Kvalita povrchových vod z pohledu pesticidních látek a faktory mající vliv na výskyt pesticidů ve vodách

Práce se věnuje problematice pesticidů v povrchových vodách včetně faktorů, které výskyt pesticidů ve vodách ovlivňují, jako jsou spotřeba pesticidů a chování zejména jejich metabolitů z pohledu vyplavování z půdy do povrchových vod. Byly zpracovány výsledky sledování pesticidních látek v České republice za posledních 20 let uložené v národním informačním systému jakosti vod ARROW. Vlastní účinné látky nejsou z pohledu znečištění povrchových vod tak problematické, dlouhodobě jsou problémem metabolity herbicidních látek, používaných zejména na ošetření řepky olejky, řepy a kukuřice. Fungicidní látky se vyskytují v povrchových vodách v menší míře, insekticidy lze ve vodách nalézt výjimečně. Výsledky monitoringu nejsou projevem zhoršení stavu, jak by se mohlo na první pohled zdát, nýbrž projevem zlepšení našeho poznání v důsledku zavádění lepších analytických metod, které nám umožňují sledovat látky, u nichž to před deseti a více lety nebylo možné.

Úvod

Problematika pesticidních látek ve vodách se s rozvojem analytických technik, a tudíž i možností stanovení širokého spektra těchto látek, stala vysoce aktuální. Ukazuje se, že tyto látky jsou skoro všudypřítomné, využívané vodárenské zdroje nevyjímaje. Ne náhodou proběhly v ČR významné investiční akce, které mají eliminovat výskyt pesticidů, ale i ostatních cizorodých organických mikropolutantů v upravených pitných vodách. Tyto investice však řeší důsledek, a nikoliv příčinu časté přítomnosti těchto látek ve vodním prostředí. K řešení této problematiky měly přispět Národní akční plán ke snížení používání pesticidů v České republice 2013–2017 a Národní akční plán k bezpečnému používání pesticidů v České republice 2018–2022. Je na čtenáři, aby posoudil, zda tyto akční plány splnily v oblasti ochrany vod svůj účel.

Materiál a metody

Pro vyhodnocení výsledků byla využita data z informačního systému ARROW z období 2003–2022 provozovaného Českým hydrometeorologickým ústavem. Tato data byla pořízena v rámci monitoringu jakosti povrchových vod Českým hydrometeorologickým ústavem ve spolupráci s podniky Povodí (v letech 2003–2006 a 2009), Zemědělskou vodohospodářskou správou (v letech 2006–2010), Výzkumným ústavem vodohospodářským T. G. M (v letech 2007–2009) a podniky Povodí (v letech 2007–2022). Celkem bylo zpracováno 4 678 540 koncentračních hodnot z 84 033 vzorků povrchových vod pro 276 látek z 1 626 profilů. Lokalizace profilů s uvedením počtu sledovaných pesticidních látek v období 2003–2022 je uvedena v mapě na obr. 1. Počet sledovaných látek v mapě je výsledkem sjednocení sledovaných látek v jednotlivých letech, tyto počty se v jednotlivých letech lišily s tím, že s vývojem analytických metod se počty sledovaných látek v průběhu času zvyšovaly. Nejvyšší počet látek (258) byl sledován v roce 2022 Povodím Vltavy v profilu Vltava–Zelčín. Vzhledem k tomu, že monitoring pesticidních látek v povrchových vodách v ČR dle Rámcové směrnice o vodách zajišťují podniky Povodí a každý z podniků Povodí má jinak nastaven tento monitoring, nelze považovat výsledky za homogenní z pohledu rozsahu ukazatelů (viz obr. 1 a 2), četnosti sledování ani analytických mezí stanovitelnosti. Zpracované agregované výsledky pro území celé ČR jsou tedy ovlivněny jak nastavením monitoringu podniky Povodí, tak nepoměrem počtu naměřených hodnot jednotlivými podniky Povodí, viz tab. 1.

