Nyhedsbrev fra Forskningscenter for Økologisk Jordbrug · April 2004 · nr. 2

Vindspredning af GM pollen fra raps og rug marker i landskabet: Resultater af modelsimuleringer

Af Camilla Geels, Per Løfstrøm, Lise Marie Frohn, Jørgen Brandt, Afdeling for Atmosfærisk Miljø, og Gösta Kjellsson, Afdeling for Terrestrisk Økologi, Danmarks Miljøundersøgelser

Den forventede øgede anvendelse af genmodificerede planter (GMP) i EU og konsekvenserne for økologisk landbrug har været til debat i de senere år. FØJO-projektet "Redskaber til at undgå iblanding af GMO i raps, kløver og flerårige græsser" (TOPRO), har haft til formål at udvikle en række redskaber, der kan anvendes til at iværksætte forholdsregler mod spredning af GM mellem GM og ikke-GM afgrøder.
Som en del af projektet er en ny computermodel, OML-DEP, for vindspredning af pollen udviklet. I dette studie har vi fokuseret på atmosfærisk modellering af spredningen fra vinterraps (Brassica napus) og vinterrug (Secale cereale), som er afhængige af bestøvning via vindspredning af pollen.
For mange planter (deriblandt raps) er bestøvningen via insekter også en vigtig faktor, men den præcise fordeling mellem de to spredningstyper er sjældent velbestemt.

For at kunne vurdere den mulige risiko for spredning af GM til dyrkede marker er det derfor vigtigt at undersøge de biologiske og fysiske processer bag de mulige spredningsveje for de enkelte afgrøder. Her anvendes OML-DEP modellen til at undersøge potentialet for vindspredning af GM-pollen i forhold til omfanget af spredningen af ikke-GM pollen. Forholdet mellem koncentrationen af GM-pollen over en økologiske mark og koncentrationen af ikke-GM pollen fra afgrøden antages at være proportional med GM-fremmedbestøvningen og med sandsynligheden for et eventuelt utilsigtet GM-indhold i afgrøden.

I det følgende beskrives modellen kort og der gives eksempler på resultaterne og fremtidige anvendelsesmuligheder.

Forbedret model

OML-DEP modellen er en videreudvikling af den danske Operationelle Meteorologiske Luftkvalitetsmodel, der gennem en årrække er blevet udviklet og anvendt ved Danmarks Miljøundersøgelser (Berkowicz et al., 1986; Olesen et al., 1992). OML modellen er en moderne Gaussisk (røgfane) model, hvilket gør den velegnet til detaljerede studier af spredningen af stoffer i atmosfæren indenfor 20-30 km afstand fra kilden. Pollenversionen af OML-DEP indeholder nu muligheden for at inkludere:

  • arealkilder (fx marker) for pollen
  • den efterfølgende spredning af pollen i atmosfæren på grund af vinden og de turbulente strømninger i det atmosfæriske grænselag
  • fjernelsen af pollen fra atmosfæren via en gravitionel faldhastighed og tørdeponering.

Vindspredning af pollen varierer fra sted til sted

Modellen er kørt for fem pollensæsoner fra 1999 til 2003 ved at inkludere meteorologiske data fra vejrmodellen Eta. Disse data er testet med gode resultater mod lokale målinger fra en vejrstation i Danmark. For at vurdere ikke bare forskellene i spredning fra år til år, men også mulige regionale forskelle, er beregningerne lavet for tre lokaliteter i Danmark: Tange (nær Bjerringbro), Øster Højst (mellem Tønder og Åbenrå) og Lille Valby (nær Roskilde). Den nødvendige information om pollenemission (bl.a. den tidslige variation) samt den gravitionelle faldhastighed for de to pollentyper er fundet i litteraturen.

Modelberegningerne af den rumlige fordeling af rapspollen for de tre lokaliteter og for de fem pollensæsoner tyder på, at vindspredningen af pollen varierer meget pga. variationer i de meteorologiske forhold fra sæson til sæson og fra sted til sted. Specielt har den dominerende vindretning betydning for koncentrationsniveauerne og fordelingen, men også den stærkt varierende turbulente tilstand af det atmosfæriske grænselag er vigtig for spredningen. Det atmosfæriske grænselag er den nederste del af atmosfæren, hvor hvirvler (turbulens) dannes i luften pga. konvektion og friktion ved jordoverfladen. Turbulensen er meget effektiv til at opblande pollen i den omgivende luft og vil afhænge bl.a. af den lokale opvarmning af jordoverfladen og ruheden af denne. Potentialet for vindspredningen af pollen varierer derfor meget på både korte og lange tidsskalaer, hvilket gør en generel vurdering af sandsynligheden for pollenspredning mere kompliceret.

Pollenspredning fra store og små marker

Der er udført modelsimuleringer, hvor både størrelsen af GM og ikke-GM markerne samt afstanden mellem dem varieres. Resultaterne præsenteres som en gruppe kurver, der viser den procentvise andel af GM-pollen over ikke-GM marken i forhold til den totale mængde af pollen. Et eksempel anvendt på raps ses i Figur 1, hvor GM-andelen er angivet for den mest kritiske og hyppigste vindretning, som for den valgte lokalitet er en vestlig vindretning det pågældende år. Disse kurver kan bruges som et simpelt værktøj til at vurdere niveauet af spredningsrisikoen ved fx planlægning og forvaltning/dyrkning af en GM mark i et område med økologiske afgrøder. Ønsker man fx, at andelen af GM-pollen i luften over en økologisk mark på 4 ha skal være under 1%, bør afstanden til en GM mark på 16 ha være mindst 600 m, mens afstanden til en GM mark på 4 ha kun skal være mindst 250 m. Er der flere GM-marker i området gentages vurderingen og resultaterne adderes for at få det samlede GM bidrag.

