,06% 0,04% 96,75%


In den folgenden 4 Tabellen erfolgt noch einmal eine Darstellung der Anteile der biologisch bewirt-

schafteten Flächen für die Feldfrüchte Zuckerrüben, Kartoffel, Feldgemüse und Erdbeeren an der ge-

samten Anbaufläche dieser Kulturen nach Bundesland.

Im Jahr 2010 war von den im Projekt relevanten Feldfrüchten die Anbaufläche für Zuckerrüben am

größten, aber der Anteil der biologischen bewirtschafteten Flächen mit 2,2% am geringsten.

Tabelle 17: Zuckerrübenbau (in ha) nach Bundesländern

Zuckerrüben (in ha)


Niederösterreich 34.330 852 2,5%

Oberösterreich 5.838 16 0,3%

Burgenland 4.145 133 3,2%

Steiermark 235 0,0%

Kärnten 15 0,0%

Wien 278 7 2,6%

Österreich 44.841 1.009 2,2%


Im Jahr 2010 wurden in Österreich 21.973 ha Kartoffel angebaut. Kartoffelbau erfolgt zu 13,9 % mit

biologischer Bewirtschaftungsweise.

Tabelle 18: Kartoffelbau (in ha) nach Bundesländern

Kartoffel (in ha)





Steiermark 701 38 5,4%

Kärnten 372 33 8,9%

Tirol 408 40 9,9%

Salzburg 109 65 59,4%

Wien 82 54 65,9%


Österreich 21.973 3.053 13,9%



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Im Jahr 2010 wurden in Österreich 11.986 ha Feldgemüse angebaut. Feldgemüsebau erfolgt zu

16,7% mit biologischer Bewirtschaftungsweise.

Tabelle 19: Feldgemüsebau (in ha) nach Bundesländern

Feldgemüse (in ha)




Burgenland 1.206 258 21,4%


Kärnten 105 11 10,2%

Tirol 463 157 33,9%

Salzburg 43 14 31,7%

Wien 316 62 19,6%


Österreich 11.986 1.998 16,7%


Im Jahr 2010 wurden auf 1.223 ha Erdbeeren kultiviert. Biologische Bewirtschaftungsweise im Erd-

beerbau erfolgte auf 5,8% der Flächen.

Tabelle 20: Erdbeerbau (in ha) nach Bundesländern

Erdbeeren (in ha)


Niederösterreich 457 25 5,5%




Kärnten 81 4 5,1%

Tirol 19 3 14,5%

Wien 22 13 58,6%

Vorarlberg 7 1 7,8%

Österreich 1.223 71 5,8%



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III.1.3.2 Überblick Bodendaten für die Auswertung nach Kupfer-Gesamtgehalten

Im Rahmen des Projekts wurden zur Ermittlung der Kupfer-Gesamtgehalte 209 Proben aus biologisch

bewirtschafteten Weinbauflächen eingeholt.

Aus biologisch bewirtschafteten Obstbauflächen sind 168 Proben für die Auswertung der Kupfer-

Gesamtgehalte eingegangen.

Aus biologisch bewirtschafteten Hopfenanbauflächen wurden 4 Bodenproben zur Verfügung gestellt.

Für die Auswertung der Kupfer-Gesamtgehalte in biologisch bewirtschafteten Ackerbauflächen wurden

232 Bodenproben zur Verfügung gestellt.

In der folgenden Tabelle wird ein Überblick über die Probenanzahl aus Flächen mit biologischer Be-

wirtschaftungsweise gegeben.

Tabelle 21 Probenanzahl aus biologischer Bewirtschaftungsweise

Biologische Flächenbewirtschaftung Anzahl Proben

Nutzungsart Fläche in ha 2010 2011 2012 Gesamt

Weinbau 3.863 209 - - 209

Obstbau 2.107 158 10 - 168

Hopfenbau 22 - - 4 4

Ackerbau 189.123 90 68 74 232

In Bezug auf Kupfer-Gesamtgehalte in Oberböden (0-25 cm) in österreichischen Weinbauflächen lie-

gen insgesamt 12.099 Ergebnisse aus den Bodenuntersuchungen von 1991 bis 2009 vor.

Für die Auswertung der Kupfer-Gesamtgehalte in österreichischen Obstbauflächen konnten insgesamt

1.408 Proben ausgewertet werden. Hiervon sind 1.177 Bodenuntersuchungsergebnisse aus den Jah-

ren 1999 bis 2009 von der Landwirtschaftskammer Steiermark zur Verfügung gestellt worden. Weiter

Proben österreichischen Obstbauflächen wurden von der Landwirtschaftskammer Burgenland zur Ver-

fügung gestellt, bzw. stammen aus dem AGES Datenpool.

Im Jahr 2012 wurden der AGES im Rahmen des Projekts 61 Bodenproben aus Hopfenanbauflächen

zur Verfügung gestellt, die zur Bestimmung der Kupfer-Gesamtgehalte herangezogen werden konn-

ten.

Für die Auswertung der Kupfer-Gesamtgehalte in österreichischen Ackerbauflächen wurden 9.955

Bodenuntersuchungsergebnisse aus Oberböden von 1991 bis 2009 aus dem AGES Datenpool heran-

gezogen. Aus den Jahren 1999 bis 2008 gibt es von der Landwirtschaftskammer Steiermark weitere

1.921 Bodenuntersuchungsergebnisse von Ackerbauflächen, von den Landwirtschaftskammern Kärn-

ten und Burgenland gibt es ebenfalls 194 Bodenuntersuchungsergebnisse. Daher ist es möglich den

Kupfer-Gesamtgehalt der österreichischen Ackerflächen mit Daten von 12.010 Bodenuntersuchungs-

ergebnissen zu belegen.


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In der folgenden Tabelle wird ein Überblick über die Probenanzahl aus Flächen mit integrierter, bzw.

konventioneller Bewirtschaftungsweise gegeben.

Tabelle 22: Probenanzahl aus integrierter, bzw. konventioneller Bewirtschaftungsweise

Konventionelle Flächenbewirtschaftung , bzw. integrierte Produktion

Anzahl der Proben

Nutzungsart Fläche in ha 1991-1994

1995-1999

2000-2004

2005-2009

2012 Gesamt

Weinbau 414.478 1.135 4.030 4.849 2.085 - 12.099

Obstbau 13.172 - 3 739 666 - 1.408

Hopfenbau 242 - - - - 61 61

Ackerbau 1.363.537 4.979 2.544 2.793 1.694 - 12.010


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III.1.3.3 Auswertung der Bodendaten nach Kupfer-Gesamtgehalten

Die Auswertung der Kupfer-Gesamtgehalte für Weinbau-, Obstbau- und für Ackerbauflächen erfolgte

differenziert nach konventioneller und biologischer Bewirtschaftungsweise. Allen Flächenangaben in

den graphischen Darstellungen die INVEKOS Daten aus dem Jahr 2010 zugrunde.

III.1.3.3.1 Auswertung Bodendaten Weinbau

In Tabelle 23 sind mehr als 12.000 Kupfer-Bodendaten gruppiert nach Weinbaugebieten aus den letz-

ten 20 Jahren zusammengefasst. Die Proben stammen zur Gänze von konventionell bzw. integriert

wirtschaftenden Betrieben. Unter der Annahme eines nur geringen Kupfereinsatz von bis zu 1 kg

Reinkupfer/ha und Jahr ist es nur zu geringen Kupferanreicherungen seither gekommen (bis max. 4

mg/kg), sodass die Daten die aktuellen Bereiche der Kupfer-Gesamtgehalte im österreichischen Wein-

bau repräsentieren.

Eine Übersicht der Bundesländer zeigt die höchsten Kupfer-Gesamtgehalte in Niederösterreich. (Medi-

an knapp 50 mg/kg), gefolgt vom Burgenland (Median über 30 mg/kg). In den Weingärten der Stei-

ermark liegt der Median mit 17 mg Cu/kg im Bereich der unbelasteten Gehalte, nur ein geringer Anteil

der Standorte weist erhöhte Werte auf. In Kärnten befindet sich der Weinbau erst in der Aufbauphase,

daher sind keine erhöhten Kupfer-Gesamtgehalte gemessen worden.

Tabelle 23: Weinbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesländern

Bundesland Kupfer-Gesamtgehalt (mg/kg)

Anzahl Proben

Mini mum

0.25-Quantil

Median 0.75-Quantil

0.95-Quantil

Maxi mum

Mittel wert

Burgenland 1.881 0,9 15,7 31,3 70,6 141,2 260,1 49,1

Kärnten 60 3,2 7,0 9,6 12,9 16,1 102,2 11,5

Niederösterreich 9.046 0,9 26,7 49,8 89,4 181,0 887,9 66,7

Oberösterreich1 12 5,3 22,1 64,4 115,5 159,7 159,7 71,2

Salzburg1 2 7,2 7,2 7,3 7,4 7,4 7,4 7,3

Steiermark 1.098 0,9 8,7 17,0 35,4 89,0 440,2 28,7

Summe 12.099 1 Anzahl der Proben zu gering

Nach den Bodenzustandsinventuren der Bundesländer liegen die mittleren Kupfer-Gesamtgehalte im

Oberboden bei Grünland-- bzw. Ackernutzung um 20 – 27 mg/kg. In diesem Kupfer-

Gesamtgehaltsbereich befinden sich nur wenige Weinbaugebiete: Kärnten, die drei Weinbaugebiete

der Steiermark, das Mittelburgenland und Neusiedlersee. In allen weiteren Weinbaugebieten liegen die

Mediane der Kupfer-Gesamtgehalte höher: Geringfügig höher im Südburgenland, Weinbaugebiet

Carnuntum und Weinviertel mit Medianen zwischen 30 – 50 mg Cu/kg, deutlich höher in Wien und im

Traisental mit mittleren Werten zw. 50 – 60 mg/kg. Die höchsten Kupfer-Gesamtgehalte liegen in der

Wachau (Median 84 mg/kg), gefolgt von Kamptal, der Thermenregion, Neusiedler See-Hügelland,

Kremstal und Wagram (60 – 70 mg/kg). Hinzuweisen ist weiters auf die große Streuung der Kupfer-


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werte. Da weitere Angaben zur konkreten Nutzungsdauer, zum Kupfereinsatz sowie zur Entfernung

zur Kellerwirtschaft fehlen, sind aus den Daten keine kausalen Zusammenhänge ableitbar. Um Gehalte

über 230 mg Cu/kg zu erreichen, dürften in Summe über Jahrzehnte um 900 kg Cu/ha über kupferhal-

tige PSM appliziert worden sein, das heißt also jährliche Einträge um 30 kg Cu/ha.

Tabelle 24: Weinbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Weinbaugebieten

Weinbaugebiet Kupfer-Gesamtgehalt (mg/kg)

Anzahl Proben

Mini mum

0.25-Quantil

Me-dian

0.75-Quantil

0.95-Quantil

Maxi mum

Mittel wert

1 Wachau 510 2,2 33,8 84,1 171,5 283,0 482,7 110,0

2 Kremstal 748 2,8 29,5 61,4 123,5 202,1 348,1 82,2

3 Kamptal 961 2,4 36,5 69,0 116,5 200,2 442,7 83,8

4 Traisental 463 0,9 27,3 50,6 108,6 190,3 302,7 72,4

5 Wagram 787 2,4 32,1 60,4 113,4 225,3 887,9 82,6

6 Weinviertel 3.960 0,9 24,3 41,6 68,2 121,7 831,1 50,7

7 Carnuntum 497 0,9 16,6 30,3 52,4 114,2 278,0 40,3

8 Thermenregion 1.029 0,9 34,1 68,2 111,5 179,2 306,0 78,2

9 Neusiedlersee 1.415 0,9 15,0 27,7 61,3 130,9 246,5 44,2

10 Neusiedlersee-Hügelland

281 5,5 33,0 66,0 111,9 181,4 260,1 76,3

11 Mittelburgenland 86 1,8 13,6 25,4 36,1 129,1 173,3 35,4

12 Südburgenland 99 0,9 9,2 35,0 99,6 160,4 259,9 54,6

13 Wien 91 8,5 26,5 54,9 83,5 138,8 169,1 59,5

14 Südoststeiermark 405 0,9 7,9 14,2 36,0 112,3 210,2 29,2

15 Südsteiermark 543 0,9 9,0 17,3 32,3 76,5 224,2 25,4

16 Weststeiermark 150 0,9 11,6 22,8 44,2 139,7 440,2 39,5

18 Oberösterreich1 12 5,3 22,1 64,4 115,5 159,7 159,7 71,2

19 Kärnten 60 3,2 7,0 9,6 12,9 16,1 102,2 11,5

20 Salzburg1 2 7,2 7,2 7,3 7,4 7,4 7,4 7,3


Trotz der geringeren Probenzahl von biologisch bewirtschafteten Weinbauflächen decken sich die Kup-

fer-Gesamtgehalte weitgehend mit denen der konventionell bewirtschafteten Flächen.

Die höchsten Kupfer-Gesamtgehalte liegen in den Weinbaugebieten Wachau, Kremstal, Thermenregi-

on und Kamptal vor, die niedrigeren in den steirischen Weinbaugebieten, im Weinbaugebiet Neusied-

ler See und Carnuntum. Dementsprechend findet sich auch auf Ebene der Bundesländer vergleichbare

Kupfer-Gesamtgehalte bei den konventionellen und biologisch geführten Flächen: Niederösterreich mit

dem Median von 55 mg/kg, Burgenland mit 36 mg/kg und Steiermark mit 30 mg/kg.


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Tabelle 25: Weinbau biologisch – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesländern

Kupfer-Gesamtgehalte (mg/kg)

Bundesland Anzahl Proben

Mini mum

0.25-Quantil

Me-dian

0.75-Quantil

0.95-Quantil

Maxi mum

Mittel wert

Niederösterreich 117 7,7 36,0 55,0 84,9 188,2 322,1 70,4

Burgenland 68 5,0 20,5 36,1 90,3 162,6 300,0 58,8

Steiermark 24 9,7 16,8 29,9 50,5 113,2 135,1 43,5

Summe 209

Tabelle 26: Weinbau biologisch – Kupfer-Gesamtgehalte nach Weinbaugebieten

Kupfer-Gesamtgehalt (mg/kg)

Weinbaugebiet Anzahl Proben

Mini mum

0.25-Quantil

Me-dian

0.75-Quantil

0.95-Quantil

Maxi mum

Mittel wert

1 Wachau 7 64,3 94,3 128,2 236,3 322,1 322,1 159,9

2 Kremstal 12 10,3 26,7 89,2 129,9 208,1 208,1 91,0

3 Kamptal 12 7,7 35,4 68,3 106,9 249,3 249,3 86,0

4 Traisental 2 31,7 31,7 39,6 47,4 47,4 47,4 39,6

5 Wagram 9 11,1 28,0 52,4 66,6 148,6 148,6 55,2

6 Weinviertel 66 10,3 37,3 52,0 76,7 118,6 183,2 59,5

7 Carnuntum 4 22,3 23,2 25,8 34,9 42,2 42,2 29,1

8 Thermenregion 5 41,8 45,4 75,9 96,6 120,9 120,9 76,1

9 Neusiedlersee 34 5,0 19,4 28,9 83,6 161,0 179,5 50,9

10 Neusiedlersee-Hügelland

7 26,0 35,8 45,4 91,9 125,8 125,8 62,8

11 Mittelburgen-land

22 13,1 22,4 36,6 92,8 162,6 300,0 69,1

12 Südburgenland 5 10,9 11,1 38,4 58,7 187,1 187,1 61,3

14 Südoststeier-mark

12 9,7 16,8 26,1 43,6 113,2 113,2 38,5

15 Südsteiermark 1 39,4 39,4 39,4 39,4 39,4 39,4 39,4

16 Weststeiermark 11 10,4 15,8 30,8 81,7 135,1 135,1 49,3

Summe 209

Es folgt eine grafische Darstellung der Kupfer-Gesamtgehalte im Boden in den österreichischen Wein-

baugebieten. Die Größe der einzelnen Kreisdiagramme ist von der mit einer Probe erfassten Fläche

(Kenngröße = ha/Probe) abhängig.

In den traditionellen Weinbaugebieten Wachau, Kremstal, Kamptal, Wagram, Traisental und in der

Thermenregion befinden sich die am stärksten mit Kupfer belasteten Böden bei konventioneller Be-

wirtschaftungsweise. Mehr als 50% der Weinbaustandorte weisen Kupfer-Gesamtgehalte über 60

mg/kg auf und mehr als 10% der Flächen Gehalte über 150 mg/kg.

Die Auswertung der Bodenproben aus biologisch bewirtschafteten Weinbauflächen zeigt ebenfalls in

den alten Weinbaugebieten Wachau, Kremstal und Kamptal die stärkste Belastung mit Kupfer.


Abschlussbericht


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Dezember 2012

Abbildung 3: Weinbau – Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Weinbaugebieten

Abbildung 4: Weinbau biologisch – Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Weinbaugebieten


Abschlussbericht


45 von 126

Dezember 2012

III.1.3.3.2 Auswertung Bodendaten Obstbau

In den nachfolgenden Tabellen sind die Kupfer-Gesamtgehalte zuerst nach Bundesland und dann nach

Hauptproduktionsgebiet dargestellt. Die Kupfer-Gesamtgehalte in Obstbauflächen weisen ein Median

im Bereich der natürlichen Gehalte auf, nur auf einem geringen Anteil der Standorte um 5% sind Kup-

fer-Anreicherungen im Boden ersichtlich mit Gehalten 35 – 60 mg/kg. Die im Obstbau stattgefunde-

nen Kupfereinträge waren jedoch im Vergleich zum Weinbau wesentlich geringer und seltener. Das

hängt auch damit zusammen, dass der Erwerbsobstbau sich erst in den letzten Jahrzehnten entwickelt

hat, als neben Kupfer bereits andere Fungizide verfügbar waren.

Tabelle 27: Obstbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesländern

Bundesland Kupfer-Gesamtgehalt (mg/kg)

Anzahl Proben

Mini mum

0.25-Quantil

Medi-an

0.75-Quantil

0.95-Quantil

Maxi mum

Mittel wert

Burgenland 45 3,7 6,3 7,6 12,0 31,3 106,9 12,4

Kärnten 7 7,6 8,9 9,5 15,3 33,6 33,6 13,7


Oberösterreich 115 5,5 14,5 20,5 28,5 61,5 173,3 26,2

Steiermark 1.177 0,9 8,3 12,0 19,5 47,9 533,7 17,6

Summe 1.408

Tabelle 28: Obstbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten


Hauptproduktionsgebiet Anzahl Proben

Mini mum

0.25-Quanti

l

Medi-an

0.75-Quanti

l

0.95-Quanti

l

Maxi mum

Mittel wert

2 Voralpen 8 8,8 11,3 26,0 32,8 35,1 35,1 23,0

3 Alpenostrand 182 0,9 8,7 12,1 17,0 28,9 131,4 14,6

4 Wald- und Mühlviertel 7 5,3 6,3 8,7 16,0 35,4 35,4 13,2

5 Kärntner Becken 4 8,9 10,4 13,6 24,5 33,6 33,6 17,4

6 Alpenvorland 114 5,5 14,1 19,3 26,4 61,5 173,3 25,6

7 Südöstliches Flach- und Hügelland

1.029 0,9 8,1 11,6 19,9 49,2 533,7 17,8

8 Nordöstliches Flach- und Hügelland

64 4,6 7,6 10,0 15,1 41,3 251,0 19,6

Summe 1.408

Auch die Kupfer-Gesamtgehalte in biologisch bewirtschafteten Obstbauflächen liegen größtenteils auf

dem Niveau der natürlichen Gehalte, nur in Niederösterreich und in der Steiermark liegen höhere Kup-

fer-Gesamtgehalte oberhalb der 95% Perzentile vor.

Tabelle 29: Obstbau biologisch – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesländern



Mini mum

0.25-Quantil

Medi-an

0.75-Quantil

0.95-Quantil

Maxi mum

Mittel wert

Burgenland 3 9,4 9,4 12,6 12,9 12,9 12,9 11,6


Oberösterreich 8 7,5 9,3 12,0 14,7 15,6 15,6 11,9

Steiermark 101 6,7 14,3 19,7 31,5 47,0 84,2 24,1

Summe 168


Abschlussbericht


46 von 126

Dezember 2012

Tabelle 30: Obstbau biologisch – Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten


Hauptproduktionsge-biet

Anzahl Proben

Mini mum

0.25-Quantil

Me-dian

0.75-Quantil

0.95-Quantil

Maxi mum

Mittel wert

2 Voralpen 3 8,3 8,3 10,5 15,3 15,3 15,3 11,3

3 Alpenostrand 17 14,3 18,7 25,0 33,4 80,4 80,4 29,2


6 Alpenvorland 45 5,6 10,1 14,0 19,1 28,4 35,2 15,4


84 6,7 13,5 19,4 29,5 43,6 84,2 23,1


14 9,4 16,3 21,6 27,7 63,6 63,6 26,9

Summe 168

In der Folge sind die Kupfer-Gesamtgehalte der Obstbauflächen in den Hauptproduktionsgebieten

grafisch veranschaulicht. Die Größe der einzelnen Kreisdiagramme ist von der mit einer Probe erfass-

ten Fläche (Kenngröße = ha/Probe) abhängig.

Die Obstbaugebiete liegen zum Großteil in den vier Hauptproduktionsgebieten „Südöstliches Flach-

und Hügelland“, „Nordöstliches Flach- und Hügelland“, „Alpenostrand“ und im „Alpenvorland“. Da die

restlichen 4 Hauptproduktionsgebiete nur 5% der gesamten Obstbaufläche ausmachen und auch

durch dementsprechenden wenigen Proben repräsentiert werden, werden diese 4 Hauptproduktions-

gebiete nicht grafisch dargestellt.

Etwa 2 -5% der biologisch und konventionell bewirtschafteten Obstbauflächen weisen Kupfer-

Gesamtgehalte über 60 mg/kg auf, Werte über 150 mg/kg sind sehr selten mit Häufigkeiten um 1%.


Abschlussbericht


47 von 126

Dezember 2012

Abbildung 5: Obstbau – Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten

Abbildung 6: Obstbau biologisch– Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptprodukti-onsgebieten


Abschlussbericht


48 von 126

Dezember 2012

III.1.3.3.3 Auswertung Bodendaten Hopfenbau

Im Jahr 2012 wurden der AGES 65 Bodenproben aus Hopfenanbauflächen zur Verfügung gestellt. Von

den insgesamt 65 Proben von Hopfenböden stammen 4 aus biologischer Landwirtschaft – das sind 6%

der Proben passend zu den 9% biologischer Hopfenanbauflächen. Eine differenzierte Darstellung nach

Bewirtschaftungsform ist aus diesem Grund für Hopfen nicht sinnvoll. Auf eine grafische Darstellung

der Kupfer-Gesamtgehalte in Hopfenanbauflächen wird aufgrund der geringen Flächenverteilung ver-

zichtet.