Obr. 1. Počty látek, pro něž jsou uloženy výsledky v IS ARROW v jednotlivých profilech sledování z let 2003–2022

Obr. 2. Počty profilů s různými rozsahy sledovaných látek v období 2003–2022

Tab. 1. Počty zpracovaných vzorků a naměřených hodnot jednotlivými podniky Povodí v období 2003–2022 a v rámci programů monitoringu dle Rámcové směrnice o vodách v období 2007–2022

Při zpracování údajů o spotřebách přípravků na ochranu rostlin i účinných látek byly využity údaje Ústředního kontrolního a zkušebního ústavu zemědělského (ÚKZÚZ), které jsou dostupné na jeho webových stránkách [1]. Data o osevních plochách plodin byla získána z veřejné databáze Českého statistického úřadu [2].

Spotřeby přípravků na ochranu rostlin (POR) a účinných látek a jejich vliv na nálezy pesticidů ve vodách

V poslední době se často hovoří o tom, že spotřeby přípravků na ochranu rostlin v ČR klesají. Ano, z dat za posledních pár let je to jasně vidět; v dlouhodobém horizontu lze říci, že se v ČR z pohledu spotřeb spíše vracíme na úroveň před rokem 2006. Po roce 2006 totiž docházelo v období 2007–2017 k růstu spotřeb (až do roku 2012), popřípadě ke stagnaci zvýšených spotřeb prostředků na ochranu rostlin (POR) a účinných látek (období 2014–2017), viz obrázky 3a–3c. Herbicidy a fungicidy tvoří většinu spotřeby v ČR. Není tedy překvapením, že zejména herbicidy a v menší míře fungicidy jsou nejčastěji nalézanými pesticidy v povrchových ale i v podzemních vodách, přestože spotřeba herbicidů od roku 2008 klesla a naopak spotřeba fungicidů spíše rostla (obr. 3c). Z pohledu ošetřovaných plodin jsou největší spotřeby evidovány na obiloviny, následované řepkou (od roku 2008 se nezveřejňuje spotřeba specificky pro řepku olejku, nýbrž tato plodina byla zahrnuta do skupiny olejnin), kukuřicí a řepou (zejména cukrovkou), jak je patrné z obrázku 3d. Z porovnání spotřeb účinných látek s výměrou plodin je jasné, že nejintenzivněji se ošetřuje řepa, kde spotřeba účinných látek je 5 % celkové spotřeby při výměře 2,5 % z celkové osevní plochy. Řepka také patří k plodinám se zvýšenými nároky na ošetřování pesticidy (od roku 2009 činí spotřeba účinných látek minimálně 20 % spotřeby účinných látek při výměře cca 15 % osevních ploch, s maximem v roce 2017, kdy spotřeba činila téměř 26 % z celkové spotřeby (obr. 3e) při výměře 16 % z celkové osevní plochy (obr. 3f)). V porovnání s řepou a řepkou jsou obiloviny s cca 45% podílem na spotřebě účinných látek při výměře okolo 52 % z celkové osevní plochy a kukuřice s 10% podílem na spotřebě při výměře 12,5 % z celkové osevní plochy méně náročné na aplikaci pesticidů. Náročnost na ošetření pesticidy ilustruje poměr podílu na celkové spotřebě účinných látek k podílu na celkové výměře plodin na obrázku 3g. Nejvyšší pokles ve spotřebě účinných látek byl zaznamenán u kukuřice, kdy po epizodě zvýšených spotřeb v letech 2007–2013 došlo postupně od roku 2016 ke snížení spotřeby, mírný pokles byl i u spotřeb na obiloviny (od roku 2018) i na řepu a řepku v období 2020–2021 (obr. 3h).

Obr. 3 a–h. Vývoj spotřeby přípravků na ochranu rostlin (POR) a účinných látek v ČR 

Je zajímavé, že pesticidní látky používané pro ošetření obilovin, které se dlouhodobě pohybují nad 50 % celkové výměry pěstovaných plodin (obr. 3f), nikterak nedominují ani v nálezech ve vodách, ani ani ve výši koncentrací, tam jednoznačně vedou látky používané na řepku, kukuřici a řepu (obr. 4, 9, 10, 11).

