Bijensterfte, oorzaken en gevolgen

Watermuggen (Chironomus tentans) zijn een veelgebruikte insecten soort voor water toxiciteitstesten met bestrijdingsmiddelen. Bij blootstelling van watermuggen aan imidacloprid over een periode van 28 dagen werd door onderzoekers van het Canadese National Water Research Institute de gemiddelde letale concentratie (LC50) vastgesteld op 910 nanogram per liter. Een vergelijkbare toxiciteit is aangetoond voor honingbijen: het voeden van honingbijen op suikerwater dat 1000 nanogram imidacloprid per liter bevatte leidde na 8 dagen tot sterfte. De concentraties van imidacloprid in het oppervlaktewater van de Randstad liggen regelmatig veel hoger en vormen daarmee een dodelijke bedreiging voor insecten. Recentelijk werd ook aangetoond dat de blootstellingstijd een versterkende werking op de toxiciteit van imidacloprid voor ongewervelde dieren kan hebben. Dat betekent dat chronische blootstelling aan zeer lage imidacloprid concentraties sterfte van ongewervelde dieren tot gevolg kan hebben. Bijensterfte is dus misschien alleen maar de top van een ijsberg. Dagvlinders en weidevogels nemen in aantal af, en het aantal soorten broedvogels en dagvlinders dat als bedreigd en kwetsbaar op de Rode Lijst staat, is de afgelopen tien jaar toegenomen. Er zijn aanwijzingen voor een verband tussen de dramatische neergang van vogelsoorten in West-Nederland en insectenschaarste door milieuverontreiniging met imidacloprid en andere insecticiden (zie ook www.farmlandbirds.net). Graspieper, Veldleeuwerik en Gele Kwikstaart vertonen sinds 2000 in de laagveengebieden van West-Nederland een dramatische jaarlijkse afname van resp. 32%, 23% en 22%. Als die ontwikkeling zich doorzet zal het overgrote deel van deze vogels binnen enkele jaren uit de laagveengebieden van West-Nederland verdwenen zijn. De extreme insecticidenbelasting van het Westlandse oppervlaktewater correleert met een drastische afname van het huismussen-, spreeuwen-, en gierzwaluwenbestand in de regio Delft. De zware insecticidenbelasting van het oppervlaktewater in de regios Amsterdam en Rijnmond correleert met het uitsterven van de huismus in Amsterdam en Rotterdam. Huismus en spreeuw voeden in de nestfase hun jongen met insecten, en gierzwaluwen voeden zich uitsluitend met insecten. Ook de ontwikkeling van de weidevogels in Amstelland, de Vechtstreek en Eemland is zorgelijk. Sinds 1997-1998 gaan tureluur, slobeend, graspieper, grutto, scholekster, kievit en veldleeuwerik in aantal achteruit. De veldleeuwerik is koploper (met een afname van gemiddeld bijna 10% per jaar).

Normaliter wordt bij bestrijdingsmiddelen de toxiciteit (= sterfte) voor watermuggen over een periode van 96 uur bepaald. De gemiddelde letale imidacloprid concentratie (LC50) na 96 uur bedraagt 5.750 nanogram per liter, en de imidacloprid concentratie die na 96 uur 25% sterfte veroorzaakt (LC25) bedraagt 2.460 nanogram per liter. Bij blootstelling van watermuggen over een langere periode van 28 dagen waren de LC50 en LC25 waarden echter veel lager: respectievelijk 910 en 590 nanogram per liter. Dit blijkt uit onderzoek van het Canadese National Water Research Institute dat in 2008 werd gepubliceerd.

Opmerkelijk hierbij is dat een verlenging van de blootstellingsduur van watermuggen met een factor 7 (van 4 naar 28 dagen) een verlaging van de gemiddelde letale concentratie van imidacloprid met een factor 6.3 (van 5.750 tot 910 nanogram per liter) tot gevolg had. Het product van letale imidacloprid concentratie en blootstellingstijd bleef dus ongeveer gelijk, hetgeen er op wijst dat de totale (voor sterfte van watermuggen benodigde) hoeveelheid imidacloprid ongeveer gelijk bleef.