Die Proben aus Hopfenbauflächen stammen aus den Bundesländern Oberösterreich und Steiermark

und kommen dort jeweils aus einem Hauptproduktionsgebiet.

Die Mediane der Kupfer-Gesamtgehalte im Hopfenbau liegen mit 34 mg/kg in Oberösterreich und

48 mg/kg in der Steiermark bereits über den natürlichen Gehalten. Mit 24 % bzw. 38% der Flächen

über 60 mg Cu/kg liegt der Anteil von höher belasteten Flächen deutlich niedriger als in den „alten“

Weinbaugebieten, jedoch wesentlich höher als im Obstbau.

Tabelle 31: Hopfenbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesland bzw. Hauptproduktionsgebiet


Bundesland Hauptprodutions-gebiet

Anzahl Proben

Mini mum

0.25-Quantil

Me-dian

0.75-Quantil

0.95-Quantil

Maxi mum

Mittel wert

Ober-österreich

Wald- und Mühlviertel

25 6,8 18,1 34,1 55,3 147,1 156,2 46,5

Steiermark Südöstliches Flach- und Hügelland

40 10,9 27,1 47,6 70,9 131,7 146,4 53,3

ALLE 65 6,8 23,2 42,6 67,1 145,4 156,2 50,6

In der folgenden Tabelle ist ersichtlich, in welchem Gehaltsbereich sich die Kupfer-Gesamtgehalte in

Anbauflächen für Hopfen bewegen.

Tabelle 32: Hopfenbau – Kupfer-Gesamtgehalte


Bun-desland

Haupt-produktionsgebiet

Anzahl Proben

Hopfebau-fläche (ha)

Ha/ Probe

>30 Cu >35 Cu >60 Cu >100 Cu

>150 Cu

Ober-österreich

Wald- und Mühlviertel

25 132 5,3 56% 48% 24% 12% 4%

Steiermark Südöstliches Flach- und Hügelland

40 91 2,3 73% 68% 38% 8% 0%

Summe 65 223 3,4


Abschlussbericht


49 von 126

Dezember 2012

III.1.3.3.4 Auswertung Bodendaten Ackerbau

In den nachfolgenden Tabellen sind die Kupfer-Gesamtgehalte zuerst nach Bundesland und dann nach

Hauptproduktionsgebiet auch nach Kleinproduktionsgebiete dargestellt. Bei den Proben aus Ackerbau-

flächen mit konventioneller Bewirtschaftung bzw. integrierter Produktion liegen die allermeisten Kup-

fer-Gesamtgehalte im natürlichen Gehaltsbereich bis 30 mg Cu/kg.

Bei den niedrigen Medianwerten der Kupfer-Gesamtgehalte bei der ackerbaulichen Nutzung ist zu

beachten, dass mit der verwendeten Umrechnungsformel (CuGesamt = CuEDTA*1,8436) im niedrigen

Wertebereich die Gesamtgehalte etwas unterschätzt werden.

Tabelle 33: Ackerbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesländern



Mini mum

0.25-Quantil

Median 0.75-Quantil

0.95-Quantil

Maxi mum

Mittel wert

Burgenland 555 0,9 5,6 9,0 13,6 30,5 621,3 12,5

Kärnten 89 3,3 10,9 15,3 21,8 43,7 136,4 19,4

Niederösterreich 6.911 0,9 5,3 8,7 13,0 28,8 333,3 12,2

Oberösterreich 2.491 0,9 3,7 6,6 9,8 16,1 137,7 7,4

Salzburg1 2 31,1 31,1 35,2 39,3 39,3 39,3 35,2

Steiermark 1.960 0,9 7,2 10,7 17,9 53,9 301,1 17,5

Tirol1 2 2,8 2,8 7,4 12,0 12,0 12,0 7,4


Tabelle 34: Ackerbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten



Mini mum

0.25-Quanti

l

Medi-an

0.75-Quanti

l

0.95-Quanti

l

Maxi mum

Mittel wert

1 Hochalpen 63 0,9 3,7 13,5 31,1 44,2 60,5 18,4

2 Voralpen 181 0,9 7,0 10,3 15,8 30,1 138,6 13,9

3 Alpenostrand 604 0,9 5,7 9,2 14,7 33,6 199,1 12,9


5 Kärntner Becken 50 3,3 10,1 13,9 19,0 24,2 136,4 17,0

6 Alpenvorland 2.553 0,9 6,1 8,7 11,8 19,7 333,3 10,0


1.648 0,9 7,2 10,5 17,5 59,9 621,3 18,0


4.969 0,9 6,0 9,2 13,9 33,7 280,2 13,5

Summe 12.010

Tabelle 35: Ackerbau – Kupfer-Gesamtgehalte nach Kleinproduktionsgebieten


Kleinproduktionsgebiet Anzahl Proben

Mini mum

0.25-Quanti

l

Medi-an

0.75-Quanti

l

0.95-Quanti

l

Maxi mum

Mittel wert

401 Mittellagen des Mühlviertels 726 0,9 1,8 3,5 6,3 10,9 95,5 4,7

402 Hochlagen des Mühlviertels 152 0,9 1,4 4,0 5,4 10,3 42,7 4,7

403 Hochlagen des Waldviertels 304 0,9 0,9 0,9 4,4 12,4 27,3 3,4


Abschlussbericht


50 von 126

Dezember 2012


Kleinproduktionsgebiet Anzahl Proben

Mini mum

0.25-Quanti

l

Medi-an

0.75-Quanti

l

0.95-Quanti

l

Maxi mum

Mittel wert

404 Nordwestliches Waldviertel 74 0,9 3,7 4,9 7,7 22,3 29,6 7,0

405 Mittellagen des Waldviertels 610 0,9 3,6 5,5 8,2 20,0 57,7 7,4

406 Südliches Waldviertel 76 0,9 5,6 7,7 11,8 36,7 145,6 13,9

604 Oberes Innviertel 143 0,9 5,8 7,9 9,7 15,5 49,1 8,5

605 Altheim- Obernberger Gebiet 129 0,9 7,2 8,7 11,1 15,0 33,2 9,3

606 Rieder Gebiet 265 0,9 5,1 7,2 9,3 12,3 14,9 7,2

607 Vöcklabrucker Gebiet 18 4,2 5,3 5,7 6,6 29,5 29,5 8,0

608 Grieskirchen- Kremsmünster Gebiet

532 0,9 5,5 8,1 11,1 16,4 54,2 8,7

609 Oberösterreichischer Zentralraum 478 0,9 5,5 8,8 12,5 21,3 137,7 9,9

610 Haag- Amstettener Gebiet 383 0,9 6,3 8,8 12,4 24,2 57,2 10,6

611 Wieselburg- St. Pöltener Gebiet 605 0,9 7,2 10,0 13,2 22,9 333,3 12,5

701 Weststeirisches Hügelland 155 5,5 10,3 13,6 21,2 100,7 301,1 26,0

702 Steirische Weinbaugebiete 288 0,9 9,8 17,6 41,3 102,0 196,3 31,3

703 Ebenen des Murtales 150 0,9 7,4 11,5 17,0 76,5 240,4 19,0

704 Oststeirisches Hügelland 919 0,9 6,6 9,4 14,9 31,9 179,2 13,1

705 Südburgenländisches Ob-stbaugebiet

59 1,8 7,1 7,9 11,1 15,1 57,9 9,5

706 Südburgenländisches Hügelland 71 0,9 2,8 4,2 7,7 15,1 621,3 15,4

707 Südburgenländisches Wein-baugebiet

6 10,9 13,8 17,5 25,8 33,4 33,4 19,8

801 Wachau 44 3,3 11,1 14,5 49,0 248,7 264,6 48,8

802 Westliches Weinviertel 234 0,9 10,1 16,6 40,0 136,4 203,9 33,4

803 Östliches Waldviertel 212 0,9 5,7 8,5 11,4 16,1 40,6 8,8

804 Herzogenburg-, Tulln-, Stock-erauer Gebiet

250 0,9 8,3 12,0 20,5 74,7 162,6 20,8

805 Hollabrunn- Mistelbacher Gebiet 358 0,9 5,3 9,2 13,5 27,0 135,1 11,4

806 Laaer Bucht 301 0,9 8,8 11,8 15,7 24,0 40,6 12,7

807 Östliches Weinviertel 269 0,9 7,2 11,6 18,5 71,5 194,7 19,4

808 Marchfeld 1.385 0,9 4,6 6,8 9,6 17,0 46,1 7,8

809 Wiener Boden 1.380 0,9 6,6 9,8 14,6 26,5 280,2 12,4

810 Baden- Gumpoldskirchener Ge-biet

84 0,9 5,3 11,5 23,3 155,2 221,8 30,1

811 Steinfeld 85 3,2 10,0 12,9 19,5 56,8 176,8 19,8

812 Wulkabecken und Randlagen 161 0,9 6,5 10,8 16,1 30,0 135,0 13,0

813 Oberpullendorfer Becken 18 0,9 3,9 9,0 12,4 23,6 23,6 9,0

814 Weinbaugebiet Neusiedler See 56 0,9 9,0 12,1 16,0 36,9 106,9 16,2

815 Parndorfer Platte 70 0,9 5,7 9,0 12,4 20,6 25,5 9,5

816 Seewinkel 62 0,9 7,6 10,2 18,9 39,2 47,0 14,9


Abschlussbericht


51 von 126

Dezember 2012

Die Auswertung der Proben aus biologisch bewirtschafteten Ackerbauflächen zeigt ebenfalls Kupfer-

Gesamtgehalte im natürlichen Gehaltsbereich.

Tabelle 36: Ackerbau biologisch – Kupfer-Gesamtgehalte nach Bundesländern

Kupfer Gesamtgehalt (mg/kg)


Mini mum

0.25-Quantil

Medi-an

0.75-Quantil 0.95-Quantil

Maxi mum

Mittel wert

Burgenland 9 3,6 6,7 7,6 9,8 13,8 13,8 7,9


Oberösterreich 10 9,5 10,6 17,8 23,5 31,2 31,2 18,3

Summe 232

Tabelle 37: Ackerbau biologisch – Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten

Kupfer Gesamtgehalt (mg/kg)


Mini-mum

0.25-Quantil

Me-dian

0.75-Quantil

0.95-Quantil

Maxi mum

Mittel wert

2 Voralpen 2 8,6 8,6 9,9 11,2 11,2 11,2 9,9


6 Alpenvorland 12 9,5 12,4 17,0 21,2 31,2 31,2 17,9


1 7,8 7,8 7,8 7,8 7,8 7,8 7,8


190 3,1 7,0 9,6 12,6 18,6 39,2 10,3

Summe 232

In der Folge sind die Kupfer-Gesamtgehalte der Ackerflächen in den Hauptproduktionsgebieten gra-

fisch veranschaulicht. Aus den vier Hauptproduktionsgebieten mit den flächenmäßig größten Acker-

bauflächen liegen genügend Bodenproben für eine grafische Darstellung nach den Kleinproduktions-

gebieten vor.

In den Kleinproduktionsgebieten Wachau und Baden, bzw. Gumpoldskirchen ist der Anteil der Proben

mit höheren Kupfer-Gesamtgehalten erhöht, das kann durch die Umwidmung von früheren Weingär-

ten in Ackerland erklärt werden. In den Regionen, in denen der Weinbau flächenanteilsmäßig eine

nicht so dominierende Rolle spielt, sind erhöhte Kupfer-Gesamtgehalte viel seltener und in Regionen

ohne Weinbau gar nicht anzutreffen. Kupfer-Gesamtgehalte über 60 mg/kg sind mit max. 2% der

Ackerbauflächen sehr selten.

Die Größe der einzelnen Kreisdiagramme ist von der mit einer Probe erfassten Fläche (Kenngröße =

ha/Probe) abhängig.


Abschlussbericht


52 von 126

Dezember 2012

Abbildung 7: Ackerbau – Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptproduktionsgebieten

Abbildung 8: Ackerbau – Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Kleinproduktionsgebieten

Eine grafische Kartendarstellung der Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte ist für biologische Acker-

bauflächen nicht sinnvoll, da von den insgesamt 232 Proben 82% aus dem Hauptproduktionsgebiet

„Nordöstliches Flach- und Hügelland“ stammen. Es liegen auch 46% der gesamten biologischen Acker-


Abschlussbericht


53 von 126

Dezember 2012

flächen in diesem Hauptproduktionsgebiet, das mit 190 Proben gut repräsentiert ist. Die restlichen 42

Proben sind allerdings nicht ausreichend für eine grafische Kreisdarstellung für weitere Hauptprodukti-

onsgebiete. Aus diesem Grund sind die Kupfer-Gesamtgehalte für biologische Ackerflächen in Form

einer Tabelle dargestellt.

Tabelle 38: Ackerbau biologisch – Fläche/Probe und Kupfer-Gesamtgehalte nach Hauptprodukti-onsgebieten



Ackerbaufläche (ha)

Ha/ Probe

> 30 Cu > 35 Cu > 60 Cu


190 86.507 455,3 0,5% 0,5% 0,0%

4 Wald- und Mühlviertel 27 46.229 1.712,2 0,0% 0,0% 0,0%

6 Alpenvorland 12 20.727 1.727,3 8,3% 0,0% 0,0%

Hauptproduktionsgebiete 1-3,5,7

3 35.659

Summe 232 189.123 815


Abschlussbericht


54 von 126

Dezember 2012

III.1.3.4 Vergleich der Kupfer-Gesamtgehalte bei biologischen und konventionellen Bewirtschaftungsform

Da die Proben aus Flächen mit konventioneller Bewirtschaftungsweise zu einem großen Teil aus der

Zeitspanne von 1991 bis 2005 stammen, wurden für den Vergleich mit den Proben aus Flächen mit

biologischer Bewirtschaftungsweise, nur die konventionellen Proben aus den Jahren 2005 - 2009 her-

angezogen.

Tabelle 39: Biologische und konventionelle Bewirtschaftungsform - Vergleich der Kupfer-Gesamtgehalte nach Nutzungsart

Nutzungsart Kupfer-Gesamtgehalt (mg/kg)

Anzahl Pro-ben

Mini mum

0.25-Quantil

Medi-an

0.75-Quantil

0.95-Quantil

Maxi mum

Mittel wert

Ackerbau biologisch 232 3,0 6,8 9,5 12,6 20,2 39,2 10,3

Ackerbau konventionell 1694 0,9 5,9 8,5 12,4 22,8 136,4 10,6

Obstbau biologisch 168 5,6 12,6 17,6 27,3 43,6 84,2 21,4

Obstbau konventionell 666 0,9 8,7 13,2 21,4 54,9 251,0 19,1

Weinbau biologisch 209 5,0 26,1 45,4 84,8 162,6 322,1 63,6

Weinbau konventionell 2085 0,9 15,6 35,0 68,9 147,9 395,0 50,3

Die Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in biologisch bewirtschafteten Ackerbauflächen ist nahezu

deckungsgleich mit der Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in konventionell bewirtschafteten Acker-

bauflächen. Der Mittelwert der Kupfer-Gesamtgehalte aus biologischen Ackerbauflächen liegt unter

dem Mittelwert der Kupfer-Gesamtgehalte aus konventionellen Ackerbauflächen und der Median der

Kupfer-Gesamtgehalte in biologischen Ackerbauflächen liegt etwas über dem Median der Kupfer-

Gesamtgehalte in konventionellen Ackerbauflächen.

Das hängt mit dem nur geringen Anteil an Kulturen mit einer möglichen Anwendung von kupferhalti-

gen Pflanzenschutzmitteln, der zumeist erst etwa 10-15 jährigen biologischen Bewirtschaftung und

dem auch in der biologischen Landwirtschaft zurückhaltenden Einsatz von Kupferpräparaten (eine

Reihe von Betrieben verzichtet freiwillig oder im Rahmen von Anbauverträgen gänzlich auf den Einsatz

von Kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln) zusammen.

In den Richtlinien für die sachgerechte Düngung (BMLFUW, 2006) werden Kupfergehalte (pflanzen-

verfügbares Kupfer im EDTA-Auszug) bis 20 mg/kg (~ 37 mg Gesamtkupfer/kg) der mittleren Ge-

haltsstufe zugeordnet, ein Kupfergehalt im EDTA-Auszug um 8 mg/kg (~ 15 mg Gesamtkupfer/kg) gilt

als mittlere Versorgung, Kupfergehalte im EDTA-Auszug unter 2 mg/kg (~ 4 mg Gesamtkupfer/kg)

gelten als niedrig.2

Die Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in biologischen Obstbauflächen liegen über den Kupfer-

Gesamtgehalten in konventionellen Obstbauflächen (Mittelwert und Median). Der Median liegt in etwa

2 Die gemessenen Werte für Kupfer im EDTA-Auszug wurden anhand einer linearen Regressionsrechnung in die entsprechenden Werte für Gesamtkupfer umgerechnet.


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im Bereich des anzustrebenden mittleren Versorgungsniveaus von 8 mg CuEDTA/kg (~ 15 mg Gesamt-

kupfer/kg). 10% der Proben von aus biologisch bewirtschafteten Flächen gelten als hoch versorgt, bei

den konventionellen Flächen liegt dieser Anteil bei 9%.

Die Mittelwerte und die Mediane der Kupfer-Gesamtgehalte aus biologischen Weinbauflächen liegen

durchwegs über den Werten der konventionellen Weinbauflächen. Diese Differenz von etwa 5 mg

CuEDTA /kg (~9 mg Gesamtkupfer/kg) liegt in der Größenordnung der Gehaltssteigerungen durch jähr-

liche positive Kupfersalden von 3 kg im Verlauf von etwas über 10 Jahren. 48% der Proben aus kon-

ventionellen Weinbauflächen gelten als hoch versorgt (CuEDTA über 20 mg/kg bzw. über 37 mg Ge-

samtkupfer/kg), bei den biologisch bewirtschafteten Weinbauflächen liegt dieser Anteil bei 63%.

Abbildung 9: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte im biologischen und konventionellen Weinbau


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Abbildung 10: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte im biologischen und konventionellen Obstbau

Abbildung 11: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte im biologischen und konventionellen Ackerbau


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III.1.3.5 Kupfer-Gesamtgehalte in biologisch bewirtschafteten Flächen nach Nutzungs-dauer und Dauer der biologischen Bewirtschaftung

III.1.3.6 Weinbau, Obstbau, Ackerbau

Für die folgende Auswertung wurden 609 Bodenproben aus Anbauflächen im Weinbau, Obstbau und

Ackerbau mit biologischer Bewirtschaftungsweise herangezogen. Die Ergebnisse aus dem Hopfenbau

wurden separat ausgewertet. Für biologisch bewirtschaftete Flächen wurde erhoben wie lange die

Fläche bereits genutzt wird. Die verschiedenen Nutzungsdauern werden in 5 Gruppen zusammenge-

fasst und die zugehörigen Anzahlen nach Nutzungsart finden sich in der nachfolgenden Tabelle.

Tabelle 40: Probenanzahl nach Nutzungsart und Nutzungsdauer

Nutzung seit… Nutzungsart

Ackerbau Obstbau Weinbau Summe

Angabe fehlt 224 0 0 224

> 100 Jahre 0 0 54 54

50-100 Jahre 0 2 33 35

20-50 Jahre 0 29 55 84

10-20 Jahre 1 27 23 51

< 10 Jahre 7 110 44 61

Summe 232 168 209 609

Bei Ackerflächen ist weniger die Dauer der Nutzung von Bedeutung, im Erhebungsbogen wurde auch

nicht danach gefragt und die Nutzungsdauer ist daher für Ackerflächen meist unbekannt.

Außerdem wurde im Zuge des Kupferprojektes erhoben wann die Betriebe auf biologischen Anbau

umgestellt haben und diese wurde in 5 Klassen unterteilt. In der folgenden Tabelle sind die Anzahlen

der Proben nach Nutzungsart und die Dauer der biologischen Bewirtschaftungsweise dargestellt.

Tabelle 41: Probenanzahl nach Nutzungsart und Dauer der biologischen Bewirtschaftungsweise

Biologisch seit… Nutzungsart

Ackerbau Obstbau Weinbau Summe

Angabe fehlt 49 0 0 49

< 20 Jahre 8 5 14 27

20-15 Jahre 29 8 17 54

10-15 Jahre 31 26 23 80

10-5 Jahre 62 39 41 412

> 5 Jahre 53 90 114 257

Summe 232 168 209 609

Bei 49 Proben aus dem Ackerbau fehlt die Angabe über die Dauer der biologischen Bewirtschaftungs-

weise. Aktuell werden alle Flächen aus denen die Proben stammen biologisch bewirtschaftet, deshalb

konnten diese Kupfer-Gesamtgehalte aus biologischer Landwirtschaft in allen vorangehenden Auswer-

tungen verwendet werden.

In den folgenden 4 Abbildungen sind für den Wein- und Obstbau jeweils die Verteilungen der Kupfer-

Gesamtgehalte nach Nutzungsdauer und Dauer der biologischen Bewirtschaftung dargestellt. Es sind


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bereits in den Boxplots sowohl im Wein- als auch im Obstbau deutliche Unterschiede in den Kupfer-

Gesamtgehalten nach Nutzungsdauer sichtbar.

Die Varianzanalyse ergibt, dass die Nutzungsdauer einen signifikanten Einfluss (p=0,01) auf die Kup-

fer-Gesamtgehalte von Weinbauflächen hat.

Böden, die erst seit etwa 20 Jahren als Weingartenflächen genutzt werden, weisen deutlich niedrigere

Gehalte auf und erhöhte Gehalte sind eher selten. Weingärten mit einer längeren Nutzungsdauer von

20-50 bis über 100 Jahren zeigen eine sehr hohe Bandbreite an Kupfer-Gesamtgehalten. Ein eindeuti-

ger, genereller Trend zu höheren Kupfer-Gesamtgehalten bei längerer Weingartennutzung ist bei die-

sen Proben nicht mehr ersichtlich. Die höchsten Gehalte kommen bei der längsten Nutzungsdauer vor.

Auch bei der Nutzungsdauer von Obstflächen ergibt die Varianzanalyse, dass sie einen signifikanten

Einfluss (p=0,008) auf die Kupfergehalte hat.

Auch im Obstbau steigen die Kupfer-Gesamtgehalte mit zunehmender Nutzungsdauer als Obstfläche.

Der Effekt ist eindeutiger als beim Weinbau, weil die betrachtete Zeitspanne nur insgesamt 50 Jahre

umfasst, denn nur 2 Proben stammen von Flächen mit mehr als 50-jähriger Nutzungsdauer.

Die unterschiedlich lange Dauer der biologischen Bewirtschaftungsweise bei einer Fläche zeigt keinen

signifikanten Einfluss auf die Kupfer-Gesamtgehalte.