Obr. 4. Frekvence nálezů vybraných pesticidů a jejich vztah k výměře plodin

Neproblematické chování účinných látek a problematické chování jejich metabolitů

Výsledky ukazují, že účinné látky nejsou až na pár výjimek z pohledu zatížení vodních toků problematické. Problematické jsou transformační produkty účinných látek, které vznikají v půdním prostředí a z pohledu mobility a perzistence se odlišují od mateřských účinných látek. Problematika identifikace metabolitů pesticidních látek ve vodách začala být řešena již na přelomu tisíciletí, kdy se autoři věnovali zejména metabolitům chloracetanilidových herbicidů [3, 4, 5] nebo širšímu spektru látek ze skupiny chloracetanilidových a triazinových herbicidů [6], popřípadě chloracetanilidových, triazinových a fenyl močovinových herbicidů [7]. Na použití multireziduálních metod stanovení těchto látek se zaměřili např. Reemtsma a kol. [8]. Po zaměření monitoringu na metabolity se obrázek ilustrující stav vod v ČR z pohledu pesticidů zcela změnil. Ukázalo se totiž, že právě metabolity tvoří dominantní zátěž vodních toků [9, 10, 11, 12]. Je nutno říci, že zejména metabolity chloracetanilidových herbicidů jednoznačně dominují. V současné době je jednoznačným favoritem metazachlor, respektive jeho metabolit metazachlor ESA [13]. Při zpracování desetitisíců koncentračních hodnot v povrchových vodách lze pro chloracetanilidové herbicidy identifikovat typický vzorec chování: koncentrace vlastní účinné látky se zvedají bezprostředně po aplikaci a vcelku rychle zase klesají, zatímco metabolity se postupně uvolňují do toku během celého roku (obr. 5–6). Navíc je zřejmé, že díky zvýšené perzistenci těchto metabolitů dochází k jejich vymývání z půdního profilu i několik let po ukončení aplikací jejich mateřské účinné látky (u alachloru to lze pozorovat 15 let po zákazu jeho používání, u acetochloru 9 let), viz obr. 5. Jistě není nezajímavé, že výsledky sledování těchto látek v podzemních vodách tomuto faktu odpovídají, jelikož např. alachlor ESA patří k nejčastěji nalézaným metabolitům v podzemních vodách [9]. Lze tedy v případě aktuálně používaných chloracetanilidových herbicidů hovořit o tom, že dnes si jejich používáním vytváříme do budoucna „starou“ zátěž. Herbicid choridazon prozatím vykazuje obdobné chování (obr. 7). Bude zajímavé sledovat, zda budou jeho metabolity do vod vyplavovány i v dalších letech a jak dlouho bude trvat, než přestanou být ve vodách přítomny. Naproti tomu terbuthylazin jako reprezentant triazinových herbicidů vykazuje odlišné chování, kdy koncentrace účinné látky i metabolitů stoupnou po aplikaci a v období mezi aplikacemi klesají, snad s výjimkou terbuthylazinu 2-hydroxy, který je vyplavován do vodních toků po mírně delší dobu než ostatní metabolity (obr. 8).

Obr. 5. Dynamika vyplavování zakázaných chloracetanilidových herbicidů do povrchových vod 

Obr. 6. Dynamika vyplavování povolených chloracetanilidových herbicidů do povrchových vod