Deze waarneming is in overeenstemming met de irreversibele (onomkeerbare) binding die imidacloprid aangaat met post-synaptische nicotinerge acetylcholine receptoren van insecten (waarop de insecticide werking berust), waardoor in afhankelijkheid van de imidacloprid concentratie het aantal vrije receptoren met de tijd afneemt. Een lagere concentratie zal daardoor bij langere inwerkingsduur net zo effectief zijn als een hoge concentratie bij een korte inwerkingsduur. Stoffen met een dergelijk werkingsmechanisme worden daarom ook wel "c.t-giften" genoemd: c.t werkingen werden voor het eerst beschreven voor gifgassen zoals fosgeen door de Duitse chemicus en Nobelprijswinnaar Fritz Haber (regel van Haber). In 1948 hebben Hermann Druckrey en Karl Küpfmüller theoretisch afgeleid hoe deze regel van Haber volgt uit onomkeerbare receptor binding:

Noem de beginconcentratie van specifieke receptoren waarmee de stof reageert R, de concentratie van receptoren waarmee de stof heeft gereageerd CR, en de concentratie van de stof op de werkingslocatie C, dan is de reactie kinetiek in het geval van een bimoleculaire reactie:

dCR / dt = K (R - CR) C – CR / TR

waarbij K een reactie constante is voor associatie en TR de tijd constante voor dissociatie
Aangezien de receptor binding onomkeerbaar (irreversibel) is zal TR → ∞

dCR / dt = K (R - CR) C

Veronderstel nu dat tot het tijdstip van werking CR « R, dan blijft R praktisch constant

dCR / dt = K R C

Als de concentratie van de stof constant bleef gedurende de studie, bleef C waarschijnlijk ook constant. Na integratie is

CR = K R C t

Dat is de regel van Haber. Ook zeer lage concentraties van c.t-giften hebben dus bij voldoende lange blootstellingsduur een werking. Dat betekent dus dat blootstelling van insecten aan relatief lage imidacloprid concentraties ook een steeds verdergaande blokkade van post-synaptische nicotinerge acetylcholine receptoren tot gevolg zal hebben met een uiteindelijk dodelijke werking.

Een vergelijkbaar verband tussen letale imidacloprid concentratie en blootstellingstijd tot 50% sterfte (T50) werd dit jaar ook beschreven voor de zoetwater ostracoda Cypridopsis vidua en de watervlooi Daphnia magna. Voor Cypridopsis vidua was een imidacloprid concentratie van 4.000 microgram per liter al na 0,9 dagen dodelijk . Een verlaging van de imidacloprid concentratie met een factor 1000 naar 4 microgram per liter leverde een verlenging van de T50 met ongeveer een factor 6 op naar 5,2 dagen. De T50 voor Daphnia magna was 3 dagen bij een imidacloprid concentratie van 60.000 microgram per liter. Een verlaging van de imidacloprid concentratie met een factor 10 naar 6.700 microgram per liter leverde een verlenging van de T50 met een factor 5 op naar 15 dagen.

Deze gegevens duiden er op dat voor deze waterorganismen de voor sterfte benodigde hoeveelheid imidacloprid lager wordt naarmate de blootstellingstijd toeneemt. Deze versterkende werking van de tijd werd door Druckrey en Küpfmüller theoretisch verklaard door omomkeerbaarheid van zowel de receptor binding als ook van de werking die van deze receptor binding uitgaat. De werking is dan proportioneel aan de dubbele integraal van concentratie over tijd, hetgeen neerkomt op een versterkende werking van de blootstellingstijd (zie ook de recente publicatie van Henk Tennekes in het tijdschrift Toxicology, zie bijlage).

Ook voor honingbijen is door Séverine Suchail et al. in 2001 een vergelijkbaar verband gerapporteerd tussen letale imidacloprid dosis en de blootstellingstijd tot 50% sterfte (T50). De voor sterfte benodigde hoeveelheid imidacloprid (LD50) werd lager naarmate de blootstellingstijd toenam. De LD50 voor sterfte na 48 uur bedroeg in deze studie 60 nanogram per bij. De LD50 voor sterfte na 72 of 96 uur was lager: 40 nanogram per bij. Het voeden van honingbijen op suikerwater dat 1000 nanogram imidacloprid per liter bevatte leidde na 8 dagen tot sterfte, waarbij bij een dagelijkse suikerwater consumptie van 12 microliter in totaal slechts 0.1 nanogram imidacloprid door de honingbij werd opgenomen.