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Abbildung 12: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Weinbauflächen nach Nutzungsdauer

Abbildung 13: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Weinbauflächen nach Dauer der biologi-schen Bewirtschaftungsform


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Abbildung 14: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Obstbauflächen nach Nutzungsdauer

Abbildung 15: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Obstbauflächen nach Dauer der biologischen Bewirtschaftungsform


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Abbildung 16: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Ackerbauflächen nach Dauer der biologi-schen Bewirtschaftungsform

Bei der biologischen Bewirtschaftung von Kartoffeln, Feldgemüse, Erdbeeren und Zuckerrüben werden

verschiedene Pilzerkrankungen und Bakteriosen mit kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln bekämpft.

Daher entstand die Annahme, dass auf Flächen mit einem hohen Anteil an Kulturen, die mit kupferhal-

tigen Pflanzenschutzmitteln behandelt werden (Kartoffel, Feldgemüse, Erdbeeren, Zuckerrüben), er-

höhte Kupfer-Gesamtgehalten möglich sind.

Um dieser Annahme nachzugehen, wurde im Erhebungsbogen für Ackerkulturen (siehe Anhang VI)

nach Angaben zur aktuellen Nutzung der Fläche und zum prozentuellen Anteil von Kartoffel, Feldge-

müse, Erdbeeren und Zuckerrüben an der Fruchtfolge, die auf dieser Fläche geführt wird, gefragt.

Entsprechend den Erhebungsbögen wurden bei den Proben aus biologisch bewirtschafteten Flächen

zum Zeitpunkt der Probenahme auf 2 Flächen Erdbeeren angebaut. Erdbeeren bleiben meist 3 Jahre

auf derselben Fläche. 59 Proben kamen aus Flächen, auf denen zum Zeitpunkt der Probenahme Kar-

toffeln, bzw. Feldgemüse angebaut wurde. Kartoffeln werden etwa alle 4 Jahre auf einer Fläche ange-

baut. Bei den verschiedenen Feldgemüsen sind die Anbaupausen unterschiedlich. 74 Proben stamm-

ten von Flächen, auf denen zum Zeitpunkt der Probenahme Zuckerrüben angebaut wurden. Zuckerrü-

ben werden in der Regel alle 4 Jahre auf einer Fläche angebaut. Demnach würde dies einen 25%

Anteil an der Fruchtfolge bedeuten. Bei 34 Proben fehlte die Angabe der Fruchtfolge.


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Tabelle 42: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Ackerbauflächen nach Kultur


Kultur Anzahl Proben

Mini mum

0.25-Quantil

Median 0.75-Quantil

0.95-Quantil

Maxi mum

Mittel wert

Getreide 63 3,1 9,3 11,2 13,8 20,2 24,5 11,8

Kartoffel, Feldgemüse od. Erdbeeren

61 3,4 6,9 9,2 12,7 25,0 31,2 10,9

Missing 34 3,0 5,3 6,9 9,7 13,6 13,8 7,8

Zuckerrübe 74 3,5 5,7 9,0 10,8 18,0 39,2 9,6

Summe 232

Bei den Ackerbauflächen waren die Angaben zur Fruchtfolge in den Erhebungsbögen unzureichend

und zu ungenau für eine eindeutige Auswertung der Kupfer-Gesamtgehalte hinsichtlich dem prozentu-

ellen Anteil der zum Zeitpunkt der Probenahme angebauten Kultur an der Fruchtfolge auf der jeweili-

gen Ackerbauflächen.

Dennoch zeigt die Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in biologisch bewirtschafteten Ackerbauflä-

chen keine erhöhten Werte wenn in der Fruchtfolge häufig Kartoffel, Feldgemüse, Erdbeeren oder

Zuckerrüben kultiviert werden.

Abbildung 17: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Ackerbauflächen nach Kultur


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III.1.3.7 Hopfenbau

Für die folgende Auswertung wurden 65 Bodenproben aus Hopfenanbauflächen herangezogen. Es

wurde erhoben, wie lange die jeweilige Fläche bereits im Hopfenbau genutzt wird. In der Folge ist die

Anzahl der Bodenuntersuchungsergebnisse nach Nutzungsdauer tabellarisch dargestellt.

Tabelle 43: Hopfenbau-Probenanzahl nach Nutzungsdauer

Bundesland

Nutzung seit… Oberösterreich Steiermark Summe

50-100 Jahre 3 5 8

20-50 Jahre 15 21 36

10-20 Jahre 0 4 4

10 oder weniger Jahre 7 10 17

Summe 25 40 65

Die folgenden tabellarischen und grafischen Darstellungen sollen verdeutlichen, dass die Kupfer-

Gesamtgehalte umso höher sind, je länger die Fläche für den Hopfenbau genutzt wurde.

Tabelle 44: Hopfenbau – Belastungssituation mit Kupfer-Gesamtgehalten nach Nutzungsdauer

Anzahl Proben mit Cu >60 mg/kg Anzahl Proben mit Cu >100 mg/kg

Nutzung seit… Oberösterreich Steiermark Summe Oberösterreich Steiermark Summe

50-100 Jahre 100% 100% 100% 100% 40% 63%

20-50 Jahre 20% 43% 33% 0% 5% 3%

10-20 Jahre 25% 25% 0% 0%

10 oder weniger Jahre 0% 0% 0% 0% 0% 0%

Summe 24% 38% 32% 12% 8% 9%


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Abbildung 18: Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Hopfenböden nach Nutzungsdauer

III.1.4 Zusammenfassung des Bodenuntersuchungsprogramms

Im Fokus des Bodenuntersuchungsprogrammes standen Anbauflächen für die Dauerkulturen Wein,

Obst (Steinobst, Kernobst) und Hopfen, und für Ackerkulturen wie Kartoffeln, Feldgemüse, Zuckerrü-

ben und Erdbeeren. In diesen Kulturen kommen kupferhaltige Pflanzenschutzmittel zur Anwendung

und sind vor allem bei biologischer Bewirtschaftungsweise, mangels wirksamer Alternativen, weiterhin

notwendig.

Ein Überblick über die relevanten Anbauflächen in Österreich, wurde anhand einer Auswertung von

INVEKOS 2010 Daten gegeben. Demnach wurden im Jahr 2010 in Österreich insgesamt 41.448 ha

weinbaulich genutzt, davon wurden etwa 9% (3.863 ha) von geförderten Biobetrieben bewirtschaftet.

Im selben Jahr wurden 13.959 ha für den Obstanbau genutzt. Die größte Fläche wurde für den Kern-

obstbau und hierbei für die Apfelproduktion genutzt. Von allen Obstbauflächen wurden 16% biologisch

bewirtschaftet.

Im Jahr 2010 wurde österreichweit auf 242 ha Hopfenbau betrieben. Von den gesamten Hopfenbau-

flächen wurden etwa 9% (22 ha) biologisch bewirtschaftet.

Im Jahr 2010 wurden 1.363.537 ha landwirtschaftliche Nutzfläche in Österreich ackerbaulich bewirt-

schaftet. Davon fallen 13,9% in die biologische Landwirtschaft. Die für Kupferanwendungen bedeut-

samen Feldfrüchte wie Feldgemüse, Kartoffel, Zuckerrüben und Erdbeeren werden nur auf 6% der

gesamten ackerbaulich genutzten Flächen kultiviert, wobei diese ausgewählten Feldfrüchte wiederum

nur 3% der gesamten biologisch bewirtschafteten Ackerbaufläche einnehmen. Von allen Kartoffelbau-


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flächen (etwa 2% der gesamten Ackerbaufläche) werden 14% biologisch bewirtschafteten, bei Feld-

gemüse 17% (von 1% der gesamten Ackerbaufläche), bei Zuckerrüben 2% (von 0,5% der gesamten

Ackerbaufläche), bei Erdbeeren 6% (von 0,04% der gesamten Ackerbaufläche).

Im Rahmen der Bodenuntersuchungsaktion wurde eine ausreichende Probenanzahl erreicht, um das

Ausmaß der Bodenbelastung in den relevanten Anbauflächen für Weinbau, Obstbau, Hopfenbau und

verschiedene Ackerbaukulturen in Österreich beschreiben zu können.

In Bezug auf weinbaulich genutzte Flächen stammen die meisten der 12.099 Bodenuntersuchungser-

gebnisse aus in den Weinbaugebieten Weinviertel, Thermenregion, und Neusiedlersee. Die höchsten

Kupfer-Gesamtgehalte wurden in Proben aus der Region ‚Weinland Österreich‘ in den traditionellen

Weinbaugebieten Neusiedlersee-Hügelland, Thermenregion, Kremstal, Kamptal und Wachau (Median

= 66 - 84 mg Gesamtkupfer/kg Boden) gefunden. Weitere 209 Bodenuntersuchungsergebnisse aus

biologisch bewirtschafteten Weinbauflächen kamen vorwiegend aus dem Weinviertel, dem Gebiet

Neusiedlersee und dem Mittelburgenland. Die höchsten Kupfer-Gesamtgehalte biologisch bewirtschaf-

teter Weinbauflächen wurden wiederum in Proben aus traditionellen Weinbaugebieten wie Thermen-

region, Kremstal, Kamptal und Wachau (Median = 68 – 128 mg Gesamtkupfer /kg Boden) gefunden.

Die 1408 Bodenuntersuchungsergebnisse aus Obstbauflächen kamen vorwiegend aus den Hauptpro-

duktionsgebieten Südöstliches Flach- und Hügelland, Alpenostrand und Alpenvorland. Die Kupfer-

Gesamtgehalte lagen in diesen Gebieten im Median zwischen 12-19 mg Gesamtkupfer /kg Boden. Die

insgesamt 168 Bodenuntersuchungsergebnisse aus biologisch bewirtschafteten Obstbauflächen stam-

men ebenfalls aus den Hauptproduktionsgebieten Südöstliches Flach- und Hügelland, Alpenostrand

und Alpenvorland und in diesen Gebieten liegen die Kupfer-Gesamtgehalte im Median bei 14 – 25 mg

Gesamtkupfer/kg Boden.

Für Anbauflächen im Hopfenbau gibt es 65 Bodenuntersuchungsergebnisse. 6% davon (4 Proben)

stammen aus biologisch bewirtschafteten Flächen. Die Kupfer-Gesamtgehalte in Hopfenanbauflächen

lagen im Median bei 34 mg Gesamtkupfer/kg Boden in Oberösterreich und bei 48 mg/kg Gesamt-

kupfer/kg Boden in der Steiermark.

Die 12.010 Bodenuntersuchungsergebnisse aus ackerbaulich genutzten Flächen stammen zumeist aus

den Hauptproduktionsgebieten Nordöstliches Flach- und Hügelland, Alpenvorland, Wald- und Mühl-

viertel und Südöstliches Flach- und Hügelland. Die Kupfer-Gesamtgehalte lagen in Ackerbauflächen in

den genannten Anbaugebieten im Median zwischen 4-11 mg Gesamtkupfer/kg Boden. Vereinzelt hö-

here Kupfer-Gesamtgehalte in Ackerbauflächen in den Kleinproduktionsgebieten Wachau, Ba-

den/Gumpoldskirchen und Weststeirisches Hügelland, könnten durch eine Umwidmung von früheren

Weinbauflächen in Ackerbauflächen erklärt werden. Die insgesamt 232 Bodenuntersuchungsergebnis-

se aus biologisch bewirtschafteten Ackerbauflächen stammen ebenfalls aus den Hauptproduktionsge-

bieten Nordöstliches Flach- und Hügelland sowie Wald- und Mühlviertel. Gemäß diesen Ergebnissen

liegen die Kupfer-Gesamtgehalte in Proben von biologisch bewirtschafteten Ackerflächen in diesen

Gebieten im Median zwischen 7-10 mg Gesamtkupfer /kg Boden.


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Gemäß den Bodenuntersuchungsergebnissen im Weinbau zeigt ein Vergleich der erhobenen Proben

aus biologisch bewirtschafteten Anbauflächen mit Proben aus konventionell bewirtschafteten Anbau-

flächen, dass Mittelwert bzw. Median der Kupfer-Gesamtgehalte aus biologischen Weinbauflächen um

etwa 7 mg Cu/kg bzw. 10 mg Cu/kg über den Werten der konventionellen Weinbauflächen liegen.

Diese Differenz liegt in der Größenordnung der Gehaltssteigerungen durch jährliche positive Kupfer-

salden von 5-7 mg/kg Boden bei einem jährlichen Eintrag von 3 kg/ha im Verlauf von etwas über 10

Jahren. 48% der konventionellen Bodenproben aus weinbaulich genutzten Flächen gelten als hoch

versorgt (> 37 mg Gesamtkupfer/kg Boden), bei den biologisch bewirtschafteten Proben liegt dieser

Anteil bei 63%.

Die Verteilung der Kupfer-Gesamtgehalte in Proben aus biologischen Obstbauflächen liegt im Mittel-

wert bzw. Median etwa 4 mg Cu/kg bzw. 2 mg Cu/kg über den Kupfer-Gesamtgehalten in Proben aus

konventionellen Obstbauflächen. 10% der Proben aus biologisch bewirtschafteten Obstbauflächen

gelten als hoch versorgt, bei den konventionell bewirtschafteten Obstbauflächen liegt dieser Anteil bei

9%.

Die Proben aus Ackerbauflächen zeigen eine nahezu deckungsgleiche Verteilung der Kupferwerte in

biologischen und konventionell bewirtschafteten Ackerbauflächen. Mittelwert bzw. Median liegen bei

10-11 mg Cu/kg bzw. bei 9-10 mg Cu/kg wobei 80% der Kupfer-Gesamtgehalte im mittleren Versor-

gungsbereich von etwa 15 mg Cu/kg Boden liegen. Das hängt mit dem nur geringen Anteil an Kultu-

ren mit einer möglichen Applikation von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln, der zumeist erst etwa

10-15 jährigen biologischen Bewirtschaftung und dem auch bei biologischer Bewirtschaftungsweise

zurückhaltenden Kupfereinsatz zusammen.

Die Auswertung von 609 Proben mit zusätzlichen Informationen zur Bewirtschaftungsform einer Flä-

che hat gezeigt, dass im Weinbau, im Obstbau und im Ackerbau die Dauer der biologischen Bewirt-

schaftungsform zum aktuellen Zeitpunkt noch in keinem Zusammenhang mit der Höhe der Kupfer-

Gesamtgehalte steht.

Eine weitere Auswertung von 674 Proben aus den Dauerkulturen Weinbau, Obstbau und Hopfenbau

nach Nutzungsdauer in der Kultur zeigte, dass eine langjährige Nutzung einer Fläche für die Kultur

einen deutlichen Einfluss auf die Höhe der Kupfer-Gesamtgehalte hat.

Der Anbau von Kartoffeln, Feldgemüse, Erdbeeren oder Zuckerrüben in der Fruchtfolge in ackerbau-

lich genutzten Flächen zeigt keinen Einfluss auf die Kupfer-Gesamtgehalte in Ackerbauflächen.


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III.2 Risikobewertung von Kupfer für das terrestrische Ökosystem

III.2.1 Einleitung

Die standardisierte Risikobewertung für Bodenorganismen gemäß der Pflanzenschutzmittel Verord-

nung 1107/2009 beruht auf der Gegenüberstellung der zu erwartenden Umweltkonzentrationen und

der toxischen Effektkonzentration von Bodenorganismen, also auf der Berechnung des Verhältnisses

der Toxizität zur Exposition (TER= Toxicity Exposure Ratio) unter Einbeziehung festgelegter Sicher-

heitsfaktoren. Die Grundlage dieser Bewertung bilden also die ökotoxikologischen Endpunkte zur Ef-

fektkonzentration (EC50/LC50 oder NOEC abgleitet aus überwiegend standardisierten Testverfahren)

und die Umweltkonzentration (Predicted Environmental Concentration in Soil = PECsoil). Diese stan-

dardisierte Methode ist für eine anorganische Substanz wie Kupfer nicht geeignet da Faktoren wie

Bodentyp, Alterungsprozesse und Bioverfügbarkeit welche die Umweltkonzentration von Schwermetal-

len wie Cd, Zn, Ni, Pb und Cu direkt beeinflussen, unberücksichtigt bleiben. Diese Problematik trat

bereits deutlich bei der Bewertung dieser Metalle im Rahmen der REACH Verordnung auf. So wurden

bei der Altstoffen Bewertung (Richtlinien 793/93/EEC und 1488/94/EC) gemäß den Vorgaben des

Technical Guidance Documents (TGD, 2003) zuerst PNEC-Werte für Schwermetalle ermittelt, die deut-

lich unter der natürlichen Hintergrundbelastung von Böden lagen. Für eine realistischere Bewertung

war es daher notwendig Faktoren mit einzubeziehen die einen direkten Einfluss auf die Umweltkon-

zentration haben.

Mit der Fragestellung welche Bodentypen und Alterungsprozesse die Toxizität von Metallen im Boden

beeinflussen können setzten sich in der Folge ein Reihe von Autoren auseinander. Mit der Berechnung

von Bodentyp abhängigen PNECs für Schwermetalle beschäftigt sich die Studie von Smolders et al.

(2009). Auf dieser Vorgehensweise basierend wurden bei der umweltbezogen Risikobewertung von

Kupfer als im Rahmen REACH-Verordnung (VO 1907/2006) PNEC-Werte unter Berücksichtigung des

Bodentyps und somit der Bioverfügbarkeit von Kupfer, im Bereiche von 73 mg Cu/kg bis 173 mg

Cu/kg ermittelt. Diese Art von empirischem Modell wird auch im Guidance Dokument „Metals En-

vironmental Risk Assessment Guidance (MERAG)“ (ICMM 2007) empfohlen um Bioverfügbarkeit, Bo-

deneigenschaften und Toxizität zu verknüpfen. In der Praxis wurden PNEC Werte bereits in einer nie-

derländischen Studie „ALTERRA-rapport 1278“ (Groenenberg et al. 2006) als ökologisch relevanter

Grenzwert für die Risikobewertung von Kupfer in niederländischen Böden herangezogen.

Im Rahmen des Projektes wurden unterschiedliche Methoden zur Berücksichtigung der Bioverfügbar-

keit zur Ermittlung realistischerer Umweltkonzentration im Boden überprüft. Für die Risikobewertung

von Kupfer für das terrestrische Ökosystem findet das bereits bewährte Bodentypabhängige PNEC-

Konzept Anwendung. Es wurde eine PNEC-Matrix für leichte, mittlere und schwere Böden entwickelt

welchen beeinflussende Parameter wie pH-Wert, KAK und Humusgehalt berücksichtigt.


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III.2.1.1 Effekte von Kupfer im terrestrischen Ökosystem

III.2.1.1.5 Laboruntersuchungen von Bodenorganismen

Die Effekte von Kupfer auf Bodenorganismen wurden bereits in zahlreichen Studien im Labor unter-

sucht. Laboruntersuchungen werden an einzelnen Arten (z.B. Regenwürmer, Collembolen, Bodenmil-

ben, etc.) durchgeführt und die Ergebnisse bzw. Endpunkte in Effektkonzentration wie EC503 oder

NOEC4 dargestellt. Die Endpunkte der im Rahmen des EU-Genehmigungsverfahrens für PSM bewertet

Studien sind in der offiziellen Endpunktliste (LoEP) zu Kupfer zusammengefasst (siehe Anhang I).

Weiterhin liegen in der öffentlichen Literatur sind eine Vielzahl von Studienergebnissen vor. Für die

Ableitung von Gefährdungskonzentration (HC55) für Kupfer (Römbke & Jänsch 2007, Römke et al.

2005 und Framption et al. 2006) werden diese Endpunkte herangezogen um mit Hilfe der SSD (Spe-

cies Sensitivity Distribution)-Methode entsprechende HC5-Werte zu berechnen. Üblicherweise wird

dabei nicht nach unterschiedlichen Bodentypen differenziert. HC5-Werte die dagegen den Bodentyp

berücksichtigen wurden im Rahmen des „Voluntary Risk Assessments“ von Kupfer bei der Altstoffbe-

wertung gemäß VO 1907/2009 im „European Union Risk Assessment Report“ (Van Sprang et al. 2008)

abgeleitet.

Die Endpunkte von standardisierten Laboruntersuchungen stellen somit die Basis von der Berechnung

von Gefährdungskonzentrationen von Kupfer dar.

Tabelle 45: Zusammenfassung der in der Literatur verfügbaren HC5 Werte unterschiedlicher Effekt-ebenen für Bodenorganismen

HC5 (95 % C.I.) [mg Cutot/kg Bo-

den]

Effektebene Spezies Anzahl

Organismengruppen Referenz

27,7 (13,4 – 46,1)

NOEC/EC10 24 Bodeninvertebraten (Collem-bola, Oligochaeta, Acari)

Römbke & Jänsch 2007

55,0 (27,7 – 92,4)

EC50 37 Bodeninvertebraten (Nema-toda,Collembola Oligochaeta,

Acari, Isopoda)

Römbke et al. 2005

183,3 (80,3 – 316,3)

LC50 17 Bodeninvertebraten (Nema-toda,Collembola Oligochaeta,

Acari, Isopoda)

Frampton er al. 2006

73,1 bis 172,8 * NOEC/EC10 30 Bodeninvertebraten (Nemato-da,Collembola Oligochaeta, Acari), Mikroorganismen,

höhere Pflanzen

Van Sprang et al. 2008

III.2.1.1.6 Freilanduntersuchungen von Bodenorganismen

Die Effekte von Kupfer auf Bodenorganismen wurden nicht nur im Labor sondern auch im Freiland

untersucht. Da es für Freilandstudien im Vergleich zu Laboruntersuchungen nur sehr wenige verein-

3 EC50: Konzentration bei der 50 % der Testorganismen Effekte aufweisen

4 NOEC: Konzentration bei der keine Effekt auf die Testorganismen auftreten

5 HC5: Konzentration bei der 5 % der betrachteten Gruppe von Spezies geschädigt werde


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heitlichte Testrichtlinien gibt, sind Freilandstudien generell weit weniger standardisiert. Auch die zu-

grundeliegenden Fragestellungen der Studien können sehr stark variieren (wie z.B. Effekte auf die

Lebensgemeinschaft oder auf Einzelorganismen, Einfluss unterschiedlicher Bodenparameter, Mecha-

nismen der Anpassung, etc…) und somit ist die Vergleichbarkeit und die allgemeine Interpretation von

Endpunkten (Ergebnissen) schwierig. Die Ableitung von allgemeingültigen Annahmen wie z.B. zur

Bioverfügbarkeit oder der möglichen Auswirkungen aufgrund langjähriger Akkumulation von Kupfer im

Boden, ist nur in sehr begrenztem Ausmaß möglich. Aufgrund der geringen Vergleichbarkeit der Er-

gebnisse aus Freilandstudien ist das Einbeziehen dieser Endpunkte in die Berechnung einer Gefähr-

dungskonzentrationen nicht zielführend, vielmehr erlauben die Ergebnisse von Freilandstudien die

Klärung von sehr spezifischen Fragestellungen.

