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DFG For566

DFG-Forschergruppe "Tierarzneimittel in Böden: Grundlagenforschung für eine Risikoanalyse"

In den letzten Jahren konnten wiederholt ökologisch wirksame Konzentrationen von Antibiotika im Boden nachgewiesen werden. Ein wesentlicher Eintragsweg ist die Ausbringung von Gülle auf Ackerflächen, die in der Landwirtschaft in großen Mengen als Dünger eingesetzt wird. Die Gülle enthält oft Rückstände von Antibiotika und auch antibiotikaresistente Mikroorganismen. Für eine umfassende Analyse des Risikos fehlen jedoch noch grundlegende Modellvorstellungen über das Umweltverhalten der Substanzen und deren Wirkung auf die strukturelle und funktionelle Biodiversität im Boden.
Die DFG-Forschergruppe "Tierarzneimittel in Böden: Grundlagenforschung für eine Risikoanalyse" wurde im Februar 2005 mit dem Ziel ins Leben gerufen, grundlegendes Wissen über den Verbleib von Veterinärarzneimitteln in der Umwelt und mögliche Effekte von Arzneimittelrückständen auf die Umwelt sowie damit verbundene Risiken zu sammeln.
Charakteristisch für die Arbeit der Forschergruppe ist die Vernetzung der einzelnen Teilprojekte aus den Bereichen der Bodenkunde, Umweltchemie, Mikrobiologie und Modellierung. Im Mittelpunkt der experimentellen Arbeiten steht ein zentraler Versuchsaufbau (Zentralexperiment), dessen Proben von allen Gruppen untersucht werden. Die einzelnen Untersuchungen lassen sich den Bereichen "Exposition und Dynamik" (fate) sowie "Wirkung" (effects) zuordnen.
Das Osnabrücker Teilprojekt C "Integrierte Modellierung" befasst sich mit der mathematischen Modellierung der untersuchten Prozesse und der Vernetzung der Ergebnisse aus den einzelnen Teilbereichen. Die Arbeiten der einzelnen Teilprojekte (Abb.1) sollen aufklären, welche Prozesse den Verbleib und die Wirkungen des Tierarzneimittels in begülltem Boden bestimmen. Modellsubstanzen der Forschergruppe sind Sulfadiazin (SDZ) und Difloxacin (DIF).
Nach den ersten drei Jahren wurde die Forschergruppe 2008 und 2011 jeweils positiv evaluiert und um weitere drei bzw. zwei Jahre verlängert. In der 1.Projektphase sind anhand von zentralen Inkubationsversuchen die wichtigsten Prozesse bzgl. Konzentrationsdynamik, deren Wirkung auf .Bodenmikroorganismen und die Verbreitung von Resistenzgenen im Boden identifiziert worden. Die Konzentrationen von leichtverfügbarem SDZ in den untersuchten Böden fielen zu Beginn schnell ab, während sie sich jedoch langfristig auf einem geringen konstanten Konzentrationsniveau hielten. SDZ oder seine ebenfalls in der Gülle enthaltenen Metabolite wurden nur in geringen Mengen mineralisiert. Kennzeichnend für das Verschwinden im Boden war die Bildung von sogenannten nicht-extrahierbaren Rückständen (NER), die mittels radioaktiv markierter Substanz auch nachgewiesen worden.
Wirkungen auf die strukturelle Zusammensetzung der Bodenflora, auf die mikrobielle Umsetzungen von Stickstoff sowie auf die Abundanzen von SDZ-Resistenzgenen konnten nachgewiesen werden. Die Effekte traten jedoch zeitlich verzögert zu den höchsten SDZ-Konzentrationen auf. DIF zeigte von Beginn an eine sehr starke Bindung an den Boden, wodurch es in der Regel nur wenig bioverfügbar ist.
In der 2. Projektphase wurden die Untersuchungen u.a. auf das System Boden/Pflanze und wiederholte Applikationen von Gülle erweitert, die experimentell sowohl in Mesokosmen unter Laborbedingungen als auch in Freilandversuchen erfolgten. Die erhöhte mikrobielle Aktivität in der Rhizosphäre und bei Zugabe von Gülle zeigte eine erhöhte Dissipation von SDZ sowie eine verstärkte Effekte. Da die wechselnden Temperatur- und Feuchtebedingungen im Freiland das Umweltverhalten und die Effekte ebenfalls erheblich beeinflussten, werden in der aktuellen 3.Phase gezielt die Auswirkungen von zeitlich variablen Bodenfeuchtebedingungen auf die Prozesse näher untersucht.

Abbildung 1: Übersicht über die Forschergruppe "Tierarzneimittel in Böden: Grundlagenforschung für eine Risikoanalyse"