Generelt viser resultaterne, at ved kortere afstande er separationsafstanden mellem markerne den mest effektive parameter for at nedsætte den relative andel af GM-pollen over en ikke-GM mark. Desuden ses det, at for afstande over ca. 400 m er størrelsen af GM marken vigtigere end størrelsen af 'modtager' marken. Generelt kan man fra en lille GM mark forvente et lille bidrag af pollen til større økologiske marker, mens små økologiske marker vil være meget udsat for pollenspredning fra store GM marker. Ligningerne angivet i figuren kan benyttes til at beregne GM-andelen (Y) for større afstande (X). I tilfældet med en 4 ha økologisk mark og en GM-mark på 16 ha vil en separationsafstand på 3000 m således betyde, at GM-andelen af pollen over den økologiske mark ifølge modelberegningerne vil være på 0,15%.

GM forurening ved 250 og 1000 meters afstandskrav

OML-DEP modellen har ligeledes været benyttet til at lave mere detaljerede beregninger for et testområde i Bjerringbro-Hvorslev området i Jylland. Udfra oplysninger om fordelingen af afgrøder i landskabet (fra Tolstrup et al., 2003) giver denne scenarieberegning et indblik i betydningen af fordelingen af marker i landskabet i et område med både GM og ikke-GM raps.

Tilsvarende beregninger er foretaget for vinterrug, hvor to scenarier er analyseret med basale og udvidede afstandskrav (hhv. 250 m og 1000 m; Tolstrup et al., 2003) inkluderet, se Figur 2a og Figur 2b. Der er her anvendt et 50% scenarie (50% GM rugmarker/ 50% ikke-GM rugmarker), og der er regnet med et højt dyrkningsniveau af rug på 10% af det samlede landbrugsareal, som igen udgør 65% af hele arealet i overensstemmelse med en tidligere scenarieberegning (Tolstrup et al., 2003; Dalgaard & Kristensen, 2003).

Det ses, at hvis procentdelen af GM-pollen i luften over ikke-GM markerne afspejler den maksimale procentandel GM-indhold i afgrøden (tilnærmet worst-case), forventes rugafgrøden i ikke-GM markerne at få et lavere GM-indhold (Figur 2a og Figur 2b) ved både 250 og 1000 m afstandskrav end de foreslåede grænseværdier for GM-indholdet i konventionel såsæd (0,3-0,7 %) og fødevarer og foder (0,9%).

Der kan dog potentielt blive problemer for økologisk avl med en grænseværdi på 0,1% (detektionsgrænsen), da GM-indholdet i flere marker må forventes at overskride denne værdi ved 250 m afstandskrav i eksemplet. Ved produktion af hybridfrø med anvendelse af hansterile og hunfertile planter kan sandsynligheden for fremmedbestøvning være større afhængig af planternes fordeling.

Detaljerede beregninger for lokale forhold

Generelt understøtter disse beregninger, at separationsafstanden mellem markerne er den mest effektive parameter for at nedsætte den relative andel af GM-pollen over en ikke-GM mark. Fordelingen af markerne i landskabet og den dominerende vindretning i det pågældende områder er dog også yderst vigtige parametre for den samlede transport af pollen og dermed for GM-andelen af den totale pollenmængde over en mark. Denne mere komplekse metode til estimering af pollenspredningen bygger således på anvendelsen af OML-DEP til beregninger af andelen af GM-pollen i et specifikt område med en specifik sammensætning af afgrøder.

Ved at inkludere de lokale meteorologiske forhold for aktuelle år evt. for en længere årrække kan man opbygge et mere detaljeret billede af spredningsrisikoen i det pågældende område. Dette komplekse værktøj kan således benyttes til vurdering af f.eks. behov for særlige afstandskrav for GM marker i specificerede områder af Danmark baseret på de lokale forhold.

Referencer

Berkowicz, R., H. R. Olesen & K. B. Gislason (1986): The Danish Gaussian air pollution model (OML): Description, Test and sensitivity analysis in view of regulatory applications. In: Air pollution Modelling and its applications, pp. 453-481, NATO-CCMS, vol. 10, Plenum Press, New York.

Dalgaard, T. & I. T. Kristensen (2003): Udbredelsen af udvalgte afgrøder i Dansk landbrug 2002. Notat vedrørende dyrkning af genetisk modificerede afgrøder, Danmarks JordbrugsForskning, 31 s.

Olesen H. R., P. Løfstrøm, R. Berkowicz & A. B. Jensen (1992): An improved dispersion models for regulatory use - the OML Model. In: Air pollution Modelling and its applications, pp. 29-38, Plenum Press, New York.

Tolstrup, K., Andersen, S. B., Boelt, B., Buus, M., Gylling, M., Holm, P. B., Kjellsson, G., Pedersen, S., Østergård, H., & Mikkelsen, S. A. (2003): Rapport fra udredningsgruppen vedrørende sameksistens mellem genetisk modificerede, konventionelle og økologiske afgrøder. Danish Institute of Agricultural Sciences, Tjele, 275 p.