Jänsch und Römke (2009) werten Ergebnisse verschiedener, in der Literatur verfügbarer Freilandstu-

dien aus. Berücksichtigt wurden hauptsächlich Studien mit Oligochaeten, die in die Analyse mit einge-

gangen sind aber auch Daten zu Nematoden, Milben und Collembolen.

Die Auswertung von Freilandstudien ergab ein Effektkonzentrationen von ca. 50 mg/kg TG (> 30 %

Unterschied zur Kontrolle) die gut den aus den ökotoxikologischen Labordaten abgeleitete HC5 Wert

von Römke & Jänsch (2007) und Römke et al. (2005) widerspiegelt. Die grundsätzliche Frage ob Da-

ten aus dem Freiland mit aus dem Labor Versuchsergebnisse vergleichbar sind, oder ob Labordaten

aufgrund der Expositionssituation (zumeist frische Rückstände) grundsätzlich höhere Toxizität aufwei-

sen, wird in der Literatur diskutiert.

In einer Untersuchung von Bruus Pedersen et al. (1999) wurden die Ergebnisse einer Freilandstudien,

in welcher der Einfluss von Kupfer auf die Lebensgemeinschaft von Bodenarthropoden untersucht

wurde, mit Labor-Daten aus der Literatur verglichen. Die Resultate dieses Vergleichs weisen darauf

hin, dass die Effekte auf die Lebensgemeinschaft (Artenzusammensetzung) sehr gut mit erhöhten

Kupferkonzentrationen in Zusammenhang steht, während einzelnen Arten oft weit weniger sensibel

reagierten.

Zu ähnlichen Ergebnissen kommt auch Korthals (1996) der den Einfluss von Kupfer und den pH auf

die Lebensgemeinschaft von Nematoden untersuchte und herausfand, dass die Artenzusammenset-

zung ein besserer Indikator für höhere Kupferkonzentrationen ist als die Anzahl einzelner Nematoden-

Arten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass in Freilandstudie einzelnen Organismen unter Umstän-

den weniger sensibel reagieren als in Laborstudien, die Artenzusammensetzung aber insgesamt ein

weitaus sensitiverer Endpunkt sein kann im Vergleich zu den Effekten auf Einzelorganismen. Laborda-

ten müssen also nicht zwangsweise zu niedrigerer Effektkonzentration im Vergleich zu Freilandstudien

führen, wenn z. B. der Einfluss von multiplen Stressfaktoren (Nahrungsknappheit, Konkurrenz und

Wechselwirkung mit anderen Tieren und Pflanzen) den Effekt der abnehmende Bioverfügbarkeit über-

lagern (Bruus Petersen et la., 1999).

Auch für Mikroorganismen sind Untersuchungsergebnisse aus dem Freiland vorhanden. Bei den meis-

tens Studien geht es dabei um die Fragestellung der Auswirkung von hoch belasteten Böden auf die


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Mikroorganismen und die Bodenaktivität, sowie um Adaptationsfähigkeit von Bodenmikroorganismen

an erhöhte Kupferkonzentrationen. Mertens et al. (2010) untersucht die Auswirkungen von Kupfer auf

die funktionelle Stabilität von nitrifizierenden Mikroorganismen in historisch durch Kupfer zum Teil

stark belastete Böden. Die untersuchten Bodenproben wiesen Kupferkonzentration im Bereich von 13

bis zu 4360 mg Cu/kg auf. Die Ergebnisse zeigen, dass Langzeitbelastungen und die damit verbunde-

ne Kupfertoleranz keinen Einfluss auf die Bodenfunktion (Stickstoff Kreislauf) hatte. Auch zusätzliche

Stressfaktoren wirken sich nicht auf die Stabilität der mikrobiellen Lebensgemeinschaft aus. Zu gegen-

sätzlichen Ergebnissen kommt aber eine Studien von Tobor-Kaplon et al. (2005): die durch Langzeit-

exposition erworbene Kupfertoleranz von Mikroorganismen steht in Verbindung mit einer erhöhten

Anfälligkeit von zusätzlichen Stressfaktoren. Weitgehende Übereinstimmung besteht darin, dass bei

Mikroorganismen die Sensitivität gegenüber Kupfer grundsätzlich auch von der Bioverfügbarkeit ab-

hängig ist und sie über eine hohe Anpassungsfähigkeit gegenüber längerfristiger Exposition verfügen.

Das Ausmaß Anpassungsfähigkeit ist wiederum maßgeblich abhängig von der Bioverfügbarkeit der

Rückstände im Boden.

III.2.1.1.7 Freilanduntersuchungen in Pflanzen

Publikationen über Freilandstudien mit Pflanzen liegen ebenfalls vor. Der Fokus der Untersuchengen

liegt aber im Wesentlichen auf der Bestimmung der Kupferkonzentrationen in der Pflanze. Es zeigt

sich, dass die in den Pflanzen erforderliche, durchschnittliche und toxische Kupferkonzentrationen sehr

eng beisammen liegen. Im Allgemeinen treten bei Blatt- bzw. Sprosskonzentrationen unterhalb von 1-

5 mg Cu kg-1 bereits Mangelerscheinungen auf (Marschner, 1995). Während an unkontaminierten

Standorten die meisten Feldfrüchte in ihrer oberirdischen Biomasse zwischen 5-15 mg Cu kg-1 enthal-

ten, wirken bereits Blatt- bzw. Sprosskonzentrationen ab 20-30 mg Cu kg-1 toxisch (siehe Tabelle 46).

Während die toxischen Blattkonzentrationen für Feldfrüchte recht gut abgesichert sind, schwanken die

als toxisch erachteten Totalgehalte im Boden sehr stark. Dies hat unter anderem mit der Vielfalt an

Bodenparametern zu tun, welche die Toxizität und Bioverfügbarkeit beeinflussen. Diesbezüglich publi-

zierte Werte schwanken zwischen 200 mg Cu kg-1 (Reduktion Sprossbiomasse Citrus Limon; Bruus

Pedersen et al. [2000] in Rooney et al., [2006]) und >4000-8000 mg Cu kg-1 (NOEC Glycine max;

Roth et al. [1971] in Rooney et al., [2006]).

Tabelle 46 Durchschnittliche und toxische Kupferkonzentrationen in oberirdischer Biomasse ver-schiedener Pflanzen

Pflanzen/Art Konzentration in Biomasse

[mg kg-1] Referenz

durchschnittliche Konzentrationen in Pflanzen

Sommerweizen Spross 5-10 Marschner (1995)

Ryegrass Spross 6-12 Marschner (1995)

Zuckerrübe Blatt 7-15 Marschner (1995)

Tomate Blatt 6-12 Marschner (1995)

Luzerne Spross 6-15 Marschner (1995)


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Pflanzen/Art Konzentration in Biomasse

[mg kg-1] Referenz

Wein Blatt 10-20 Toselli et al. (2008)

Apfel Blatt 5-12 Marschner (1995)

Fichte Nadel, 1-2 jährig 4-10 Marschner (1995)

Eiche Blatt 6-12 Marschner (1995)

Birke Blatt 6-12 Marschner (1995)

toxische Konzentrationen in Pflanzen

Feldfrüchte generell 20-30 Marschner (1995)

Gerste Blatt 20 Borkert et al. (1998)

Gartenbohne Blatt 20-30 Borkert et al. (1998)

Tabak Blatt 17 Borkert et al. (1998)

Die Vergleichbarkeit und somit auch die allgemeine Interpretation von Endpunkten (Ergebnissen) aus

Freilandstudien und die Ableitung von allgemeingültigen Annahmen wie z.B. zur Bioverfügbarkeit oder

der möglichen Auswirkungen aufgrund langjähriger Akkumulation von Kupfer im Boden, ist grundsätz-

lich schwierig. Die Gründe dafür sind vielfältig, so werden zum Teil sehr unterschiedliche Fragestellun-

gen, wie z.B. Effekte auf die Lebensgemeinschaft oder auf Einzelorganismen, Einfluss unterschiedli-

cher Bodenparameter, Mechanismen der Anpassung, etc…, untersucht. Die Wechselwirkungen der

Spezies untereinander und die verschiedenen klimatischen Bedingungen erschweren ebenfalls die

Vergleichbarkeit. In vielen Fällen liegen den Studien auch keine standardisierten Vorgehensweisen zur

Durchführung und Auswertung zugrunde.

III.2.1.2 Bioverfügbarkeit

Bioverfügbarkeit ist der Grad, bis zu dem Chemikalien im Boden durch menschliche oder ökologische

Rezeptoren absorbiert oder metabolisiert werden oder für den Austausch zwischen biologischen Sys-

temen zur Verfügung stehen (DIN ISO 11074). Ganz allgemeine handelt es sich also bei der Biover-

fügbarkeit um den Anteil eines Stoffes, der einem Organismus durch die direkte Aufnahme oder durch

das Anhaften an die Körperoberfläche zu Verfügung steht und einen Effekt auslöst.

III.2.1.2.8 Beeinflussende Faktoren

III.2.1.2.8.1 pH Wert

Die Adsorption von Kupfer an die Bodenfestphase hängt unter anderem von der Reaktivität der Eisen-

und Manganoxide und der organischen Substanz ab, welche ihrerseits sehr stark pH-abhängig ist.

Generell wird davon ausgegangen, dass die Bioverfügbarkeit bei einem pH >7 geringer wird und bei

pH-Werten <5 drastisch ansteigt (Adriano, 2001), ebenso haben Cavallaro und McBride (1980; in

Adriano, 2001) festgestellt, dass durch die schrittweise Anhebung des pH-Werts der Bodenlösung (z.B.

durch Kalkung) die Kupfer-Löslichkeit stark abnimmt. Generell wird davon ausgegangen, dass Biover-

fügbarkeit und Phytotoxizität von Kupfer in sauren Böden am größten sind und durch Kalkung die


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Kupferkonzentration in den Pflanzen reduziert wird (Adriano, 2001; Chaignon et al., 2003). Auch eine

durch Gipsaufbringung durchgeführte Kalziumdüngung oder hohe Phosphatgaben können Kupfer-

Toxizität kompensieren (Blume et al., 2009). Dies gilt vor allem für belastete Standorte. An unbelaste-

ten Standorten hat der pH-Wert einen relativ geringen Einfluss auf die Kupfer-Aufnahme. So zeigen

Michaud et al. (2007) in einem Feldversuch, dass die Kupferkonzentrationen in Wurzeln von Hartwei-

zen an Kalkstandorten wider Erwarten höher sind als an sauren Standorten mit vergleichbaren Kupfer

Konzentrationen. Diese überraschende Entdeckung wird damit begründet, dass der Hartweizen im-

stande ist, die Rhizosphäre in Bezug auf die Kupferaufnahme zu manipulieren: An den Kalkstandorten

kommt es durch Ausscheidung von chelatisierenden organischen Verbindungen in der Rhizosphäre zu

einer Zunahme der Bioverfügbarkeit, während es an den sauren Standorten durch Wurzelausschei-

dungen zu einer Erhöhung des pH-Werts in der Rhizosphäre und damit zu einer Abnahme der Kupfer-

Verfügbarkeit kommt. Die Vielzahl an Rhizosphärenprozessen (Ausscheidung von Protonen, organi-

schen Säuren, Siderophoren etc.), welche wiederum abhängig sind von der Pflanze selbst sowie von

Bewirtschaftungs- und Standortfaktoren, scheint also zu einem hohen Grad den pH-Effekt zu überla-

gern und die Bioverfügbarkeit von Kupfer mit zu beeinflussen.

Eine signifikante Interaktion zwischen Kupfer und pH konnte für zahlreiche Genera der Nematoden

festgestellt werden, wobei die Kombination aus niedrigem pH und hohen Kupfer-Gesamtgehalten den

stärksten negativen Effekt hervorruft (Korthals et al., 1996). Insbesondere führen die Autoren diesen

Effekt darauf zurück, dass der niedrige pH-Wert die Adsorption von Kupfer an die Bodenmatrix redu-

ziert und damit die Toxizität von Kupfer erhöht.

III.2.1.2.8.2 Organische Substanz

Die große Bedeutung der organischen Substanz (OS) für den Kupferkreislauf in Böden wird besonders

an Standorten mit außergewöhnlich hohen OS Gehalten deutlich, dort treten sehr häufig Kupfer Man-

gelsymptome auf. Die Affinität der OS für Kupfer rührt daher, dass Kupfer sehr stabile Komplexe mit

Humin- und Fulvosäuren sowie einigen niedrigmolekularen organischen Säuren bildet. Diese besonde-

re Affinität hat jedoch zwei teilweise gegenläufige Effekte zur Folge: Einerseits wird durch die außer-

gewöhnliche Stabilität bestimmter Organo-Kupfer Verbindungen die gelöste Fraktion drastisch redu-

ziert, andererseits kann die Bildung von Komplexen in der Bodenlösung eine Nachlieferung von der

Festphase in die gelöste Phase induzieren und letztendlich zu einer Zunahme des bioverfügbaren Kup-

fers führen (Adriano 2001, Michaud et al. 2007). Anhand eines Pools von 353 Bodenproben konnte

jedoch gezeigt werden, dass das im Bodenwasser gelöste - und somit bioverfügbare - Kupfer im All-

gemeinen mit zunehmender OS abnimmt (Sauvé et al., 2000). Diese bedeutende Rolle der OS in der

Kupfer-Dynamik von weinbaulich genützten Böden konnte z.B. durch Fernandez-Calviño et al. (2008)

bestätigt werden. Die Autoren fanden einen deutlichen Rückgang des EDTA-extrahierbaren Kupfers

mit zunehmender OS. Obwohl der Fokus der meisten Studien auf der Toxizität bzw. Bioverfügbarkeit

gegenüber Pflanzen lag, konnte auch gezeigt werden, dass die Toxizität auf Regenwürmer durch er-


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höhte Gehalte an OS abgepuffert wird (Avila et al., 2009). Analog dazu wird durch die Bindung von

Kupfer an die organische Substanz die toxischen Effekte auf Mikroorganismen und Pflanzen reduziert

(Bolan et al., 2003). In zahlreichen Versuchen konnte nachgewiesen werden, dass wiederholte Stick-

stoffgaben die Toxizität von Kupfer gegenüber Pflanzen verringern können. Zusätzlich zum „Verdün-

nungseffekt“, d.h. die Zunahme der pflanzlichen Biomasse durch erhöhte Stickstoff-Düngung bei

gleichbleibender Kupfer-Versorgung, hat Stickstoff sehr spezifische Effekte auf die Aufnahme von Kup-

fer wie z.B. die Sequestrierung von Kupfer an Aminosäuren und Abnahme der Umlagerung von Kupfer

von alten vegetativen Teilen in jüngere, im Wachstum befindliche Organe.

III.2.1.2.8.3 Kationenaustauschkapazität KAK

Die Kationenaustauschkapazität (KAK) gilt als „Summenparameter“, welcher unter anderem eine

Funktion von pH, Tonanteil und organischem Gehalt ist. Diese Faktoren sind allgemein dafür bekannt

die Bioverfügbarkeit von Metallen zu beeinflussen, so nimmt z.B. die Schwermetalltoxizität mit stei-

gender effektiver KAK linear ab. Diese Abhängigkeit gilt besonders für Pflanzen und Invertebraten, die

Empfindlichkeit von Bodenmikroorganismen lässt sich damit weniger gut erklären (Smolders et al.

2009).

III.2.1.2.8.4 Alter der Rückstände

Nach der Applikation von Kupfer setzen im Boden eine Reihe von Verteilungsreaktionen zwischen fes-

ter und flüssiger Bodenphase ein, welche auch die Konzentration des bioverfügbaren Kupferanteils

steuern. Dieser Vorgang wird auch als „Alterung“ bzw. „ageing“ bezeichnet. Typischerweise ist die

Bioverfügbarkeit von Kupfer in klassischen Standard-Labortest deutlich höher als jene von gealtertem

Kupfer, da die Applikation meistens unmittelbar vor der Exposition erfolgt und das ageing noch nicht

abgeschlossen ist. Allgemein gilt, dass mit zunehmendem Alter der Rückstände, die Bioverfügbarkeit

und damit die Toxizität des Kupfers abnehmen. Nachdem der Einfluss der Alterung auf die Kupfertoxi-

zität zentraler Bestandteil der Risikobewertung ist, wurde im Zuge des „European Union Risk Assess-

ment Report“ zu Kupfer (Van Sprang et al. 2008) der Zusammenhang zwischen ageing und Toxizität

für eine Reihe von Organismen untersucht. Dabei wurden an einem seit 70 Jahren mit Cu kontami-

niertem Standort entlang eines Konzentrationsgradienten Bodenproben gezogen. Derselbe Konzentra-

tionsgradient wurde im Labor erzeugt, indem aliquote Kupfermengen zu nicht kontaminiertem Boden

desselben Standorts dazugegeben wurden. Der Einfluss der Alterung lässt sich somit recht einfach aus

dem Vergleich zwischen „gealtertem“ und „rezentem“ Kupfer ableiten. Auf den frisch kontaminierten

Böden waren signifikante Effekte auf das Wachstum des Windenknöterichs bei 260 – 280 mg Cu/kg zu

verzeichnen, während auf den natürlich gealterten Böden ca. 30 % Effekt bei 930 mg Cu/kg festge-

stellt wurden (Pedersen et al. 2000). Deutliche Abhängigkeiten der Toxizität von gealterten Rückstän-


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den lassen sich auch bei Versuchen mit Invertebraten erkennen wie z.B. für Collembolen (Folsomia

fimentaria). Scott-Fordsmand et al (2000) wies nach, dass die Reproduktion von Folsomia fimentaria

viel stärker durch frische Rückstände im Boden (EC10 = 337 mg Cu/kg) beeinträchtigt war als in Test

mit gealterten Rückständen (EC10 > 2911). Somit ist die „Kontaminations-Historie“ im Wesentlichen

verantwortlich für die unterschiedlichen Effekte auf Collembolen. Als Substrat in diesen Labortests

wurden gering belastete Bodenproben vom Standort Hygum (DK) verwendet, die mit frischem Kupfer

angereichert wurden (bis maximal 3000 mg Cu/kg), sowie stark kontaminierte Bodenproben mit ei-

nem Kupfer-Gesamtgehalt von 2912 mg Cu/kg. Bemerkenswert ist, dass die Unterschiede in der

Bioverfügbarkeit vom Kupfer in diesen Experimenten nicht mit Mittelwerten der wasserlöslichen Kup-

fer-Fraktion erklärt werden konnten.

Nicht nur der Prozess der Alterung beeinflusst die Bioverfügbarkeit von Kupfer im Boden, sondern

auch das „Leaching“, also die Auswaschung von leicht löslichem Kupfer aufgrund von Niederschlägen.

Der Einfluss dieses Prozesses wurde im Labor durch „künstlichen Regen“ simuliert und es konnte ge-

zeigt werden, dass die Grenzkonzentrationen der Effekte auf Pflanzen und Invertebraten nach künstli-

cher Auswaschung wesentlich höher waren als ohne Auswaschung (z.B. Bongers et al 2004).

III.2.1.2.9 Methoden zur Berücksichtigung der Bioverfügbarkeit

III.2.1.2.9.1 Extraktionsmethoden

Obwohl im Laufe der letzten Jahrzehnte zahlreiche Labormethoden (v.a. sogenannte Bodenextraktio-

nen) zur Bestimmung des bioverfügbaren Kupfers entwickelt wurden, steht bis dato keine allgemein-

gültige chemisch-physikalische Methode zur Verfügung, die in der Lage ist die bioverfügbare Fraktion

zu bestimmen und gleichzeitig einen Konnex zu Effektkonzentrationen (NOEC, EC50 usw.) herzustel-

len. Grundsätzlich handelt es sich bei den klassischen Verfahren (EDTA, NH4NO3, etc.) um „gleichge-

wichtsbasierte“ Extraktionsverfahren und diese Verfahren wurden entwickelt, um die Kupferversor-

gung von Böden abzuschätzen, vor allem in Hinblick auf Kupferversorgung bzw. Kupfermangel. Bis

heute hat sich kein standardisierter Test etabliert, mit Hilfe dessen Kupfertoxizität im Boden ausrei-

chend vorhergesagt werden könnte (Reichman, 2002). Es hat sich nämlich gezeigt dass etwa chelati-

sierende Extrakte wie DTPA oder EDTA zwar einigermaßen genau mit dem in die Pflanze aufgenom-

menen Kupfer korrelieren, jedoch für die Vorhersage der Phytotoxizität nur ungenügend geeignet

sind. Mögliche Erklärungen dafür sind, dass einerseits die Gehalte in belasteten Böden die Extraktions-

leistung der Lösungen übersteigen, dass die Tests für humusarme Böden entwickelt wurden und somit

die organisch gebundene Fraktion nicht korrekt berücksichtigen und dass es durch die Extraktionslö-

sung zu einer pH-Änderung des Bodens und somit zu einer Fehleinschätzung der tatsächlichen Biover-

fügbarkeit kommt. Damit diese Extraktionsmethoden für die Vorhersage der Toxizität brauchbar wä-

ren, müssten sie zudem noch in einen biologischen Kontext gesetzt und mit einem gemessenen Effekt


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auf einen Organismus geeicht werden (Smolders et al. 2009). Dies ist in der Praxis aufgrund des da-

mit verbunden Aufwands nicht umsetzbar.

Nachdem die oben genannten Methoden streng genommen nur für die Pflanzenverfügbarkeit von

Kupfer entwickelt wurden, ist deren Aussagekraft für die generelle Bioverfügbarkeit (inkl. Mikro- und

Makroorganismen) beschränkt. Zwar konnte eine gewisse Beziehung zwischen EDTA-extrahierbarem

Kupfer und der Anzahl von aeroben Kupfer-resistenten Bakterien gefunden werden, jedoch lassen sich

keine weiteren Zusammenhänge zeigen (Dumestre et al., 1999). Um die tatsächliche „Resorptionsver-

fügbarkeit“ (bioaccessibility) festzulegen, wären Organismen-basierte Tests notwendig, z.B. sogenann-

te „simulated gut extractions“ in denen die Resorption von Kupfer in den Verdauungsorganen des

Regenwurms simuliert wird.