De concentraties van imidacloprid in het oppervlaktewater van de Randstad liggen regelmatig veel hoger dan 1000 nanogram per liter en vormen daarmee dus een dodelijke bedreiging voor insectensoorten zoals bijen, libellen en waterjuffers. Bijen fourageren rechtstreeks op oppervlaktewater en koelen er de kast mee en voeren water aan het broed. Wilde planten nemen imidacloprid effectief op uit het vervuilde oppervlaktewater waardoor nectar en stuifmeel van wilde planten ook schadelijk worden voor bijen.

Omdat de stof in niet acuut dodelijke hoeveelheden mee wordt genomen naar het nest (in de vorm van besmette nectar, stuifmeel, honingdauw en water) kan dit de hele kolonie verzwakken en vatbaar maken voor ziekten en plagen. In zomerse omstandigheden kunnen de waterhaalsters in een bijenvolk (circa 1 procent van de populatie) ongeveer een halve liter water per dag binnenhalen. Bij fourageren op met 1000 nanogram imidacloprid per liter vervuild oppervlaktewater kan de dagelijkse blootstelling van een bijenvolk in zomerse omstandigheden dus oplopen tot 500 nanogram imidacloprid.

Bijenvolken krijgen in de winter vaak suikerwater gevoed, waarbij minstens 5 liter drinkwater per volk per winter wordt geconsumeerd. Met drinkwater dat met 100 nanogram imidacloprid per liter aan de huidige drinkwater norm voldoet betekent dit een toegevoegde import van nog eens 500 nanogram imidacloprid per volk per winter.

Daarmee is de dodelijke bedreiging voor insecten die uitgaat van de extreme oppervlaktewaterverontreiniging met imidacloprid voldoende onderbouwd. De gevolgen zijn dan ook zichtbaar. Dagvlinders en weidevogels nemen in aantal af, en het aantal soorten broedvogels en dagvlinders dat als bedreigd en kwetsbaar op de Rode Lijst staat, is de afgelopen tien jaar toegenomen. In West-Nederland zijn een aantal vogelsoorten acuut bedreigd.

Weidevogels namen in de periode 1990-2000 in het agrarisch gebied jaarlijks met 1.2% af. Sinds 2000 is die jaarlijkse afname bijna verviervoudigd (4.6%). Sinds 2000 vertonen alle 9 onderzochte soorten weidevogels (veldleeuwerik, slobeend, gele kwikstaart, scholekster, grutto, kievit, tereluur, graspieper en kuifeend) jaarlijks een afname in aantal. De veldleeuwerik is koploper in achteruitgang met een jaarlijkse afname van 9,2%. Vooral de ontwikkelingen in de laagveengebieden van West-Nederland draagt hieraan bij. Sinds 2000 is de jaarlijkse afname van weide vogels 13% in de laagveengebieden van West-Nederland. Bij de zangvogels onder de weidevogels is de ontwikkeling in deze gebieden nog dramatischer. Graspieper, Veldleeuwerik en Gele Kwikstaart vertonen sinds 2000 in de laagveengebieden van West-Nederland een jaarlijkse afname van resp. 32%, 23% en 22%. Als die ontwikkeling zich doorzet zal driekwart of meer van deze vogels binnen 5 jaar uit de laagveengebieden van West-Nederland verdwenen zijn. Een causaal verband tussen de neergang van weidevogels en insectensterfte door milieuverontreiniging met imidacloprid in West-Nederland kan niet worden uitgesloten. De leegloop van vlinders en weidevogels in de laagveengebieden van het Groene Hart correleert in ieder geval met de extreme verontreiniging met insecticiden van het oppervlaktewater van deze regio.

De extreme insecticidenbelasting van het Westlandse oppervlaktewater correleert met een drastische afname van het huismussen-, spreeuwen-, en gierzwaluwenbestand in de regio Delft. De zware insecticidenbelasting van het oppervlaktewater in de regios Amsterdam en Rijnmond correleert met het uitsterven van de huismus in Amsterdam en Rotterdam. Huismus en spreeuw voeden in de nestfase hun jongen met insecten, en gierzwaluwen voeden zich uitsluitend met insecten. Ook de ontwikkeling van de weidevogels in Amstelland, de Vechtstreek en Eemland is zorgelijk. Sinds 1997-1998 gaan tureluur Tringa totanus, slobeend Anas clypeata, graspieper Anthus pratensis, grutto Limosa limosa, scholekster Haematopus ostralegus, kievit Vanellus vanellus en veldleeuwerik Alauda arvensis in aantal achteruit. De veldleeuwerik is koploper (gemiddeld bijna 10% per jaar).