Obr. 7. Dynamika vyplavování herbicidu chloridazonu do povrchových vod

Obr. 8. Dynamika vyplavování herbicidu terbuthylazinu do povrchových vod

Výsledky monitoringu – „dlouhodobý pohled“

Lidé se často ptají, zda se situace se znečištěním pesticidy opravdu zhoršila, odpověď by měla znít, že se spíše zlepšil stav našeho poznání. Bohuže nemáme k dispozici data, která by umožňovala srovnání v dlouhodobějším horizontu – v minulosti nebyly dostupné analytické metody, které by byly schopné stanovit látky, o kterých dnes víme, že jsou problematické. Situaci vykresluje obr. 9, kde je zobrazena frekvence nálezů látek, pro které byla v daném roce k dispozici data nejméně z 80 profilů a daná látka v období 2003–2020 byla alespoň v jednom roce nalezena ve více než 10 % vzorků. Z obrázku je patrné, že pro nejproblematičtější látky máme k dispozici 6 až 10tileté časové řady. Nejdelší časové řady, začínající v 90. letech minulého století, jsou k dispozici pro organochlorované insekticidy (např. první data pro gama HCH jsou z roku 1990) a triazinové herbicidy (první data pro atrazin jsou z roku 1994), které se dnes, s výjimkou tebuthylazinu (první data z roku 2004), již dlouhá léta nesmí v ČR používat. Z obr. 9 je zřejmé, že stopa atrazinu od jeho zákazu v roce 2006 pomaličku „chladne“ z 85,5 % pozitivních vzorků v roce 2003 na 8 % v roce 2022, zatímco jeho metabolit atrazin 2-hydroxy se vyskytuje stále v podstatném množství vzorků (mezi 30 a 40 %), obdobně to vypadá u terbuthylazinu (pokles ze 47 na 22 %) a jeho metabolitu terbuthylazinu 2-hydroxy (40–50 % pozitivních vzorků), což odpovídá i častým nálezům těchto metabolitů v půdách [14, 15]. Z organochlorovaných insekticidů se nejčastěji nalézají p,p’ DDE (metabolit DDT) a izomery HCH, i když pouze s nízkou frekvencí nálezů (do 10 %). Jako nejproblematičtější se ukazují metabolity v současnosti používaných chloracetanilidových herbicidů, a to zejména metazachloru (ESA, OA), metolachloru (EAS, OA) a dimethachloru (ESA). Z látek již zakázaných dominují ESA metabolity alachloru a acetochloru. U některých povolených látek je patrný mírný pokles frekvence nálezů např. z 98,5 % v roce 2013 na 77 % v roce 2022 u metazachloru ESA, nebo pokles v období 2016–2022 z 60 na 40 % u dimethachloru ESA. U metolachloru ESA se mezi roky 2013–2022 frekvence nálezů ustálila na úrovni okolo 60 % pozitivních vzorků. U zakázaných látek je patrná dlouhodobá stagnace frekvence nálezů alachloru ESA, které se od roku 2013 pohybují na úrovni 50 % vzorků. U acetochloru ESA poklesla frekvence nálezů z 58 % v roce 2013 na 30 % vzorků v roce 2022. Metabolity chloridazonu se od začátku jejich sledování v roce 2014 pohybují mezi 30 a 50 % pozitivních vzorků. Je zajímavé, že v období 2021–2022, tj. po zákazu používání chloridazonu, se procento pozitivních vzorků spíše zvedlo. Výše zmíněné látky zatěžují nejen významné vodárenské zdroje [11, 12, 16, 17], ale i upravenou pitnou vodu [18]. Vzhledem k širokému spektru používaných účinných látek (cca 200) nelze provádět analýzy všech účinných látek a metabolitů, což je vzhledem k jejich různým environmentálním vlastnostem, které ovlivňují konečné nálezy ve vodách, zcela zbytečné. Na základě stávajících dat ČHMÚ zveřejňuje aktualizovaný seznam látek, které jsou z pohledu jejich výskytu na území ČR relevantní. Určen je zejména pro vodohospodáře a hygieniky [19]. Na látky z tohoto seznamu by se měly laboratoře prioritně zaměřit při analýzách zaměřených na pesticidy.