III.2.1.2.9.2 Diffusive-Gradient-in-Thin-Films Konzept (DGT)

Eine beträchtliche Schwierigkeit bei der Verlinkung von Gehalten im Bodenextrakt mit toxischen Effek-

ten beruht auf der mangelnden Berücksichtigung kinetischer Aspekte im Boden - wie zum Beispiel die

Nachlieferung von Kupfer in die Bodenlösung - durch die oben genannten, gleichgewichtsbasierten

Verfahren. Deshalb wurden in den letzten Jahren zahlreiche Versuche unternommen, die Kinetik der

Nachlieferung von Metallen in die Bodenlösung mit zu berücksichtigen. Das wohl bekannteste dieser

Verfahren ist das diffusive-gradient-in-thin-films Konzept (DGT). DGTs basieren auf dem Fick’schen

Diffusionsgesetz und messen den zeitlich gemittelten Stofffluss ins Gel für eine bestimmte Expositi-

onsdauer des Bodens. Die Abreicherung des Kupfers in der Bodenlösung (durch Adsorption an das

Gel) bewirkt, dass die Nachlieferung aus der Festphase simuliert wird. Für Kupfer hat es teilweise

vielversprechende Ergebnisse gegeben, allerdings ist die Methode noch nicht praxistauglich und aus-

reichend etabliert.

III.2.1.2.9.3 Rhizotest

Alle oben genannten Methoden haben den Nachteil, dass sie Prozesse, welche an der Schnittstelle

zwischen Boden und Wurzeln (Rhizosphäre) stattfinden, nicht ausreichend berücksichtigen. Da Pflan-

zen durch Ausscheidung von organischen Säuren, Protonen usw. im Stande sind den Boden im unmit-

telbaren Kontaktbereich zur Wurzel zu verändern, ist in Wurzelnähe die Bioverfügbarkeit von Metallen

gegenüber dem nicht-durchwurzelten Boden verändert. Für Detailfragen greifen deshalb sehr oft

Standardmethoden zu kurz. Um diese Rhizosphärenprozesse bei der Bewertung der Bioverfügbarkeit

von Kupfer zu berücksichtigen, wird derzeit in Frankreich ein standardisierter Test entwickelt (RHIZO-

test; Bravin et al., 2010). Dabei werden unter standardisierten Bedingungen, Wurzeln von 3-wöchigen

Weizenkeimlingen mit Boden in Kontakt gebracht. Das in den Weizen aufgenommene Kupfer gilt als

Maß für die Bioverfügbarkeit.


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III.2.1.2.9.4 Mathematische Modelle

Sämtliche oben genannten Methoden sind mit dem Nachteil behaftet, dass sie z.T. erheblichen Ar-

beitsaufwand mit sich bringen und dementsprechend mit Kosten verbunden sind. Mathematische Mo-

delle spielen deshalb als Alternative in der Risikobewertung eine immer wichtigere Rolle.

Generell wird davon ausgegangen, dass die im Porenwasser gelöst vorliegende Form von Metallen die

biologisch relevante, also bioverfügbare Fraktion darstellt und die Toxizität im Wesentlichen von der

Aktivität des freien Metalls im Porenwasser abhängt; ein Zusammenhang von dem z.B. das „free ion

activity model“ (FIAM, Morel, 1983) ausgeht. Dieses Modell berücksichtigt eine Vielzahl an Faktoren,

wie z.B. die Konzentration der Hauptkationen in der Bodenlösung oder die Metallgehalte in der Pflan-

ze. Obwohl das FIAM in einigen Fällen gute Vorhersagen für die Bioverfügbarkeit geliefert hat, ist die

praktische Anwendbarkeit aufgrund der Vielfalt und Komplexität der zu berücksichtigten Prozesse sehr

beschränkt und daher für die Fragestellung des Projekts ungeeignet. Das „terrestrial biotic ligand mo-

del“ (t-BLM) ist eine stark an Modelle der aquatischen Ökotoxikologie angelehnte Alternative zum FI-

AM und berücksichtigt auch die Konkurrenz um Bindungsstellen am Wurzelapoplasten. Auch dieses

Modell ist für die Praxis noch nicht auf großer Skala anwendbar. Demgegenüber stehen einfache em-

pirische Modelle, wie z.B. lineare oder multiple Regressionen. Über einfache lineare Regressionen ist

es möglich diejenigen Bodenparameter zu ermitteln, welche den größten Anteil an der Variation der

Toxizität eines tierischen Organismus oder einer Pflanze zu erklären. Rooney et al. (2006) gelang es,

einfache und multiple Korrelationen zwischen Bodenparametern und Cu-Effektkonzentrationen gegen-

über Wurzelbiomasse von Tomaten herzuleiten. Die Autoren fanden bei einem r²=0.7 folgenden Zu-

sammenhang zwischen dem EC50 und der Kationenaustauschkapazität des Bodens:

log EC50 = 1.41 + 0.97 log (KAK)

Eine ausreichender Validierung vorausgesetzt, stellen solche einfachen empirischen Modelle ein robus-

tes Vorhersagetool für die Toxizität von Kupfer dar.

III.2.1.2.10 Methode der Wahl

Im Rahmen der Altstoff Bewertung bzw. Neustoffanmeldung gemäß Verordnung (EG) Nr. 1907/2006

zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe (REACH) (vormals Ver-

ordnung (EWG) Nr. 793/93 und Verordnung (EG) Nr. 1488/94) wurde - gemäß der Vorgaben des

Technical Guidance Documents (TGD 2003) - ein „Voluntary Risk Assessment“ (VRA) für verschiedene

industriell verwendete Kupferverbindungen durchgeführt und ein umfangreicher „European Union Risk

Assessment Report“ (EU-RAR) verfasst. In diesem Report wurden HC5 –Werte sowie PNECs (Predicted

No Effect Concentrations) für Kupfer abgeleitet. Für industrielles verwendetes Kupfer wurden zur Be-

rechnung des HC5 die Effektdaten von Bodenmakroorganismen (Auswirkungen auf Artniveau) und

Mikroorganismen (Auswirkungen auf funktionellem Niveau) herangezogen. Demnach gibt es für im

Boden lebende wirbellose Tiere, wie Regenwürmer, Nematoden, Collembolen, Bodenmilben, Asseln


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usw. statistisch gut abgesicherte HC56 (95 % CI) Werte die auf der Basis der Species Sensitivity Distri-

bution (SSD)-Methode berechnet wurden (siehe auch 7.1.1.1). Auf der Basis der errechneten HC5-

Werte wurden unter Zuhilfenahme von weiteren Sicherheitsfaktoren PNEC-Werte abgeleitet. Dabei

handelt es sich um vorhergesagte Konzentrationen, bei denen keine schädlichen Auswirkungen auf die

Umwelt zu erwarten sind, und die zur umweltbezogen Risikobeschreibung dienen. Diese Vorgehens-

weise zur Bewertung von Kupfer, welche die Bodeneigenschaften (mit KAK als Schlüsselparameter)

und somit die Bioverfügbarkeit mit berücksichtigt, wird vom „Scientific Committee on Health and En-

vironmental Risk“ (SCHER) der Europäischen Kommission akzeptiert (Scher 2009).

Für das AGES Kupferprojekt folgt die Risikobewertung für terrestrische Organismen weitgehend dem

Konzept, welches bereits im Rahmen der REACH Bewertung angewendet wurde und dem im Technical

Guidance Document (TGD) beschriebenen Verfahren (i.e. Ableitung von PNEC aus in Einzelspezies-

tests gewonnenen NOEC) entspricht. Dasselbe Konzept wurde auch in der niederländischen Studie

„ALTERRA-rapport 1278“ (Groeneberg et al. 2006) und dem EFSA scientific/technical report „Pre-

Assessment of Environmental Impact of Zinc and Copper Used in Animal Nutrition“ (Monteiro et al.,

2010) zur Ableitung ökologisch relevanter Grenzwerte für die Risikobewertung von Kupfer Böden her-

angezogen.

Unterstützt durch das Department for Environment Food and Rural Affairs (Defra) der britischen Re-

gierung haben zwei Industriefachverbände (International Council on Mining and Metals und Eurome-

taux) ein umfangreiches Projekt initiiert, welches zum Ziel hatte Richtlinien für die Umweltbewertung

von Metallen entwickeln. Über 60 Experten aus Universitäten, Behörden und Interessensverbänden

haben daraufhin die "Metals Environmental Risk Assessment Guidance (MERAG)" (ICMM, 2007) er-

stellt. Auch im Rahmen dieses Guidance Dokuments wurde die Verwendung von derartigen empiri-

schen Modellen als zweckmäßige Methode erachtet, um Bioverfügbarkeit, Bodenchemie und Toxizität

zu verknüpfen.

III.2.2 Material und Methoden

III.2.2.1 Herleitung der PNEC-Werte unter Berücksichtigung der Bodeneigenschaften

Neben den reinen Effektdaten fließen in den PNEC-Werten weitere Faktoren, wie CEC-Werte, pH, or-

ganischer Anteil, sowie ein Faktor der die Bodenalterung berücksichtigt („Leaching/Aging“ Faktor), mit

in die Berechnung ein.

Die Herleitung der PNEC basiert auf einem mehrstufigen Verfahren, welches in weiterer Folge kurz

beschrieben wird – eine vollständige Ableitung wird im Voluntary Risk Assessment Report für Kupfer

(EU-RAR) ausführlich beschrieben.

6 HC5: Konzentration bei der 5 % der betrachteten Gruppe von Spezies geschädigt werden


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Abbildung 19: Schematische Darstellung der PNEC Herleitung

III.2.2.2 Herleitung der Effektkonzentrationen

Die Effektkonzentrationen, welche in diesem Projekt für die PNEC-Berechnung herangezogen wurden,

sind dieselben wie jene des EU-RAR. Hierbei handelt es sich um ökotoxikologische Endpunkte aus

standardisierten Laboruntersuchungen, welche experimentell abgeleitet und im Rahmen von wissen-

schaftlichen Publikationen veröffentlicht wurden.

Es wurden berücksichtigt: 67 NOEC für Pflanzen (z.B. Tomate, Gerste, Weidelgras, Windenknöte-

rich), 108 NOEC für Invertebraten (z.B. Regenwurm, Kompostwurm, Nematoden) und 79 NOEC

für Mikroorganismen (z.B. Denitrifikation, Ammonifikation, Substratinduzierte Respiration, mikrobi-

elle Biomasse, Stickstoffmineralisierung).

Die Effektkonzentrationen für Invertebraten und Pflanzen beziehen sich auf klassische ökotoxikologi-

sche Kenngrößen wie z.B. Wachstum, Reproduktion, Überleben und stammen aus Einzelspeziestests.

Die mikrobiellen Effektkonzentrationen beziehen sich auf typische Funktionen, wie z.B. Respiration, C-

und/oder N-Mineralisierung, und stammen aus Mehrspeziestests. Bedingung für die Berücksichtigung

der jeweiligen Publikationen ist die Relevanz des durchgeführten Experiments für europäische Böden.

In Nährlösung oder reinem Quarzsand durchgeführte Versuche wurden ebenso ausgeschlossen wie

Versuche, welche mit tropischen oder subtropischen Böden durchgeführt wurden. Somit beziehen sich

Effektkonzentrationen ausschließlich auf natürliche oder künstliche Substrate (z.B. OECD Modellsub-

strat), welche für Österreich und Europa relevant sind. Außerdem wurden nur solche Experimente

NOEC L/A

NOECL/A

NOECL/A, norm

SSD

HC5 / PNEC

Herleitung der Effektkonzentrationen Berücksichtigung der Alterung

Normalisierung der Effektkonzentrationen

Ableitung der HC

5 /PNEC


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berücksichtigt, deren Substrate in Bezug auf Humusgehalt, pH-Wert, Kationenaustauschkapazität und

Tongehalt vollständig charakterisiert wurden. In Anlehnung an die Empfehlungen des TGD (2003)

beziehen sich die Effektdaten hauptsächlich auf NOEC-Werte. Die Methoden zur Bestimmung der

NOEC-Werte sind dieselben wie im TGD von 2003. Die Effektkonzentrationen und die respektiven

Bodenparameter wurden in einer Datenbank zusammengestellt, welche im EU-RAR ausführlich darge-

stellt ist und hier nicht weiter wiedergegeben wird.

III.2.2.3 Berücksichtigung der Alterung

Wird im Rahmen eines Experiments Kupfer zum Boden dazugegeben wird, dann befindet sich dies

unmittelbar nach der Dosierung zum Großteil im Porenwasser. Unmittelbar nach der Applikation findet

die erste Verteilungsreaktion zwischen Fest- und Flüssigphase statt. Im Gegensatz dazu wird das

„Ageing“ bzw. der Alterungsprozess als eine langsame Verteilungsreaktion verstanden, welche erst

nach 24h einsetzt. Typischerweise lässt sich aus gealterten Cu-Rückständen im Verhältnis weniger Cu

extrahieren als unmittelbar nach der Kupferdosierung. Es ist also offensichtlich, dass Alterungsreaktio-

nen stattfinden, welche die Extrahierbarkeit und somit die Bioverfügbarkeit reduzieren. Dies bedeutet

aber auch gleichzeitig, dass experimentell abgeleitete ökotoxikologische Endpunkte nicht ohne weite-

res auf die Situation im Feld übertragen werden können. Wird nämlich ein Experiment unmittelbar

nach der Kupferapplikation durchgeführt, so ist die Bioverfügbarkeit ungleich höher als nach Abschluss

der Alterungsreaktionen (z.B. in einem 50 Jahre lang genutzten Weinberg). Dies bedeutet, dass die

Konzentration, welche nötig ist um einen toxischen Effekt zu erzielen, im Labor niedriger ist als im

Feld (Abb. 20, adaptiert von van Sprang et al. 2008).

Abbildung 20: Zusammenhangs zwischen Effekt- und Kupferkonzentrationen im Feld (ECx,F) und im Labor (ECx,L).

End

pu

nkt

(z.B

. % G

luko

sere

spir

atio

n)

Kupferkonzentration

ECx, F

ECx, L

= L/A

ECx, F

ECx, L


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Obwohl dieser grundlegende Zusammenhang seit Jahrzehnten ausführlich untersucht wird, gelang im

Rahmen des EU-RAR erstmals für zahlreiche Organismen eine systematische Quantifizierung des Ein-

flusses des Ageings auf die Effektkonzentrationen (Abbildung 21). An einer 70 Jahre alten Altlast in

Dänemark wurden dabei entlang eines Transekts bzw. Konzentrationsgradienten Bodenproben ent-

nommen. Vom selben Standort wurde auch unkontaminierter Boden beprobt. Durch Dosierung von

Kupfer zu diesem unkontaminierten Boden wurden Konzentrationsreihen erzeugt, welche exakt den

Konzentrationen entlang des Transekts entsprechen.

Das Verhältnis zwischen den Effektkonzentrationen aus Feld und Labor (ECFeld/ECLabor) stellt den

Leaching/Ageing7 Faktor dar.

Daher werden für experimentell abgeleitete Effektkonzentrationen folgende L/A-Faktoren empfohlen:

- L/A = 2, wenn das Experiment innerhalb von 120 Tagen nach der Kupferapplikation durchge-

führt wurde,

- L/A=1, wenn das Experiment mindestens 120 Tage nach der Kupferapplikation begonnen

wurde.

Der L/A-Faktor fungiert somit als multiplikativer Umrechnungsfaktor, der die Übertragbarkeit von La-

borexperimenten auf die Situation im Feld sicherstellt. Dieser Parameter wird auch als „Lab to Field“-

Faktor (i.e. „Labor zu Freiland“-Faktor) bezeichnet. Sowohl im oben erwähnten EFSA scientific report

als auch im EU-RAR wird ein L/A Faktor von 2 verwendet, der auch die Basis für die Bewertung in

diesem Projekt darstellt.

III.2.2.4 Normalisierung/Berücksichtigung der Bioverfügbarkeit

Es ist hinlänglich bekannt, dass die Bioverfügbarkeit und damit einhergehend die Toxizität von Cu sehr

stark von bodenspezifischen Parametern abhängt. Allerdings wurden erstmals im Zuge des EU-RAR

sowohl der Zusammenhang zwischen physiko-chemischen Bodenparametern und Kupfertoxizität als

auch die respektiven Regressionen systematisch untersucht. Die Experimente wurden mit 19 verschie-

denen, unkontaminierten und für Europa repräsentativen Böden durchgeführt. Es wurden Effekton-

zentrationen abgeleitet für: I) mikrobielle Funktionen (Nitrifikation, substratinduzierte Respiration,

Maisrespiration), II) Pflanzen (Tomate, Gerste) und III) Invertebraten mit festem Außenskelett

(Folsomia candida) und Invertebraten ohne festes Außenskelett (Eisenia fetida). Das Resultat dieser

umfangreichen Untersuchung waren somit sieben allgemein gültige Beziehungen zwischen Bodenpa-

rametern und Effektkonzentrationen. Einfache und multiple Regressionen wurden untersucht (siehe

Abbildung 21, adaptiert von van Sprang et al. 2008), wobei sich folgende Parameter mit dem größten

Einfluss auf die Effektonzentrationen erwiesen:

7 In den Leaching/Ageing (L/A-) Faktor fließt auch die Auswaschung des Kupfers unter Freilandbedingungen ein. Dieser Effekt wird im Rahmen dieses Projektes nicht näher diskutiert, eine ausführliche Herleitung findet sich im EU-RAR.


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- Kationenaustauschkapazität (KAK) für Toxizität gegenüber Pflanzen und Invertebraten, sowie

gegenüber Nitrifikation

- pH-Wert für Toxizität gegenüber Maisrespiration,

- Gehalt an organischer Substanz (OS) für Toxizität gegenüber substratinduzierter Respiration

Abbildung 21: Einfluss der Kationenaustauschkapazität (KAK) auf die Reproduktion von Eisenia fetida.

Diese Abbildung zeigt, dass für die untersuchte Spezies Eisenia fetida die Effektkonzentrationen mit

steigender KAK zunehmen. Dies deckt sich weitgehend mit den Ergebnissen aus der Literatur und

dieser Zusammenhang wurde auch im Rahmen des EU-RAR durch getrennt durchgeführte Experimen-

te validiert. Zunehmende KAK bedeutet in der Regel zunehmende Anzahl an Bindungsstel-

len/Adsorptionsflächen für Kupfer im Boden, weshalb mehr Kupfer „benötigt“ wird um denselben toxi-

schen Effekt zu erzielen wie bei niedriger KAK. Die Steigung der Geraden im doppelt-logarithmischen

Diagramm (i.e. 0.58) wird in weiterer Folge für die Normalisierung der in der Datenbank gesammelten

Effektonzentrationen verwendet. Da allerdings nicht für jeden in der Datenbank gelisteten Organismus

eine eigene Regression experimentell abgeleitet werden konnte, wurden die in der Datenbank geliste-

ten Organismen in sieben Gruppen eingeteilt. Jeder Gruppe wurde eine Normalisierungsgerade zuge-

ordnet: z.B. wurden sämtliche in der Datenbank gelisteten Organismen ohne festes Außenskelett der

Gruppe „Eisenia fetida“ zugeordnet und mit deren Steigung (0.58) normalisiert.

In den Umweltwissenschaften gibt es zahlreiche derartige Normalisierungsfunktionen: da der Abbau

von Pflanzenschutzmitteln z.B. temperaturabhängig ist, können mittels der Gleichung von Arrhenius

entweder Abbauraten verglichen werden, welche bei unterschiedlichen Temperaturen ermittelt wur-

den, oder Abbauraten auf eine Referenztemperatur umgerechnet werden. Im Falle der Normalisierung

der Cu-Effektkonzetrationen können analog dazu einerseits bei unterschiedlicher KAK durchgeführte

y = 0.58x + 1.85

R² = 0.75

log KAK

[cmol kg-1]

log E

C50

[mg k

g-1]

0.5 1.5 1.0

1.0

3.0

2.0

Reproduktion Eisenia fetida


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Experimente vergleichbar gemacht und andererseits die Effektkonzentrationen auf beliebige Kationen-

austauschkapazitäten umgerechnet werden.

III.2.2.5 Berechnung der PNEC-Werte

Die normalisierten Effektkonzentrationen werden als sogenannte Species Sensitivity Distribution (SSD)

Kurve aufgetragen. Auf der x-Achse werden die Effektkonzentrationen in aufsteigender Reihenfolge

aufgetragen, auf der y-Achse die respektiven Häufigkeiten. Die 5.Perzentile dieser Verteilung wird als

HC5 definiert. Da der PNEC-Wert direkt aus dem HC5-Wert abgeleitet wird (PNEC = HC5/AF, wobei

Sicherheitsfaktor AF = 1) bedeutet dies in direkter Folge, dass eine Beeinträchtigung von 5% der Or-

ganismen akzeptiert wird. Aufgrund des oben beschriebenen Normalisierungsverfahrens kann für jede

beliebige Kombination aus Bodenparametern eine derartige SSD-Kurve konstruiert und ein entspre-

chender PNEC-Wert abgeleitet werden.

Abbildung 22: Normalisierte Species Sensitivity Distribution (SSD) für zwei verschiedene Böden.

Zwei verschiedene, auf Excel basierende Programme stehen zur Verfügung, um die oben dargestellte

PNEC Herleitung durchzuführen:


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- das „SSV decision tool“, welches von der britischen Umweltbehörde „Environment Agency“

sowie den beiden privaten Unternehmen „wca environment“ und „euras-Arcadis“ entwickelt

wurde. (Environment Agency, 2012)

- „ARCHE’s metal PNEC soil calculator”, welches von der Firma ARCHE consulting im Rahmen

der REACH Bewertung von Zink entwickelt wurde und neben Zink auch noch die Berechnung

anderer Metalle erlaubt. (Arche Consulting, 2012)

Beide Programme basieren auf der im Rahmen der Kupferbewertung angelegten Datenbank. Die

im Rahmen dieses Projektes durchgeführten Berechnungen wurden mit dem „SSV decision tool“

durchgeführt und punktuell mit dem „metal PNEC soil calculator“ verglichen. Die Ergebnisse wei-

chen nur geringfügig voneinander ab.

III.2.3 Ergebnisse und Diskussion

III.2.3.1 Ableitung einer PNEC Tabelle mit Bezug auf Bodeneigenschaften

Um die Abhängigkeit der PNEC-Werte von den jeweiligen Bodeneigenschaften darzustellen, wurde je

eine Matrix für schwere, mittlere und leichte Böden entwickelt.

Eingangsparameter in diese Matrix sind die für die Bioverfügbarkeit maßgeblichen Bodeneigenschaften

pH-Wert, effektive Kationenaustauschkapazität und Humusgehalt. Die Einstufung der Bodenreaktion

und der Textur folgen der Einteilung der pH- und Bodenschwereklassen der „Richtlinien für die sach-

gerechte Düngung“. Die Werte der Kationenaustauschkapazität wurden in Anlehnung an typische, im

Rahmen der Bodenzustandsinventur und Routineuntersuchungen gemessene Werte, gewählt. Aus

diesen Inputparametern wurden für jede Zelle der Tabellen PNEC-Werte berechnet.

Die in die PNEC Berechnung maßgeblich einfließenden Parameter Humusgehalt, pH-Wert, Textur und

Kationenaustauschkapazität werden routinemäßig bestimmt.