De ad hoc MTR (maximaal toelaatbaar risiconiveau) norm voor oppervlaktewater was 13 nanogram per liter, de wettelijke MTR norm is door het College voor de Toelating van Bestrijdingsmiddelen en Biociden (CTGB) in 2008 vastgesteld op 67 nanogram per liter.

Bron: Stoughton SJ et al. Arch Environ Contam Toxicol (2008) 54:662-673
http://www.springerlink.com/content/74200p4j37374734/fulltext.pdf

Informatie over het werkingsmechanisme van imidacloprid:
http://weedscience.siuc.edu/moa2005/downloads/Session%2013/Insecticide%2...
http://jeb.biologists.org/cgi/reprint/200/21/2685

Informatie over ct-giften:
http://jpet.aspetjournals.org/cgi/reprint/296/3/663

Informatie over het verband tussen imidacloprid concentratie en de blootstellingstijd tot 50% sterfte (T50) voor Cypridopsis vidua en Daphnia magna:
http://www.springerlink.com/content/xr92p3824114n3l1/fulltext.pdf?page=1

Informatie over het verband tussen imidacloprid dosis en de blootstellingstijd tot 50% sterfte voor honing bijen:
Séverine Suchail, David Guez, and Luc P. Belzunces (2001). DISCREPANCY BETWEEN ACUTE AND CHRONIC TOXICITY INDUCED BY IMIDACLOPRID AND ITS METABOLITES IN APIS MELLIFERA.
Environmental Toxicology and Chemistry 20, 2482–2486

Bron voor waterverbruik bijenvolk: P. Elshout (2003). De vierde dracht. Water! Ook voor
bijen een eerste levensbehoefte. Bijen: maandblad voor imkers 12 (12) : 342 -344

Informatie over de normoverschrijdingen van imidacloprid in de Randstad:
http://www.bijensterfte.nl/nl/node/74

Informatie over massale bijensterfte in de Randstad:
Bijensterfte in Rijnmond: http://www.bijensterfte.nl/nl/node/91
Bijensterfte in het Groene Hart: http://www.bijensterfte.nl/nl/node/90
Bijensterfte in regio Amsterdam: http://www.bijensterfte.nl/nl/node/88
Bijensterfte in de Bollenstreek: http://www.bijensterfte.nl/nl/node/98

Informatie over het dreigende uitsterven van andere insectensoorten (vlinders en libellen) in de Benelux:
http://www.bijensterfte.nl/nl/node/119

Dagvlinders en weidevogels nemen in aantal af, en het aantal soorten broedvogels en dagvlinders dat als bedreigd en kwetsbaar op de Rode Lijst staat, is de afgelopen tien jaar toegenomen:
http://static.ikregeer.nl/pdf/BLG13082.pdf

Informatie over de bedreiging van weidevogels in West-Nederland:
http://www.boerenlandvogels.nl/node/10

Nederlandse populatie van huismussen in 25 jaar gehalveerd:
http://www.farmlandbirds.net/content/nederlandse-populatie-van-huismusse...

Informatie over de bedreiging van huismussen, spreeuwen en gierzwaluwen in de regio Delft:
http://www.bijensterfte.nl/nl/node/159

Informatie over de bedreiging van de huismus en gierzwaluw in Amsterdam:
http://www.bijensterfte.nl/nl/node/171

Informatie over de afname van weidevogels in de regio Amsterdam:
http://www.boerenlandvogels.nl/content/sterke-afname-weidevogelsoorten-a...

Informatie over de bedreiging van de huismus in Rotterdam:
http://www.bijensterfte.nl/nl/node/165

Buglife rapport over de toxicologie van neonicotinoide insecticiden:
http://www.buglife.org.uk/Resources/Buglife/Neonicotinoid%20insecticides...

Informatie over de drinkwaternorm voor bestrijdingsmiddelen:
http://www.bijensterfte.nl/nl/node/105

Literatuur:
Haber, F. (1924). Zur Geschichte des Gaskrieges. In Fünf Vorträge aus den Jahren 1920-1923, pp. 76-92. Julius Springer, Berlin.
Druckrey, H., Küpfmüller, K. (1948). Quantitative Analyse der Krebsentstehung. Z Naturforschung 3b, 254-266.
Druckrey, H., Küpfmüller, K. (1949). Dosis und Wirkung. Beitrage zur theoretischen Pharmakologie, Editio Cantor GmbH, Freiburg im Breisgau, Duitsland.