Obr. 9. Frekvence nálezů látek v jednotlivých letech za posledních 20 let (procento pozitivních vzorků v daném roce, 0 = 0 %, 1 = 100 %, N/A = žádná data)

Výsledky monitoringu v roce 2022

Pro rok 2022 bylo provedeno zpracování výsledků monitoringu podniků Povodí celkem z 593 profilů (celkem z 5 541 vzorků) pro 262 jednotlivých analytů. Pesticidy byly nalezeny v 562 profilech (94,7 % sledovaných profilů) celkem ve 4 688 vzorcích (84,6 % vzorků). V roce 2022 bylo v povrchových vodách nalezeno celkem 153 pesticidů a jejich metabolitů, z toho 41 látek bylo nalezeno ve více jak 5 % vzorků. Výsledky odpovídají i nastavení monitoringu těchto látek jednotlivými podniky Povodí. Tam, kde se sleduje širší spektrum látek, se pesticidy nacházejí častěji. Nejčastěji byly nacházeny metabolity herbicidů používaných pro ošetření řepky, a to jak v současné době používaných (metazachlor, pethoxamid, dimethachlor, dimethenamid), tak již zakázaných (alachlor, acetochlor); pro ošetření kukuřice (používaných: metolachlor, terbuthylazin, pethoxamid, dimethenamid a zakázaných: atrazin, acetochlor), řepy (metabolity od roku 2021 zakázaného chloridazonu), popřípadě totální herbicid glyfosát a jeho metabolit AMPA. Z fungicidů se nejčastěji vyskytovala povolená látka tebukonazol (obr. 10, 11).

Obr. 10. Frekvence nálezů povolených látek a maximální dosažené koncentrace v roce 2022 (v závorce za názvem látky je uveden počet sledovaných profilů/počet vzorků/počet pozitivních vzorků)

Obr. 11. Frekvence nálezů zakázaných látek a maximální dosažené koncentrace v roce 2022 (v závorce za názvem látky je uveden počet sledovaných profilů/počet vzorků/počet pozitivních vzorků)

Nejvíce látek bylo v roce 2022 nalezeno v profilech Sány – Cidlina (49 látek), Senomaty – Rakovnický potok (48 látek), Luková – Cidlina, Rajhrad – Svratka (46 látek), Ivančice – Rokytná, Kokšín – Točnický potok, Obříství – Labe (45 látek), Židlochovice – Litava (44 látek), Havlíčkův Brod – Šlapanka, Hradčany – Lubě, Lanžhot – Morava, Pod Bihankou – Želetavka, Tovačov – Blata, Ústí – Svitava (43 látek), Vlásenický Dvůr – Cerekvický potok (přítok Želivky) (42 látek), Pikovice – Sázava, Rančice – Třebonínský potok (41 látek), Valy – Labe, Veverská Bítýška – Svratka, Lysá nad Labem – Labe (40 látek.) Nejvyšší sumární koncentrace pesticidů byly zjištěny v profilech Rohozec – Brslenka (maximum 9,63 µg/l, průměr 5,16 µg/l), Hradec Králové – Piletický potok (maximum 17,5 µg/l, průměr 4,98 µg/l), Bykáň – Opatovický potok (maximum 8,17 µg/l, průměr 4,53 µg/l), Nový Bydžov – Králický potok (maximum 14,3 µg/l, průměr 4,32 µg/l), Bakov nad Jizerou – Kněžmostka (maximum 10,09 µg/l, průměr 4,31 µg/l), vodní dílo Vrchlice – přítok Švadlenka (maximum 9,61 µg/l, průměr 4,04 µg/l), Senomaty – Rakovnický potok (maximum 22,66 µg/l, průměr 3,89 µg/l), Kokšín – Točnický potok (maximum 13,12 µg/l, průměr 2,88 µg/l). Přehledná mapa počtů nalezených látek a koncentrací je uvedena na obr. 12.