Die nachfolgenden Tabellen geben die für einen Leaching/Ageing Faktor von 2 ermittelten PNEC Wer-

te für verschiedene Kombinationen von Bodenparametern wieder. Überschreitet die gemessene Kup-

ferkonzentration eines Standortes die Kupferkonzentration der entsprechenden Zelle, so ist gemäß der

Definition des PNEC8 von einer Beeinträchtigung von mindestens 5% der Organismen auszugehen. In

diesem Zusammenhang gilt es hervorzuheben, dass es sich hier um eine Gesamtbetrachtung des ter-

restrischen Ökosystems bzw. des Ökosystems Boden geht und keine Aussage über einen bestimmten

Organismus bzw. eine bestimmte Spezies daraus abgeleitet werden kann.

8 PNEC = HC5/AF (AF=1)


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Tabelle 47 PNEC-Werte für leichte Böden in Abhängigkeit vom pH-Wert, der effektiven KAK sowie dem Humusgehalt (%) im Boden in mg Gesamtkupfer/kg Boden

pH KAKeff Humus

1.5 2 3 4.5

stark sauer

8.5 50 55 60 60

10 55 60 65 65

20 75 80 90 95

30 85 90 105 115

sauer

8.5 50 55 60 65

10 55 60 65 70

20 75 80 90 100

30 85 95 105 115

schwach sauer

8.5 55 60 65 65

10 60 65 70 75

20 80 85 95 105

30 90 100 110 120

40 100 110 120 135

neutral

8.5 55 60 65 65

10 60 65 70 70

20 75 85 90 100

30 85 95 105 120

40 95 105 120 130

alkalisch

8.5 50 55 60 60

10 55 60 65 65

20 70 80 85 95

30 80 90 100 110

40 90 100 110 125

stark alkalisch

8.5 45 50 50 55

10 50 50 55 60

20 65 70 75 85

30 75 80 90 100

40 85 90 100 110


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Tabelle 48 PNEC-Werte für Böden mittlerer Bodenschwere in Abhängigkeit vom pH-Wert, der effek-tiven KAK sowie dem Humusgehalt (%) im Boden in mg Gesamtkupfer/kg Boden

pH KAKeff Humus

1.5 2 3 4.5

stark sauer

8.5 50 55 60 65

10 55 60 65 70

20 75 85 90 100

30 90 95 110 120

sauer

8.5 55 55 60 65

10 60 60 65 70

20 80 85 90 100

30 90 100 110 120

schwach sauer

8.5 55 60 65 70

10 60 65 70 75

20 80 90 100 105

30 95 100 115 125

40 105 115 125 140

neutral

8.5 55 60 65 65

10 60 65 70 75

20 80 85 95 105

30 90 100 110 125

40 100 110 125 135

alkalisch

8.5 55 55 60 60

10 55 60 65 70

20 75 80 90 95

30 85 95 105 115

40 95 105 115 130

stark alkalisch

8.5 50 50 55 55

10 50 55 55 60

20 70 75 80 85

30 80 85 95 105

40 85 95 105 115


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Tabelle 49 PNEC-Werte für schwere Böden in Abhängigkeit vom pH-Wert, der effektiven KAK sowie dem Humusgehalt (%) im Boden in mg Gesamtkupfer/kg Boden

pH KAKeff Humus

1.5 2 3 4.5

stark sauer

8.5 55 60 65 65

10 60 65 70 70

20 85 90 100 105

30 100 110 120 130

sauer

8.5 60 60 65 65

10 65 65 70 75

20 85 95 100 110

30 100 110 120 130

schwach sauer

8.5 65 65 70 70

10 70 70 75 80

20 90 100 105 115

30 105 115 125 140

40 115 125 140 155

neutral

8.5 60 65 65 70

10 65 70 75 75

20 90 95 105 110

30 105 110 125 135

40 115 125 135 150

alkalisch

8.5 55 60 60 65

10 60 65 70 70

20 85 90 95 105

30 95 105 115 125

40 110 115 130 140

stark alkalisch

8.5 50 55 55 55

10 55 60 60 60

20 75 80 85 90

30 90 95 105 110

40 100 105 115 125

Anhand der gezeigten PNEC-Tabellen wird ersichtlich, dass die PNEC-Werte in Abhängigkeit der Bo-

denbeschaffenheit stark von den vorliegenden Bodeneigenschaften abhängig sind. Die abnehmenden

PNEC-Werte für alkalische Böden sind auf den ersten Blick überraschend, jedoch gilt es hier klar zwi-

schen der Verfügbarkeit/Toxizität gegenüber Pflanzen und der Verfügbarkeit/Toxizität gegenüber Mik-

roorganismen bzw. mikrobiellen Funktionen zu differenzieren.

Während typischerweise die Kupferverfügbarkeit für Pflanzen im alkalischen Bereich abnimmt, folgen

mikrobielle Funktionen nicht zwangsläufig diesem Trend. Im Zuge der Umweltbewertung von Kupfer

im Rahmen der REACH Verordnung hat sich gezeigt, dass bei zunehmendem pH die Effektkonzentrati-


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onen sogar niedriger werden. Dieser Zusammenhang kommt bei der alkalischen Bodenreaktion zum

Tragen und führt zu einer leichten Abnahme der PNEC-Werte für alkalische/basische Böden.

Die je nach Bodeneigenschaft verschiedenen PNEC-Werte zeigen auch, dass Bodenbewirtschaftungs-

maßnahmen im Hinblick auf eine gezielte Verbesserung einzelner Bodenparameter einen großen Ein-

fluss auf die Höhe der tolerierbaren Kupferkonzentration haben können. So können Kompostgaben

unter Umständen einen multiplen Effekt haben und sowohl den Humusgehalt als auch die Kationen-

austauschkapazität nachhaltig erhöhen. Dies würde bedeuten, dass man sich in den Tabelle nach

unten bzw. rechts unten bewegt und der PNEC-Wert steigt.


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Schlussfolgerung und Empfehlung für die künftige Anwendung von kupfer-IV.haltigen Pflanzenschutzmitteln

Mit dem Bodenuntersuchungsprogramm und der Risikobewertung für das terrestrische Ökosystem im

gegenständigen Projekt wurde den Sonderbestimmungen der EU-Pflanzenschutzmittelverordnung

Folge geleistet.

Es wurde eine Bestandsaufnahme der Bodenbelastung mit Kupfer in den für die Anwendung von kup-

ferhaltigen Pflanzenschutzmitteln relevanten Anbaugebieten durchgeführt.

Bei der Risikobewertung von Kupfer für das terrestrische Ökosystem wurden Kenngrößen (PNEC-

Werte) für Konzentrationen von Kupfer im Boden definiert, ab denen ein intaktes Bodenleben beein-

trächtigt werden kann.

PNEC-Werte für Kupfer im Boden berücksichtigen Effekte von Kupfer auf Invertebraten und Pflanzen

(nach klassischen ökotoxikologischen Kenngrößen wie z.B. Wachstum, Reproduktion, Überleben) und

auch Effekte auf typische mikrobielle Bodenfunktionen (wie Respiration, C- und/oder N-

Mineralisierung). Die im Projekt abgeleiteten PNEC-Werte für Kupfer im Boden berücksichtigen zusätz-

lich den Einfluss der jeweils vorliegenden Bodeneigenschaften wie Humusgehalt, pH-Wert, Kationen-

austauschkapazität und Tongehalt. Aus diesem Grund wird mit diesen Kenngrößen das umweltbezo-

gene Risiko von Kupfer umfassend beschrieben.

In der Praxis bedeuten die Ergebnisse des Projekts, dass aus den Bodenparametern Humusgehalt, pH-

Wert, Textur und Kationenaustauschkapazität für jede Fläche in Österreich ein PNEC-Wert für Kupfer

im Boden bestimmt werden kann. Zur Beurteilung des Bodens im Hinblick auf ein intaktes Ökosystem

soll der PNEC-Wert in weiterer Folge dem tatsächlich gemessenen Kupfergehalt im Boden gegenüber

gestellt werden.

In den Sonderbestimmungen der EU-Pflanzenschutzmittelverordnung wird darauf hingewiesen, dass in

Bezug auf die Aufwandmengen gegebenenfalls Beschränkungen erlassen werden können.

In Österreich werden die bestehenden Zulassungen von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln bis spä-

testens 31.5.2014 erneuert. Die entsprechenden Dossiers der Zulassungsinhaber müssen hierfür an

die neuesten Bewertungskriterien angepasst werden. Dies stellt eine wichtige Voraussetzung dar,

damit kupferhaltigen Pflanzenschutzmittel einer umfassenden Neubewertung standhalten können.

Ebenso werden Zulassungsanträge von bislang noch nicht am Markt befindlichen, neuen Pflanzen-

schutzmitteln auf Kupferbasis, gleichermaßen nach den neusten Bewertungskriterien und wissen-

schaftlichen Kenntnisstand evaluiert.

Entsprechend den Sonderbestimmungen können auf Basis der vorliegenden Projektergebnisse nach-

folgende Empfehlungen für einen nachhaltigen und umweltschonenden Einsatz von Kupfer als Pflan-

zenschutzmittel abgeleitet werden:

- Allgemeine Begrenzung der Aufwandmenge von Reinkupfer auf das notwendige Mindestmaß


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- Bodenspezifische Beurteilung der zulässigen Aufwandmenge unter Berücksichtigung des Kup-

fer-Gesamtgehalts im Boden und des ermittelten PNEC-Wertes

- Einführung eines mehrjährigen Durchrechnungszeitraums der Aufwandmenge, um flexibler

auf jährlich schwankenden Schädlingsdruck reagieren zu können


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Abschlussbericht


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Anhang I: Ergebnisse der EU-Bewertung

1. Umweltverhalten und die Ökotoxikologie von Kupferverbindungen

Die Ergebnisse zum Umweltverhalten und der Ökotoxikologie im Rahmen des gemeinschaftlichen Be-

wertungsverfahrens von Kupferverbindungen im Pflanzenschutz sind im EFSA conclusion report

(2008a) zusammengefasst:

Kupfer wird im Boden nicht abgebaut, ist persistent und wird in den obersten Bodenschichten akku-

muliert. Daher kann in landwirtschaftlich genutzten Böden eine Anreicherung von Kupfer mit Konzent-

ration von 200 – 1280 mg/kg beobachtet werden, die deutlich über den mittleren Kupfer-

Hinterkonzentrationen von 6 – 25 mg/kg. Ein für die gesamte EU repräsentativen Wert für Hinter-

grundkonzentration von Kupfer wurde diskutiert, konnte aber aufgrund der allgemein hohen Variabili-

tät von Kupferkonzentrationen im Boden, nicht definiert werden (EFSA 2008a). Eine Umweltkon-

zentration für den Boden (PECsoil) bezogen auf den Kupfer-Gesamtgehalt und die beantragte Auf-

wandmenge wurde zwar berechnet, die Akkumulation von Kupfer im Boden (Plateau-Konzentration)

sowie die Bioverfügbarkeit bleiben aber aufgrund der diesbezüglichen dürftigen Datenlage quantitativ

unberücksichtigt. Daher wird im EFSA-Bericht die Neuberechnung der Umweltkonzentration für den

Boden nachgefordert. Bei dieser Neuberechnung soll die Akkumulation von Kupfer einerseits, und die

Anteil der löslichen Fraktion sowie der bioverfügbaren Anteile andererseits, berücksichtigt werden.

Dabei stellt gerade die Einbeziehung der Bioverfügbarkeit eine besondere Herausforderung dar, da

nicht für alle Lebewesen die gelösten Anteile mit den bioverfügbaren Anteilen gleichzusetzen sind.

Während Pflanzen nur gelöstes Kupfer aufnehmen können, sind Regenwürmer z.B. in der Lage auch

gebundenes Kupfer aufzunehmen. Daher empfiehlt die EFSA in ihrem Bewertungsbericht jeweils die

schlechteste Annahme des sogenannten “worst case“ mit in die Berechnung der Umweltkonzentration

einzubeziehen um eine Unterschätzung des Risikos zu vermeiden. Voraussetzung dafür ist aber die

vorhergehende Klärung welche Annahme den „worst case“ darstellt. (EFSA 2008a)

Auch für Oberflächengewässer konnten keine für die Risikobewertung geeigneten Umweltkonzent-

rationen (PECSW) berechnet werden. Denn die für organische Verbindungen konzipierten Modelle zur

Berechnung der Konzentration in Oberflächengewässern (FOCUS 2001) erwiesen sich als nicht geeig-

net für die Berechnung des PECSW für anorganische Kupferverbindungen. (EFSA 2008a)

Hinsichtlich der Kupferkonzentration, die grundsätzlich in das Grundwasser (PECGW) eingetragen

werden kann, gibt es ebenfalls keine Abschätzungen gemäß des geltenden FOCUS Modells zum

Grundwassereintrag (FOCUS 2000). Information zum Sorptionsverhalten liegen nur in sehr einge-

schränktem Umfang vor, die vorliegenden Daten zeigen aber, dass Kupfer lediglich schwach mobil ist

und somit mit keiner Auswaschung in tiefere Bodenschichten zu rechnen ist. (EFSA 2008a)

Für die Auswirkungen auf Nicht-Ziel-Organismen kommt der EFSA-Bericht zu folgenden Schluss-

folgerungen:


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Die ökotoxikologischen Test wurden mit unterschiedlichsten Kupfervarianten (Kupfer I und Kupfer II),

durchgeführt und somit liegen die Ergebnisse und Endpunkte verschiedenster Kupfervarianten vor. Für

die allgemeine Bewertung wurde aber das Kupfer-Ion als biologisch aktiver Part der Verbindung defi-

niert. Ein Muster, ob eine Kupferverbindung toxischer als die anderen, konnte nicht abgeleitet werden

und daher einigten sich die Experten darauf, den niedrigsten verfügbaren Endpunkt aller getesteten

Kupfervarianten für die Risikobewertung heranzuziehen. (EFSA 2008a)

Für Vögel und Säuger wurde ein potenziell hohes Langzeit-Risiko für Freilandanwendungen durch

die direkte Exposition festgestellt. Aber auch die Gefährdung durch sekundäre Vergiftung von Vögeln

und Säugern durch die Aufnahme von mit Kupfer belasteter Nahrung (z.B. Regenwürmer) ist hoch. Es

wird festgehalten, dass weitere Informationen notwendig sind um die Risiken abschließend abschät-

zen zu können. (EFSA 2008a)

In Gewässern lebende Organismen sind im Wasser bzw. im Sediment gegenüber gelösten Kupfer ex-

poniert. Dabei erweisen sich Kupferverbindungen als sehr toxisch für Wasserorganismen. Eine Risi-

kobewertung für die Freilandanwendung von Kupfer konnte aber nicht durchgeführt werden, da es

keine verlässlichen Berechnungen zu den Umweltkonzentrationen im Wasser und im Sediment gibt.

Die Risikobewertung von Bienen konnte ebenfalls nicht abgeschlossen werden, da weiterführende

Studien fehlen, die eine Verfeinerung des bestehenden Risikos erlauben. Basierend auf den derzeit

verfügbaren Daten ist das Risiko für Bienen hoch. (EFSA 2008a)

Für Regenwürmer ist die akute Toxizität von Kupferverbindungen gering, längerfristige Expositionen

führen allerdings zu deutlichen Effekte, wie z.B. auf die Reproduktion und auch hier fehlen weiterfüh-

rende Daten sowie ein verlässliche Umweltkonzentration des Bodens (PECsoil) um das längerfristige

Risiko zu verfeinern. (EFSA 2008a)

Das Fehlen einer realistischen PECsoil führt auch dazu, dass das Risiko für andere im Boden lebende

Makro- und Mikro-Organismen sowie für Nicht-Ziel-Pflanzen nicht abschließend bewertet wurde. (EFSA

2008a)

Zusammenfassend wurden in dieser EU-Bewertung der Eignung von Kupferverbindungen für den Ein-

satz als Pflanzenschutzmittel sowohl im Bereich des Umweltverhaltens als auch bei der Bewertung der

Auswirkungen auf Nicht-Ziel-Organismen schwerwiegende Datenlücken aufgezeigt. Ein zentrales Prob-

lem war das Fehlen der Abschätzung der Exposition, also der Umweltkonzentration von Kupfer, der

Tiere und Pflanzen tatsächlich ausgesetzt sind. Obwohl es sich bei Kupfer um ein für die allermeisten

Tiere und Pflanzen essentielles Spurenelement handelt, ist es andererseits in gewissen Konzentratio-

nen sehr giftig für viele Lebewesen. Hierbei sind es vor allem längerfristige Effekte und Risiken für

Vögel, Säuger, Bienen, Wasserorganismen, Nicht-Ziel-Pflanzen, Regenwürmer (sowie andere Boden-

makroorganismen) und Bodenmikroorganismen, welche auf EU-Ebene nicht abschließend bewertet

wurden und weiterführende Studien die eine verfeinerte Risikobewertung erlauben liegen nicht vor.


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Folglich können unvertretbare ökologische Risiken bei einer Freilandanwendung nicht ausge-

schlossen werden.

2. Ökotoxikologische Endpunkte von Kupferverbindungen

Folgende Endpunkte wurden bei der EU Bewertung von Kupferverbindungen auf ihre Eignung als

Pflanzenschutzmittel für die Auswirkungen auf Bodenlebewesen zusammengefasst.

Tabelle 50: Auszug aus der Endpunkt-Liste (EFSA 2008a): „Effects on earthworms, other soil macro-organisms and soil micro-organisms”

Test organsim Test substance Time scale End point

Earthworms

LC50 mg Cu/kg d.w.soil

Eisenia foetida Copper hydroxide WP Acute 14 days > 677.3

Eisenia foetida Copper oxychloride WP Acute 14 days > 489.6

Eisenia foetida Bordeaux mixture WP Acute 14 days > 195.5

Eisenia foetida Tribasic copper sulphate SC Acute 14 days > 155

Eisenia foetida Copper oxide WP Acute 14 days > 862

NOEC mg Cu/kg d.w.soil

Eisenia foetida Copper oxychloride Chronic 8 weeks

< 15

Other soil macro-organisms

Porcellio scaber Copper chloride Chronic 8 weeks LC50 = 1 117

Platynothrus peltifer Copper nitrate Survival

Reproduction

NOEL = 2 000

NOEL = 630

Oribatid mites (7 spe-cies)

Copper sulphate Survival 6 weeks

Reproduction 6 weeks

NOEC = 200

NOEC < 200

Plectus acuminatus Copper chloride Chronic 21d EC50 = 162

NOEC = 32

Collembola

Endpoint mg Cu/kg d.w.soil (mg a.s/ha)

Folsomia candida Copper nitrate Reproduction EC50 = 700

EC50 = 710

EC50 = 1 480

Folsomia fimetaria Copper chloride Reproduction 21d

Growth 21d

EC10 = 38

EC10 = 509 to 845

Folsomia fimetaria Copper chloride Reproduction EC10 = 337

Soil micro-organisms

Nitrogen mineralisation Copper hydroxide WP - no effect at day 62 at 12.5 kg Cu/ha

Copper oxychloride WP - no effect at day 28 at 12.4 kg Cu/ha


Bordeaux mixture WP - no effect at day 28 at 20.0 kg Cu/ha

Tribasic copper sulphate SC

- no effect at day 28 at 11.6 kg Cu/ha

Copper oxide WP - no effect at day 28 at 15.0 kg Cu/ha

Carbon mineralisation Copper hydroxide WP - no effect at day 62 at 12.5 kg Cu/ha



Bordeaux mixture WP - no effect at day 28 at 20.0 kg Cu/ha

Tribasic copper sulphate SC

- no effect at day 28 at 11.6 kg Cu/ha

Copper oxide WP - no effect at day 28 at 15.0 kg Cu/ha


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Auf der Basis der Endpunkte für die Regenwürmer wurde die standardisierte Risikobewertung für

die Boden-Makroorganismen durchgeführt. Hierbei ergab sich für die kurzfristige Exposition von Re-

genwürmern (akute Effekte) für die beantragten Anwendungen in Tomaten und Wein ein akzeptables

Risiko, während die längerfristige Expositionen allerdings zu deutlichen Effekten, wie z.B. auf die Re-

produktion führte. Für eine abschließende Bewertung der längerfristigen Auswirkungen fehlten weiter-

führende Daten und ein geeignete Umweltkonzentration. Betätigende Freilanddaten zu den Auswir-

kungen von Kupfer auf Regenwürmer wurden von den Antragsstellern von Kupferverbindungen auf

EU-Ebene nachgefordert.

Mikrobielle Abbauprozesse durch Bodenmikroorganismen übernehmen eine zentrale Aufgabe bei

der Erhaltung der Funktionsfähigkeit von Böden. Daher werden in der Risikobewertung die Effekte auf

die Nitrifikation und die CO2-Entwicklung (Glukose induzierte Atmung) von Bodenorganismen mit be-

rücksichtigt. Die Ergebnisse der Studien mit Bodenmikroorganismen zeigen keine Effekte in einem

Bereich von 11.6 – 20 kg Cu/ha (entspricht 15.4 – 20.6 mg Cu/kg). Eine endgültige Bewertung konnte

vorerst nicht durchgeführt werden, da keine geeignete Umweltkonzentration für die Bewertung zur

Verfügung standen.

Angaben bezüglich der Auswirkungen auf Nicht-Ziel-Pflanzen fehlen in der EU-Endpunktliste, da

keine geeigneten Daten im Rahmen der EU-Bewertung vorlagen. Auch für diese Organismengruppe

wurden bestätigende Daten zu den Effekten von Kupfer auf Pflanzen und einer Risikobewertung unter

Einbeziehung der mehrjährigen Anwendung und der potenziellen Akkumulation nachgefordert.


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Anhang II Bestehende Richt- und Referenzwerte für Kupfer im Boden

In Österreich sind Richtwerte für Kupfergehalte in landwirtschaftlichen Böden in der ÖNORM L1075

festgelegt. Gemäß ÖNORM L1075 bedeuten Richtwerte den Gehalt eines Elementes im Boden, bis zu

dessen Erreichung im Regelfall keine negative Auswirkung auf die Umwelt zu erwarten ist. Diese

Richtwerte liegen für Kupfer je nach Nutzungsart und pH-Wert des Bodens zwischen 60 -150 mg/kg

Trockenmasse. (Vgl. ÖNORM L1075, 2004)

In der Literatur werden natürliche Kupfergehalte in Böden zwischen 5 und 40 mg kg−1 (Brun et al.,

1998; Scheffer & Schachtschabel, 2002) beschrieben. Die Hintergrundgehalte eines Elementes im

Boden setzen sich zusammen aus dem geogenen Grundgehalt und der ubiquitären Stoffverteilung als

Folge diffuser Verteilung im Boden. Abgeleitet von den Hintergrundwerten können Referenzwerte

abgeleitet werden. Im Gegensatz zu Richtwerten sind Referenzwerte nicht wirkungsbezogen, sondern

ermöglichen eine Interpretation von Daten im Vergleich zu Hintergrundkonzentrationen. In Österreich

bewegen sich die Medianwerte der Kupfer-Gesamtgehalte in den Oberböden von Wald-, Grünland-

und Ackerstandorte zwischen 15 und 27 mg Cu kg-1. Zur Festlegung von Referenzwerten für Schwer-

metallgehalte wurde von Schwarz und Freudenschuß (2004) der 85. Perzentil herangezogen. Die Re-

ferenzwerte betragen demnach, gemäß den statistischen Kennwerten für Ackerböden, 30 und 35 mg

kg-1 in Karbonat unbeeinflussten, bzw. -beeinflussten Böden. (Vgl. Schwarz und Freudenschuß, 2004).

Tabelle 51 Statistische Kennwerte von Kupfer (mg kg-1) im Oberboden (0 – 10 cm) von Wald-, Grünland- und Ackerstandorten; differenziert nach Karbonatgehalt

Bewirtschaftung Wald (n=503) Grünland (n=1067) Acker (n=1151)

CaCO3 im OB ≥ 0.5 % < 0.5 % ≥ 0.5 % < 0.5 % ≥ 0.5 % < 0.5 %

(n = 100) (n = 403) (n = 351) (n = 716) (n = 469) (n = 682)

Min 3 1 5 0 6 5

5% 6 4 10 6 14 8

10% 8 6 14 9 16 11

25% 11 10 19 13 19 15

50% 15 15 27 20 23 20

75% 21 23 36 28 30 25

85% 27 30 41 33 35 30

90% 38 34 47 38 44 33

95% 54 43 55 44 63 41

Max 132 156 1600 131 197 141

MW 20 19 33 22 28 22

Quelle: Schwarz & Freudenschuß, 2004


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Anhang III Kupfer-Gesamtgehalte in tieferen Bodenhorizonten

3. Einleitung

In der Literatur wurde es oft berichtet dass das Kupfer in den oberen Bodenschichten akkumuliert. In

belasteten Böden ist die Kupferkonzentration in den obersten Zentimetern oft mehrfach höher als in

einer Tiefe von 50 oder 100 cm (Brun et al., 1998; Delusia et al., 1996; Komárek et al., 2008; Pierzak

& McPhail, 2004), wobei die Intensität der Bodenbearbeitung diese Verteilung sehr stark beeinflusst

(Brun et al., 1998; Chopin et al., 2008). Unter besonderen Bedingungen, z.B. saure, sandige, humus-

arme Böden, und / oder in niederschlagsreichen Regionen können im Gegenteil aufgrund der stattfin-

denden Auswaschung höhere Gehalte im Unterboden vorkommen (Mirlean et al., 2007). In diesem

Fall ist eine Kontamination vom Grundwasser nicht auszuschließen. Die oben erwähnte Erfassung der

Kupferbelastung in den österreichischen Weingärten (Baumgarten et al., 2010; Duboc et al., 2010)

basiert auf Proben von Routineuntersuchungen, die von Landwirten in unterschiedlichen Tiefen gezo-

gen wurden (z.B. 0-20 oder 0-30). Sie geben daher keine spezifische Auskunft über die Belastung in

den obersten Zentimetern. Es ist deshalb möglich, dass die tatsächliche Cu-Belastung stärker ist als in

dieser Studie ermittelt. Andererseits erfolgt in der Regel im Zuge einer Neuanlage eine Bodenbearbei-

tung in einer Tiefe von 30 bis 80 cm (Rigolen). Aus diesem Grund ist es fraglich ob eine starke Hori-

zontierung der Kupfergehalte in den meisten Böden vorkommt.

In Weinbauböden reichert sich nicht nur Kupfer an, sondern es kann aus verschiedenen Gründen eine

Anreicherung an verschiedene Metalle vorkommen. Zn aus beschichteten Metallpfosten (Riepert et al.,

2010), As / Cr aus imprägnierten Holzpfosten (Riepert et al., 2010) und Cd, Cr, Pb, Zn aus PSM wie

Bordeauxbrühe (Mirlean et al., 2007) sind mögliche Ursachen für Schwermetallanreicherung. In Duboc

et al., 2010 konnte für Cd, Cr, Ni, Pb, Zn in österreichischen Weinbauböden keine Anreicherung fest-

gestellt werden.

Um abschätzen zu können in wie weit die bisher vorliegenden Ergebnisse über Cu-Belastung die tat-

sächlichen Gehalte an der Bodenoberfläche unterschätzen wurde hier die Horizontierung der Cu-

Gehalte in belasteten Flächen untersucht. Weitere Ziele waren einerseits die Abschätzung des Auswa-

schungsrisikos (Gehalte im Unterboden), und die Möglichkeit der Belastung durch andere Metalle.

4. Methoden und Protokollierung

Die Kupfergehalte wurden in fünf Horizonten (0-10, 10-20, 20-30, 30-50 und 50-75) von zehn belaste-

ten Standorten gemessen (insgesamt 50 Proben). Es wurde darauf geachtet, dass sowohl beim pH-

Wert als auch beim Humusgehalt ein möglichst breites Spektrum erfasst wird, wobei saure Weinbau-

böden in Österreich kaum vorkommen. Daher war es kaum möglich belastete saure Standorte zu fin-

den. Sieben Standorte befinden sich in Niederösterreich, und drei im Burgenland. Daten zur Bodenbe-

arbeitung und zur Geschichte der Parzellen wurden ermittelt. Abgesehen von dem Standort J wurden

alle Parzellen seit Anfang ihrer Weinbaugeschichte neu angelegt, und daher meist rigolt. Zusätzlich


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zum Kupfer wurden die Gehalte von As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, V und Zn im KW gemessen (ÖNORM L

1085).

Tabelle 52: Beschreibung der ausgewählten Versuchsflächen.

Probe (siehe Karte)

Nummer Ort Alter der Anlage

Weinbau seit

Rigolen: J/N, bzw. cm nach Angabe

Bodentyp

(laut e-BOD)

A 1 Bad Vöslau/Großau 30 k.A. 40-50 Lockersediment Braunerde

B 3 St. Pölten 2 >50 30 Parabraunerde aus Deck-lehm

C 4 Grafenwörth 20 „Immer“ Nein Tschernosem aus bindigem tertiär feinmaterial (Tegel)

D 5 Großweikersdorf 20 „Immer“ 40-50 Tschernosem aus Löß

E 7 Klosterneuburg Neu >50 50 Unkartierter Bereich

F 9 St.Margarethen 15 >70 Ja Paratschernosem aus feinem und grobem Schwemmaterial über grobem Lockermaterial

G 12 Baden 20 „Immer“ 60 Tschernosem

H 15 Bad Pirawarth 20 k.A. 50-60 Tschernosem aus Löß

I 17 Großwarasdorf 8 40-50 Ja Pseudogley

J 18 Großwarasdorf 40 40 Nein Pseudogley

k.A.: keine Angabe, bzw. nicht bekannt

Abbildung 23 Lage der zehn beprobten Standorte


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Analysierte Parameter: pH; P-CAL; K-CAL; Humusgehalt; Cu, Mn, Fe und Zn im EDTA; As, Cd, Cr, Cu,

Ni, Pb, V und Zn im KW.

5. Ergebnisse und Diskussion

Es besteht kein signifikanter Unterschied zwischen den Horizonten 0-10, 10-20 und 20-30 (Vari-

anzanalyse, Duncan Post-hoc, Signifikanz nicht abgebildet). Das zeigt dass eine Probe vom gesamten

Oberboden (in der Regel ca. 0 - 30 cm) eine zuverlässige Abschätzung der Kupfergehalte in den zehn

obersten Zentimeter liefert, und dass die Erfassung der Kupferbelastung (Baumgarten et al., 2010;

Duboc et al., 2010) in diesem Sinne nicht angepasst werden muss. Auf den Standorten C, H und J

wäre die Konzentration im Horizont 0-10 cm mit einer Beprobung des gesamten Oberbodens unter-

schätzt. Eine deutliche Abnahme der Kupfergehalte war ab einer Tiefe von 30 - 50 cm an allen Stand-

orten zu beobachten. Auf den meisten Standorten waren jedoch im tiefsten Horizont (50 – 75 cm)

Kupferkonzentration zu finden, die den Referenzwert (Referenzwert von 32 mg kg-1 für Acker mit Hu-

musgehalt von 2 bis 4% (ÖNORM L1075)) überschreiten (36 – 84 mg kg-1 auf Standorte A, B, C, E, F,

G, H,) und daher auf eine Anreicherung im Vergleich zu den Hintergrundgehalte hindeuten.

Die Geschichte der Bodenbearbeitung kann oft das Vorkommen bzw. Fehlen von Horizontierung im

Oberboden erklären: einerseits wurden die Standorten C und J - wo eine Horizontierung im Oberbo-

den zu finden ist - nicht rigolt. Im Gegenteil ist die starke Homogenisierung in den obersten 50 cm am

Standort E - sowohl für Kupfer als auch für den Humusgehalt - damit zu erklären, dass der Boden

wenige Tage vor der Beprobung rigolt wurde (Neuanlage). Auf Standort H ist trotz dem Rigolen eine

Horizontierung im Oberboden zu finden, so dass die Angaben zur Bodenbearbeitung nicht immer vo-

raussagen lassen wie die Kupfergehalte verlaufen.

Eine eindeutige Schwermetallanreicherung mit Überschreitung des Referenzwertes an allen Standor-

ten war nur bei Cu zu sehen. Die Referenzwerte der anderen Schwermetalle (As, Cd, Cr, Ni, Pb, V und

Zn) werden nur in Ausnahmefälle überschritten. Grundlage für diese Bewertung ist der Referenzwert

für Ackerstandorte mit 2 bis 4% organische Substanz (ÖNORM L1075). Dadurch dass keine Referenz-

flächen für einen Vergleich mit ortsbezogenen Hintergrundwerte vorliegen, kann nicht eindeutig auf

eine anthropogene Anreicherung rückgeschlossen werden. Die hohen Cr und Ni Gehalte über das gan-

ze Bodenprofil am Standort C weisen eher auf hohe Hintergrundgehalte (geologische Ursprung), als

auf eine anthropogene Belastung. Im Gegenteil zeigt der Verlauf des Medianwertes von Cd, Pb, und

vor allem Zn eine Anreicherung im Oberboden. Die Ursache dafür könnte einerseits der Einsatz von

beschichteten Metallpfosten (Zn) sein, andererseits der Eintrag durch PSM (Cd, Pb) oder durch die P-

Düngung (Cd). Zusätzlich zu den bereits erwähnten hohen Gehalten an Cr und Ni kam am Standort C

eine Zunahme im Oberboden bei mehreren Metallen vor (As, Cd, Cu, Pb, V und Zn).

An den beprobten Standorte gab es im Allgemeinen keine Belastung durch Schwermetalle (außer Kup-

fer), was die Ergebnisse von Duboc et al. (2010) bestätigt. Hinweise auf eine Anreicherung von Cd, Pb


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und Zn im Oberboden sind gegeben, die Referenzwerte werden dabei jedoch nicht überschritten. Eine

solche Anreicherung kommt auch in Ackerböden vor und ist daher nicht ausschließlich auf den Wein-

bau bezogen (Spiegel 1992).

6. Zusammenfassung

Bei belasteten Böden wird in der Literatur oft von einer starken Horizontierung der Kupfer-

Gesamtgehalte im Bereich des Oberbodens berichtet, mit signifikant höheren Gehalten an der Oberflä-

che (z.B. 0-10cm) im Vergleich zu wenigen Zentimetern unterhalb. Im Rahmen des gegenständigen

Projekts wurden zehn belastete Standorte beprobt um die Verlagerung von Kupfer im Bodenprofil zu

charakterisieren. Im Allgemeinen wurde eine homogene Verteilung der Gehalte im Oberboden (0-30

cm) festgestellt. Erst ab dem Horizont 30-50 cm war eine signifikante Abnahme festzustellen. Diese

Ergebnisse spiegeln die Homogenisierung durch die Bodenbearbeitung wider. Somit besteht meist

keine starke Horizontierung im Oberboden (Horizonten 0-10, 10-20, und 20-30) und eine Probe aus

den zehn obersten Zentimetern erlaubt eine zuverlässige Abschätzung der Kupfer-Gesamtgehalte.


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Abbildung 24: Kupfergehalte im KW (mg kg-1; schwarze Linie auf der Hauptachse), mit Humusgeh-alte (%; blaue Linie) und pH-Werte (orange Linie) für die 10 Bodenprofilen, in Abhängigkeit von der Bodentiefe (cm)


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Abbildung 25: Schwermetallgehalte (mg kg-1) in den 10 beprobten Weinbaugärten. Rote gestri-

chelte Linie: Referenzwert für Acker mit Humusgehalt von 2 bis 4% (gilt nur für 0 – 20 cm; ÖNORM L1075)


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Anhang IV Methoden zur Bestimmung von Kupfer

1. Einleitung

Die Bestimmung von Kupfer im Boden erfolgt anhand von unterschiedlichen Untersuchungsmethoden.

Die Anwendung der verschiedenen Extraktionsmethoden hat das Ziel, einen Mangel bzw. einen Über-

schuss eines Elements festzustellen, ohne einen Test auf Organismen durchführen zu müssen. In ei-

nem Modell wurde versucht, die Ergebnisse der verschiedenen Extrahierungsmethoden (KW, EDTA,

CAT, und NH4NO3) in Beziehung zueinander und zu chemischen Bodenparametern (pH-Wert, Humus-

gehalt, KAK) zu stellen.

1.1 Methoden zur Untersuchung der Bioverfügbarkeit von Kupfer

Die Extraktionsmethoden können in verschiedenen Kategorien unterteilt werden: (1) organische

Komplexbildner wie EDTA und DTPA, (2) ungepufferte Salzlösungen: einerseits Chloriden wie CaCl2,

BaCl2 oder AlCl3 und andererseits Nitraten wie Ca(NO3)2, NaNO3 und NH4NO3, und (3) verdünnte Säu-

ren wie CH3COOH 0,1 M, HCl 0,1 M, oder die Mischung verschiedener Säuren wie „Mehlich 1“

(Lebourg et al., 1996).

Im Allgemeinen sind die ungepufferten Salzlösungen (insbesondere CaCl2, NaNO3 und NH4NO3) bes-

ser geeignet um die Bioverfügbarkeit für Pflanzen zu bestimmen (Lebourg et al., 1996, Komárek et al.,

2010). Sie werden mit dem Hintergrund angewendet, dass Pflanzenverfügbare Spurenelemente meist

an mineralischen Oberflächen sind, und von anderen Kationen verdrängt werden können (Menzies,

2007).

In alkalischen Böden ergeben sich jedoch gute Korrelationen zwischen dem Gehalt im EDTA 0,05 M

oder DTPA 0,005 M und dem Kupfergehalt in den Wurzeln9 (Brun et al., 2001; Chaignon et al., 2003;

Michaud et al., 2007). Solche organische Komplexbildner werden angewendet um den Effekt von

Siderophoren zu imitieren (Menzies, 2007), d.h. sie erfassen eine potentiell verfügbare Fraktion wel-

che mit Exudaten in Lösung gebracht werden kann. In kalkhaltigen Böden wurde sogar festgestellt,

dass der Gesamtkupfergehalt im Boden eine gute Vorhersage für die Kupfergehalte in den Wurzeln

liefern kann (Chaignon et al., 2003; Michaud et al., 2007).

Wenn der pH-Wert unter 5 sinkt, gibt es oft keine Beziehung mehr zwischen dem Gehalt im EDTA-

Extrakt bzw. Gesamtgehalt und dem Kupfergehalt in den Wurzeln, weil der austauschbare Anteil (ex-

trahiert mit z.B. CaCl2) und somit die Bioverfügbarkeit stark ansteigt (Chaignon et al., 2003). Trotz

dieses Anstiegs, wird jedoch bei manchen Pflanzen eine Erhöhung des pH-Wertes in der Rhizosphäre

9 Für Pflanzen, ist die Untersuchung der Kupfergehalte in den Wurzeln besser geeignet: Die Konzentration in den oberirdischen Pflanzenteile schwankt in einem wesentlich geringeren bereich im Vergleich zu dem in den Wurzeln, und die Transferrate zwi-schen unter- zu oberirdischen Pflanzenteile betragen 0.12 bis 0.15 für Kulturen wie die Weinrebe (Chopin et al. 2008), Mais (Brun et al., 2001), und Tomaten (Chaignon et al., 2003).


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festgestellt, wodurch die Mobilität von Cu, und somit seine Aufnahme reduziert wird (Chaignon et al.,

2009).

Lebourg et al. (1996) haben aus verschiedenen Studien eine Übersicht über die mit diesen Methoden

extrahierten Gehalte geschaffen. CaCl2 0,1M und BaCl2 0,1M ergeben ähnliche Ergebnisse, und bei

gleicher Salzkonzentration wird mit CaCl2 generell mehr Kupfer extrahiert als mit NaNO3 und NH4NO3

(berücksichtigt wurden hier Konzentrationen <= 0,1 mol l-1) wobei es zu bedenken ist dass der Ex-

trakt nicht nur von der Salzkonzentration abhängt, sondern auch von dem gesamten Protokoll (inkl.

Boden: Lösung Verhältnis, Schütteln, Zentrifugation, Filtrierung). Pueyo et al. (2004) haben drei Me-

thoden mit ungepufferten Salzlösungen verglichen, die in verschiedenen Länder bereits standardisiert

sind: CaCl2 0,01M (Niederlanden), NaNO3 0,1M (Schweiz), und NH4NO3 1M (Deutschland und Öster-

reich). Die Extraktion von Kupfer mit diesen drei Lösungen ist in der Reihenfolge NH4NO3 > NaNO3 ~

CaCl2. Ein Grund für die stärkere Extraktion durch NH4NO3 ist die Entstehung von starken Amino-

Komplexen (Gupta et al., 1993; Lebourg et al. (1998); zitiert in Pueyo et al. (2004)). Die Korrelation

CaCl2 - NaNO3 (y = 1,0119x + 0,0894; R² = 0,99; n=10) zeigte dass NaNO3 und CaCl2 gut überein-

stimmen, und die Korrelation CaCl2 - NH4NO3 (y = 1,9025x + 0,9333; R² = 0,8769; n=10) zeigt dass

NH4NO3 doppelt so viel extrahiert wie die zwei anderen Methoden. Obwohl alle drei Methoden für die

Untersuchung des bioverfügbaren Anteils geeignet sind, empfehlen die Autoren CaCl2 0,01M aufgrund

des niedrigeren Salzgehalts und daher einfacherer Matrix, wodurch die Metallbestimmung mit den

Geräten (ICP) vereinfacht wird.

1.2 Mobilität von Kupfer und Zusammenhang mit den Bodenparametern

Die Mobilität von Cu, d.h. der Anteil vom Gesamtgehalt (in %) der mit einer ungepufferten Salzlö-

sung (z.B CaCl2, NaNO3 oder NH4NO3) erfasst wird, beträgt in der Regel ≤ 1%.

Da bei geringen Gesamtkupfergehalten ein höherer Anteil mobil sein kann ohne jedoch mit erhöhten

Konzentrationen in der Lösung verbunden zu sein, sollte das Ausmaß der Belastung berücksichtigt

werden. Die Daten von Komárek et al. (2008) zeigen zum Beispiel dass mit hohen Gesamtkupferge-

halte (49,8 bis 168 mg kg-1, n=11) der mit CaCl2 extrahierte Anteil betrug ≤1%. Dieser Anteil erreich-

te jedoch 1,3 bis 21,9% in den unbelasteten Böden (2,3 bis 20,3 mg kg-1 Gesamtkupfer, n=20). Der

Kupfergehalt im CaCl2 (mg kg-1) blieb dabei vergleichbar, mit 0,39 bis 0,79 mg kg-1 in den 11 belaste-

ten Böden und 0,19 bis 0,70 mg kg-1 in den 20 unbelasteten Böden.


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Abbildung 26 Beziehung zwischen dem Gesamtkupfergehalt und der Kupfermobilität (im CaCl2).

Unter den chemischen Bodenparametern, beeinflusst vor allem der pH-Wert die Mobilität von Kupfer.

Bei pH-H2O ≤ 5,5 gab es in Brun et al. (1998) einen klaren Anstieg der Kupfermobilität. In sauren

Böden (n= 12; pH-H2O 4,5 bis 5,5) haben die Autoren im CaCl2-Extrakt 0,4 bis 9,24 mg Cu kg-1 oder

1,05 bis 7,24 % vom Gesamtgehalt gemessen. In neutralen – alkalischen Böden (n=16; pH-H2O 6,5

bis 8,6) waren es im Gegenteil nur 0,10 bis 0,56 mg kg-1 oder 0,13 bis 0,71 % vom Gesamtgehalt.

In Pueyo et al., (2004) (63 bis 341 mg kg-1 Gesamtkupfer) war mit NH4NO3, NaNO3 und CaCl2 die

Mobilität <1%, außer in einem einzigen Standort (niedrigste pH-Wert mit pH-H2O=3,5) wo 3,9%,

2%, und 1,9% mit diesen drei Methoden extrahiert wurden.

In Komárek et al. (2008) gab es im Gegenteil keine Abhängigkeit mit dem pH-Wert, was auf den pH-

Spektrum der Böden dieser Studie zurückzuführen ist (nur eine einzige Probe mit pH-H2O <6). Mirlean

et al., (2007) haben mit CaCl2 bis zu 5 mg Cu kg-1 gemessen, was angesichts der stark belasteten

Böden in dieser Studie dennoch nur 0,1 bis 0,9% vom Gesamtgehalt entsprach. Zudem ist dieser

Anteil sehr gering wenn man die niedrigen pH-Werte berücksichtigt (pH H2O 3,9 bis 5,9), ein Ergebnis

das sich von den oben erwähnten Studien unterscheidet. In Wightwick et al., (2010) betrug CuCaCl2

von <0,1 bis 0,94 mg kg-1 oder 0,1 bis 1,03% von CuGesamt.

Die Autoren fanden auch die höchsten CuCaCl2 (in mg kg-1) in sauren Böden, wobei diese Böden auch

unter den höchsten Gesamtgehalten aufwiesen (>150 mg kg-1). Anhand dieser Daten kann daher kein

zuverlässiger Rückschluss auf den Einfluss des pH-Wertes auf die Mobilität gemacht werden.

Andere bestimmende bodenchemische Parameter sind die Ton- und Humusgehalte (Pueyo et al

2004; Basta et al., 2005) welche die Sorbtionskapazität des Bodens bestimmen, und somit die Kapazi-

tät Kupfer stark zu binden und seine Konzentration in der Bodenlösung zu reduzieren. Da Kupfer

Komplexe mit den in der Lösung befindlichen CaCO3 und organische Substanz bildet, können auch in

alkalischen Böden der Karbonatgehalt und die lösliche organische Substanz die Mobilität von


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Cu erhöhen (Wightwick et al., 2010). Jedoch ist freies Cu2+ die meist verfügbare Cu-Spezies, und da-

her ist die an CaCO3 und an die lösliche organische Substanz komplexierte Fraktion nicht unbedingt

mit Toxizität verbunden.