Obr. 12. Počty nalezených látek a sumární koncentrace v jednotlivých profilech v roce 2022

Bohužel dnes platná legislativa, tj. NV 401/2015 Sb., nestanovuje normy environmentální kvality (NEK) pro metabolity chloridazonu a metazachloru, které jsou z pohledu výskytu významnými kontaminanty, ani u ostatních metabolitů herbicidních látek, jako jsou pethoxamid, dimethachlor, dimethenamid, nebo pro fungicid tebukonazol, které jsou nalézány docela často. Na obr. 13 je uvedeno vyhodnocení dle NV 401/2015 Sb. pro pesticidy v roce 2022. Ze 48 pesticidních ukazatelů uvedených v NV 401/2015 Sb. byly v roce 2022 překročeny příslušné normy environmentální kvality u 17 z nich, přičemž u 11 byly NEK překročeny pouze u 1–5 profilů, u MCPA byla překročena NEK u 9 profilů, cybutryn překročil NEK u 10, fenitrothion u 20, cypermethrin u 31, metolachlor a jeho metabolity u 53 a alachlor ESA u 89 profilů. Z obrázku je patrný vliv nastavení monitoringu jednotlivých podniků Povodí, včetně vlivu použitých analytických metod a mezí stanovitelnosti, popřípadě extrémně nízké hodnoty NEK na výsledky hodnocení, např. ve formě vcelku častých překročení NEK pro fenitrothion (0,01 µg/l) u Povodí Ohře anebo cypermethrin (0,00008 µg/l) u Povodí Labe na rozdíl od ostatních podniků Povodí.

Obr. 13. Překročení norem environmentální kvality dle NV 401/2015 Sb. v roce 2022

Závěr

Pesticidní látky jsou významným kontaminanty vod pocházejícími převážně ze zemědělství. Tyto látky se ve vodním prostředí vyskytují v různých směsích, navíc ještě s dalšími organickými mikropolutanty pocházejícími zejména z komunální a průmyslové sféry, se kterými „soupeří“ o postavení nejvýznamnějších mikropolutantů. Z pohledu možných opatření k omezení výskytu pesticidních látek jsou tato opatření komplikovaná vzhledem k charakteru zdrojů pesticidních látek, které jsou v prostoru a čase proměnlivé. U některých látek se dá hovořit o půdě jako o téměř permanentnímu zdroji zejména jejich metabolitů v rámci komplikovaného chování v systému půda–voda. Půda dnes nemusí tvořit ochrannou sorpční bariéru, kde sorpce je závislá na půdních vlastnostech v kombinaci s environmentálními vlastnostmi pesticidu [20], nýbrž se sama stala zdrojem kontaminace vod. Opatření tedy musí spočívat v prevenci kontaminace vod, jinak zbývá pouze nasazení pokročilých technologií pro odstraňování těchto látek z vod. Národní akční plán ke snížení používání pesticidů v České republice 2013–2017 a Národní akční plán k bezpečnému používání pesticidů v České republice 2018–2022 měly mimo jiné přispět k řešení problematiky takovéto prevence. Výsledky ale bohužel potvrzují závěr kontrolní akce NKÚ „Intervence k zajištění udržitelné jakosti vod“ z roku 2021, který mimo jiné konstatoval, že „Neefektivnost opatření národních akčních plánů vede k rozsáhlým investicím do modernizace úpraven vod. Ty však nejsou řešením příčin znečištění …“ [21, 22]. Pesticidní látky ve vodách ovšem nejsou pouze problémem zásobování pitnou vodou, ve vodních ekosystémech může pod vlivem směsí různých látek docházet k degradaci společenstev na různých trofických úrovních i napříč těmito úrovněmi a těmto změnám nelze zabránit žádnými vyspělými technologiemi, jak je tomu u pitných vod, nýbrž jedině prevencí pronikání pesticidních látek do našich vod.

Literatura/References

Poděkování: Článek vznikl za podpory projektů TAČR SS02030027 a NAZV QK21020080

Mgr. Vít Kodeš, Ph.D.
Ing. Jitka Vejvodová
Ing. Kamila Sirotková

Český hydrometeorologický ústav
Na Šabatce 2050/17
143 06 Praha 4 – Komořany
vit.kodes()chmi.cz