Mit den folgenden Untersuchungen möchten wir die Ergebnisse aus vier verschiedenen Extrahie-

rungsmethoden (nach ÖNORM: Königswasser (KW), EDTA, CAT, und NH4NO3) in Beziehung zueinan-

der und zu chemischen Bodenparametern (pH-Wert, Humusgehalt, KAK) zu untersuchen.

2. Material und Methoden

Kriterien für die Probenauswahl waren, ein möglichst breites Spektrum an pH-Werte und Humusgehal-

te zu erfassen, mit insgesamt 180 Proben (Tabelle 53). Vorgesehen war, dass innerhalb jeder Katego-

rie eine möglichst weite Bandbreite an Kupfergehalte erfasst werden (von ca. 30 bis >150 mg kg-1).

Tatsächlich wurden 161 Proben untersucht.

Tabelle 53: Anzahl der Proben nach pH- und Humus- Kategorien für die Modellerstellung. Ziel: 180 Proben.

Humusgehalt (%)

< 1,5 1,5 - 3 > 3

pH-Wert <6,5 20 20 20

6,5 – 7,5 20 20 20

> 7,5 20 20 20

Tabelle 54: Anzahl der Proben nach pH- und Humus- Kategorien für die Modellerstellung. 161 Pro-ben.

Humusgehalt (%)

< 1,5 1,5 - 3 > 3

pH-Wert <6,5 17 19 4

6,5 – 7,5 14 31 24

> 7,5 13 22 17

55 Proben stammten aus einem Vorprojekt und waren daher bereits auf sämtliche Parameter unter-

sucht worden, so dass zusätzlich nur CuCAT und CuNH4NO3 gemessen werten mussten

Die restlichen Proben wurden im Zuge des laufenden Probeneingangs im Rahmen der Routineuntersu-

chung (IP Wein) ausgewählt. Nur in einzelnen Fällen lagen die Ergebnisse für Humusgehalt und CuEDTA

nicht vor.


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3. Ergebnisse und Diskussion

3.1 Darstellung der Stichprobe

Die 161 ausgewählten Proben stellen eine möglichst weite Bandbreite an CuKW, pH-Werte und Humus-

gehalte dar. 75% der Proben haben pH-Werte >6,5 und die Humusgehalte verteilen sich zwischen 1

bis 3 %.

Abbildung 27 Verteilung der pH-Werte und der Humusgehalte in der gesamten Stichprobe (n=161)

Die signifikant niedrigeren Kupfergehalte der Humusklasse < 1,5% sind damit zu erklären dass in

dieser Klasse 70% der Proben aus dem Unterboden (i.d.R. Tiefe > 30 cm) stammen (Tabelle 56), und

das eingetragene Kupfer tendenziell im Oberboden akkumuliert. Aus diesem Grund war es bei der

Auswahl kaum möglich eine ähnliche Verteilung der Kupfergehalte in allen Humusklassen zu bekom-

men. Ähnliches gilt für die pH-Klasse < 6,5, in der niedrigere Kupfergehalte zu finden sind: Weinbau

kommt vorwiegend auf neutralen bis alkalischen Standorten vor, und die begrenzte Auswahl an sau-

ren Standorte erschwert wesentlich die Zusammenstellung einer dem neutralen / alkalischen Bereich

entsprechenden Verteilung der Kupfergehalte. Eine genauer detaillierte Darstellung von CuKW in jeder

pH- und Humusklasse ist in der folgenden Abbildung zu finden.


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Abbildung 28 Verteilung von CuKW innerhalb jeder pH-Wert und Humusklasse

Tabelle 55: Mittlewertvergleich der Kupfergehalte (CuKW) zwischen den drei pH-Wert und Humus-klassen

pH-Wert n CuKW (Mittelwert in mg kg-1)

Gruppe 1 Humusgehalt n CuKW (Mittelwert in mg kg-1)

Gruppe 1

<6,5 40 75,9 a <1,5% 44 64,4 a

6,5 – 7,5 69 123,4 b 1,5 – 3% 72 117,3 b

>7,5 52 113,8 b >3% 45 135,7 b

1 Unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen statistisch getrennte Gruppen (ANOVA, Duncan post-hoc, p<0,05)

Tabelle 56: Anteil von Ober- (OB) und Unterbodenproben (UB) in den drei Humuskategorien des Datensatzes

Humusklasse Bodenschicht n %

1 (<1,5%) OB 13 29,5

UB 31 70,5

2 (1,5 – 3%) OB 46 63,9

UB 26 36,1

3 (>3%) OB 39 86,7

UB 6 13,3


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Abbildung 29 Verteilung von CuKW innerhalb jeder pH und Humusklasse – Detaillierte Darstellung.

3.2 KW, EDTA, CAT, NH4NO3: Extrahierte Kupfergehalte im Vergleich

CuKW betrug durchschnittlich 108 mg kg-1 und es wurde mit EDTA und CAT durchschnittlich 52% (23 –

90%) bzw. 37% (15 – 75%) aus CuKW erfasst. Im Gegenteil dazu betrug die mobile Fraktion


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(CuNH4NO3) im Durchschnitt 0,6% von CuKW und mehr als 90% der CuNH4NO3 Extrakte betragen < 1%

von CuKW.

Abbildung 30 Verteilung der Kupfergehalte aus den vier Extraktionsmethoden, in mg kg-1 (oben) und als % von CuKW (unten)


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Tabelle 57: Verteilung der Kupfergehalte aus den vier Extraktionsmethoden, in mg kg-1 und als % von CuKW (n=161).

CuKW CuEDTA CuCAT CuNH4NO3 CuEDTA CuCAT CuNH4NO3

mg kg-1

% von CuKW

Mittelwert 108,0 56,9 39,3 0,65 52,5 37,5 0,59

Minimum 6,2 2,7 2,8 0,04 22,8 15,2 0,10

Maximum 289,7 162,7 120,8 3,14 90,4 75,1 5,36

Perzentile 2,5 18,1 7,7 5,9 0,06 25,9 18,5 0,11

5 32,0 12,4 9,8 0,07 30,6 20,1 0,12

10 47,5 22,1 14,9 0,12 35,5 22,9 0,19

20 57,2 29,6 21,0 0,20 39,5 27,2 0,27

25 61,5 33,5 22,0 0,24 41,3 27,7 0,31

30 70,8 36,0 24,3 0,26 43,7 28,6 0,34

50 96,3 46,5 34,3 0,41 51,8 31,4 0,47

60 113,0 53,0 38,3 0,56 54,8 34,8 0,53

70 129,4 66,9 45,6 0,69 58,4 41,3 0,64

75 145,1 73,5 50,8 0,82 62,3 45,1 0,71

80 152,8 86,8 54,9 0,94 65,8 51,5 0,78

90 190,7 109,3 83,6 1,51 73,6 62,1 1,00

95 225,1 126,2 92,0 2,05 79,0 66,9 1,66

Die Ergebnisse aus den vier Extraktionen korrelieren sehr gut miteinander (p<0,001). Die höchsten

Korrelationskoeffizienten waren zwischen CuKW, CuEDTA und CuCAT zu finden. CuNH4NO3 zeigte niedrigere

Koeffizienten, was auf einen zunehmenden Einfluss von anderen – v.a. bodenchemischen - Parame-

tern hinweist.

Die gesonderte Auswertung der Proben mit pH > 5 zeigte z.B. wesentlich höhere Koeffizienten von

CuNH4NO3 mit den anderen Extraktionsmethoden. Die Korrelationskoeffizienten zwischen CuKW, CuEDTA

und CuCAT werden im Gegenteil nicht durch die Absonderung von sauren Proben verbessert. Brun et

al. (1998) zeigten sogar dass die Ergebnisse dieser drei Extraktionen (KW, EDTA, CAT) über einen pH-

Spektrum von 3,9 – 8 10 hoch signifikant korrelieren (p<0,0001), und dass diese daher nicht vom pH-

Wert beeinflusst werden.

Tabelle 58: Korrelationskoeffizienten (r) nach Pearson zwischen den vier Extraktionsmethoden (je-weils in mg kg-1). Die Signifikanz ist in jedem Fall <0,001

Cu-KW Cu-EDTA Cu-CAT Cu-NH4NO3

Cu-KW 1

Cu-EDTA 0,901a

0,901b

1

Cu-CAT 0,799 a

0,799 b

0,935 a

0,935 b

1

Cu-NH4NO3 0,640 a

0,737 b

0,526 a

0,598 b

0,400 a

0,458 b

1

a Alle Daten (n=161) b Proben mit pH > 5 (n=156)

10 pH im H2O – 0,6 um der CaCl2 Skala zu entsprechen (nach Blum, 2007)


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Abbildung 31 Korrelationen von CuKW mit CuEDTA (links) und mit CuCAT (rechts) (p<0,001; n=161)

3.3 CuNH4NO3: lösliches Kupfer und Kupfermobilität

Die Mobilität von Cu ist wie schon erwähnt, stark von dem pH-Wert abhängig. Unter pH 5 (pH im

CaCl2), stieg der mit NH4NO3 erfasste Anteil (Mobilität) auf 3 bis 5% an, wobei sie bei höheren pH-

Werte meist weniger als 1% von CuKW betrug. Ein Vergleich mit den Daten von Brun et al. (1998)

(Kupfer im CaCl2) zeigt ähnliche Ergebnisse. Es ist daher angebracht diese Mobilitätsgrenze zu berück-

sichtigen und eine getrennte Auswertung für Böden mit pH > 5 durchzuführen.

Der berechnete lineare Zusammenhang zwischen der Kupfermobilität und dem pH-Wert ist somit für

die gesamte Stichprobe negativ (r=-0,184; r²=0,033 p<0,05; n=161), ein Ergebnis das maßgeblich

von den einzelnen Proben mit pH ≤ 5 beeinflusst wird. Wenn die Proben mit pH > 5 getrennt unter-

sucht werden zeigt sich ein positiver Zusammenhang (r=0,422; r²=0,178; p<0,001; n=156). Ein po-

lynomisches Modell war am besten geeignet um den Verlauf der Mobilität über das ganze pH-

Spektrum zu charakterisieren (r²=0,57; n=161). Die Zunahme der Kupfermobilität im alkalischen Be-

reich könnte auf das Auftreten von löslichen Komplexen mit Karbonaten oder mit löslicher organischen

Substanz zurückzuführen sein (Fernández-Calvino et al., 2008; Wightwick et al., 2010). Wie von

Wightwick et al. (2010) angemerkt ist freies Cu2+ die meist bioverfügbare Form von Kupfer, und das

Auftreten von solchen Komplexen im alkalischen Bereich hat daher keinen Einfluss auf die Erhöhung

der Bioverfügbarkeit.


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Abbildung 32 Mobilität von Kupfer (CuNH4NO3 in % vom CuKW) in Abhängigkeit vom pH-Wert (n=161)

Abbildung 33 Mobilität von Kupfer (CuCaCl2 in % vom Gesamtkupfer) in Abhängigkeit vom pH-Wert (n=29). Daten von Brun et al. (1998). Die pH-Werte (H2O) wurden mit -0,6 korrigiert um der pH-CaCl2-Skala zu entsprechen (Durchschnittlicher Umrechnungsfaktor, siehe Blum, 2007).

Für diese Studie konnten kaum Proben mit pH ≤ 5 gefunden werden was daran liegt, dass im NÖ FHL

und SÖ FLH lediglich 0,3% bzw. 2,6% der Weinbaustandorte solche pH-Werte aufweisen (Daten aus

der Datenbank von Baumgarten et al., 2010). Dementsprechend zeigte auch eine Verschneidung der

digitalen Bodenkarte (e-Bod) mit der Corine Land Use/Cover Daten (Corine CLC 2.2.1) dass der Anteil

der Standorte mit pH<5 (im KCl) weniger als 5% der österreichischen Weinbaufläche beträgt. Eine

y = 0,6673x2 - 8,8561x + 29,451 R² = 0,569

0

1

2

3

4

5

6

4 5 6 7 8 9

Cu

NH

4N

O3 (

% K

W)

pH CaCl2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

3 4 5 6 7 8 9

Cu

CaC

l2 (

% v

. g

esam

t)

pH H2O - 0,6


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erhöhte Mobilität von Kupfer aufgrund saurer Verhältnissen kann daher auf den meisten Weinbauflä-

chen ausgeschlossen werden.

Abbildung 34 pH-Wert (KCl) von 0 - 30 cm in Weinbauflächen Österreichs (eBOD, Corine CLC 2.2.1)

Obwohl die Berechnung des linearen Korrelationskoeffizient zwischen CuNH4NO3 und CuKW signifikant ist,

(Proben mit pH>5: r= 0,74; r²=0,54; p<0,001; n=156), zeigt ein exponentielles Modell eine etwas –

wenn auch geringfügig - bessere Beziehung (r²=0,56). Ein derartiger Zusammenhang zwischen dem

löslichen Anteil und dem Gesamtgehalt wurde in anderen Studien festgestellt: zum Beispiel Wightwick

et al. (2010) haben einen linearen Zusammenhang festgestellt (r²=0,48; p<0,001; n=75), und bei

den Proben von Brun et al. (1998) mit einem pH-Wert > 5 (pH H2O - 0,6 um der pH CaCl2 – Skala zu

entsprechen), zeigt sich auch ein signifikanter Zusammenhang zwischen Cugesamt und CuCaCl2 (r=0,81;

r²=0,65; p<0,001; n=16). In Komárek et al. (2008) war auch eine – jedoch schwächere - Beziehung

zu erkennen (r=0,36; r²=0,13; p<0,01; n=44), weil in dieser Studie die Kupfermobilität mit abne-

menden Gesamtgehalte exponentiell stieg.

0,54,1

10,3 8,9

75,8

0,4

0

10

20

30

40

50

60

70

80

< 4 4 - <5 5 - <6 6 - <7 7 - <8 >=8

pH Bereich

% d

er

Gesam

tflä

ch

e


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Abbildung 35 Korrelation zwischen CuNH4NO3 und CuKW für Proben mit pH > 5 (n=156)

4. Zusammenfassung

Anhand von 161 Bodenproben aus Weinbauflächen mit bekannter Belastungskonzentration von Kupfer

wurden verschiedenen Untersuchungsmethoden verglichen. Bei den 161 ausgewählten Proben, wurde

eine möglichst weite Bandbreite an Kupfergehalten im Königswasserextrakt (CuKW), pH-Werte und

Humusgehalte abgedeckt. 75% der Proben haben pH-Werte >6,5 und die Humusgehalte verteilen

sich zwischen 1 bis 3 %. Der Gesamtkupfergehalt im Königswasserextrakt (CuKW) betrug durchschnitt-

lich 108 mg/kg und es wurde mit (1) EDTA und CAT durchschnittlich 52% bzw. 37% aus CuKW extra-

hiert. Im Gegenteil dazu betrug die lösliche Fraktion (2) (CuNH4NO3) im Durchschnitt 0,6% von CuKW,

und mehr als 90% der CuNH4NO3 Extrakte betragen weniger als 1% von Gesamtkupfer.

Um Vergleiche von Daten zu Kupfergehalten, in österreichischen Böden in derselben Dimension vor-

nehmen zu können, wurde eine Regressionsanalyse durchgeführt. Basierend auf einer linearen Re-

gressionsrechnung mit den Parametern CuEDTA, CaCO3, pH-Wert, Humusgehalt (%) und Tongehalt

(%), zeigte sich, dass CuEDTA den königswasserlöslichen Kupfer-Gesamtgehalt (CuKW) am besten er-

klärt. (Vgl. Duboc 2010: S. 61ff)

Im Rahmen der Bodenuntersuchung im gegenständigen Projekt wurde zunächst unten stehende linea-

ren Regressionsgleichung verwendet um Daten zu Kupfer im Boden, die auf den Gesamtgehalt CuKW

bezogen sind, auf CUEDTA umzurechnen und umgekehrt. Damit können die im EDTA-Auszug gemesse-

nen pflanzenverfügbaren Kupferkonzentrationen mit dem Regressionskoeffizienten 1,8436 auf den

Kupfer-Gesamtgehalt umgerechnet werden.

y = 0,1099e0,012x R² = 0,5584

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0 50 100 150 200 250 300 350

Cu

NH

4N

O3 (

mg

/kg

)

Cu KW (mg/kg)

pH > 5


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Abbildung 36 Regressionsgerade für die Beziehung CuEDTA zu CuKW für das Bodenuntersuchungspro-gramm im gegenständigen Projekt

y = 1,8436x R² = 0,8509

n=168

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 50 100 150 200 250

Cu

-KW

(m

g/kg

)

Cu-EDTA (mg/kg)


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Anhang V Erhebungsbögen zur Bodenuntersuchung

Abbildung 37 Bodenuntersuchungsaktion Kupferprojekt – Erhebungsbogen Dauerkulturen


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Abbildung 38 Bodenuntersuchungsaktion Kupferprojekt – Erhebungsbogen Ackerflächen


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Anhang VI Anleitung zur Entnahme von Bodenproben

Abbildung 39 Anleitung zur Entnahme von Bodenproben


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Abbildung 40 Fortsetzung: Anleitung zur Entnahme von Bodenproben


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Anhang VII Internationale Vernetzung

Sowohl von den ProjektauftraggeberInnen gewünscht, als auch angesichts dessen, dass alle Mitglied-

staaten mit dem Einsatz von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln und den damit verbundenen Her-

ausforderungen konfrontiert sind, notwendig, wurde im Rahmen des gegenständigen Projekts die

internationale Vernetzung, die insbesondere mit den Behörden in Deutschland gelungen ist, forciert.

In Deutschland wurde ausgehend vom BMELV (Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und

Verbraucherschutz) eine Steuerungsgruppe ‚Minimierung von Kupfer als Pflanzenschutzmittel’ ins Le-

ben gerufen, die sämtliche Aktivitäten mit den am Prüfungs- und Zulassungsverfahren für Pflanzen-

schutzmittel zuständigen Behörden aufeinander abstimmen soll. Es wurde eine mehrstufige Vorge-

hensweise bezüglich der Aktivitäten der Behörden vereinbart.

Das deutsche Umweltbundesamt widmet sich vordergründig den ökotoxikologischen Effekten von

Kupfer im Boden und hat im April 2009 ein Gutachtens im Hinblick auf die Umweltrisikobewertung von

kupferhaltigen PSM im Kompartiment Boden veröffentlicht. In diesem Gutachten wurden öffentlich

verfügbare Literaturdaten einer kritischen Bewertung unterzogen insbesondere im Hinblick auf die

Wirkung von Kupfer nach wiederholter und langjähriger Anwendung von kupferhaltigen PSM und den

dadurch verursachten Effekten auf Bodenorganismen unter besonderer Berücksichtigung empfindli-

cher Organismengruppen (Jänsch und Römke, 2009). Die Ergebnisse wurden in vorliegendem Endbe-

richt berücksichtigt.

Das deutsche Julius Kühn Institut (JKI) als Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen hat ebenso wie

im gegenständigen Projekt das Ausmaß der Belastungssituation in Deutschland erhoben, sowie eine

Reihe von Forschungsaktivitäten zur Suche nach Alternativen für den Ersatz bzw. die Reduktion von

Kupfer intensiviert. Wesentliche Forschungsergebnisse, inklusive der Felderhebungen in den Dauerkul-

turen Wein und Hopfen wurden im Journal für Kulturpflanzen 63, Heft 5, 2011 mit dem Schwerpunkt

Kupfer, veröffentlicht (Strumpf et.al, 2010a und Strumpf et.al. 2010b). Im Rahmen der Felderhebun-

gen erfolgte eine erste repräsentative Erfassung der Kupfergesamtgehalte in den deutschen Weinbau-

und Hopfenanbaugebiete.

Auch in Deutschland sind die Kupfergesamtgehalte in den unterschiedlichen Anbaugebieten und Lagen

sehr unterschiedlich und als Hauptursache für eine hohen Kupfer-Gesamtgehalt wird eine langjährige

Nutzungsdauer und die hohen Aufwandmengen zwischen 1890 und 1940 genannt. Die höchsten Kup-

fer-Gesamtgehalte wurden in den obersten Bodenschichten gefunden und Bodenbedeckung und –

bearbeitung scheinen einen gewissen Einfluss auf die vertikale Verteilung von Kupfer im Boden zu

haben. Spritztechniken und die Bewirtschaftungsform insbesondere bei jüngeren Anlagen stehen

ebenso in Zusammenhang mit dem Kupfer-Gesamtgehalt im Boden. (Strumpf 2010a, Strumpf 2010b)

Das Ziel dieser Felderhebung war es ebenfalls, geeignete Monitoringflächen zu identifizieren, auf de-

nen die Auswirkungen auf das Bodenleben untersucht werden können.

Die ersten Ergebnisse des biologischen Monitoring als Folgeprojekt zu den Felderhebungen wurden bei

einer Fachtagung „Kupfer im Pflanzenschutz“ am 26. Oktober 2012 in der AGES in Wien präsentiert.


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Daneben ist das Julius Kühn Institut noch bei einer Reihe von Projekten zum Themenkreis Kupfer im

Pflanzenschutz beteiligt und auf der Website http://kupfer.jki.bund.de ist jeweils der aktuelle For-

schungsstand einsehbar. Diese Webseite soll einen Gesamtüberblick über sämtliche Ergebnisse der

Aktivitäten zum Einsatz von Kupfer im Pflanzenschutz geben.

In Deutschland wurde vom Bund Ökologische Lebensmittelwirtschaft (BÖLW e.V), Bioland e.V., Deme-

ter e.V., ECOVIN Bundesverband Ökologischer Weinbau e.V., Gäa e.V. - Bundesverband, Naturland

e.V. und unter der Mitarbeit von konventionellen Anbauverbänden, ein Strategiepapier zur Minimie-

rung des Kupfereinsatzes im Pflanzenschutz erarbeitet. Das Dokument hat den Titel: "Strategiepapier

zu Kupfer als Pflanzenschutzmittel unter besonderer Berücksichtigung des Ökologischen Land-

baus"(BÖLW, 2010). In jährlichen Fachgesprächen beim Julius Kühn Institut in Berlin soll der Stand

der Strategie zur Reduktion von Kupfer als Pflanzenschutzmittel diskutiert werden. Darüber hinaus

sollen weitergehende Maßnahmen zur Kupferreduktion vereinbart und dokumentiert werden. Bei den

jährlichen Fachgesprächen werden zahlreiche Vortragende eingeladen, um über aktuelle Forschungs-

ergebnisse und Berichte zur Anwendung kupferhaltiger Pflanzenschutzmittel in unterschiedlichen Kul-

turen zu referieren.