TU Berlin

Fachgebiet BodenkundeDFG KA 1139_13

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Sequestration of Veterinary Medicines in Soils

Förderer:
Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektnummer:
DFG KA 1139/13 FOR 566
Laufzeit:
04.04.2005-28.03.2008
Projektleiter:
Martin Kaupenjohann
Mitarbeiter:
Nadine Prey, Sabine Dumke
Projektpartner:
Andreas Schäffer, Berndt-Michael Wilke, Harry Vereecken, Kornelia Smalla, Michael Matthies, Jörg Klasmeier, Michael Spiteller, Sören Thiele-Bruhn, Wulf Amelung

Zusammenfassung

Seit kurzem werden ökologisch wirksame Konzentrationen von antibakteriellen Tierarzneimitteln auch im Boden nachgewiesen. Für eine umfassende Analyse des Risikos fehlen jedoch grundlegende Modellvorstellungen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Tierarzneimittel-Wirkstoffe i.d.R. mit Wirtschaftsdüngern auf die Böden gelangen. Zwar gibt es Modellvorstellungen zum Umweltverhalten hydrophober Schadstoffe und zur Wirkung von Wirtschaftsdüngern auf die Bodenlebewelt, doch sind diese nur bedingt übertragbar auf die Dynamik der teilweise polaren Tierarzneimittel-Wirkstoffe im Boden und ihre spezifischen Effekte auf Bodenorganismen. Auch die in der Literatur beschriebenen Effekte von zusätzlichen C-Quellen und Co-Solventien auf Bindung, Abbau und Transport sind aufgrund der komplexen Zusammensetzung von Wirtschaftsdüngern nicht direkt auf Tierarzneimittel-Wirkstoffe übertragbar. Effekte der komplexen Wechselwirkungen von Wirtschaftsdüngern auf die Wirkung der Stoffe im Boden sind unseres Wissens überhaupt nicht untersucht. Übergeordnetes Ziel dieser Forschergruppe ist es daher, anhand zweier unterschiedlicher Wirksubstanzen (Sulfadiazin und Difloxacin) aufzuklären, wie unter dem Einfluss von Wirtschaftsdüngern die Wirkung dieser Stoffe im Boden an ihre Dynamik gekoppelt ist (vgl. Abb. 1). Wir sehen hierbei mehrere offene Fragen in den Bereichen Dynamik (z.B. Abbau und Metabolisierung, Sequestration sowie skalenabhängige Umverteilung), Wirkung (z.B. auf Struktur und Funktion der Mikroorganismen sowie auf Resistenzbildung) und v.a. bezüglich der Mechanismen der raum-zeitlichen Kopplung von Dynamik und Wirkung der Problemstoffe im Boden (von ms bis Jahren und von der Mineraloberfläche bis zum Bodenprofil). Zur Beantwortung dieser Fragen erscheint es uns in der 1. Projektphase notwendig, vorwiegend anhand von Labor- und kontrollierten Feldversuchen die relevanten Skalen und Prozesse zu identifizieren sowie die Raten zu quantifizieren, welche die Dynamik und Wirkung der Stoffe im Boden allein und unter dem Einfluss tierischer Exkremente steuern. In einer 2. Phase werden die Prozesse gekoppelt und ihre Relevanz weiterhin in einem gemeinsamen Freilandversuch überprüft. Damit können wir die für das Umweltverhalten der Zielstoffe wesentlichen Steuergrößen und –mechanismen aufdecken und quantifizieren. Übersicht über die Teilprojekte Ziel der 1. Phase der Forschergruppe ist die Identifikation der wesentlichen Prozesse zur Dynamik und Wirkung von ausgewählten Tierarzneimitteln im Boden. Hierzu sind 8 Teilprojekte vorgesehen, die sich den Projektbereichen A) Exposition und Dynamik sowie B) Bioakkumulation und Wirkung zuordnen lassen. Die beiden Projektbereiche sind – neben gemeinsamen Experimenten von Teilprojekten von A) und B) – durch C) die Integrierte Modellierung vernetzt. Dieses Teilprojekt, das von Anfang an einbezogen ist, erlaubt eine Rückkopplung auf das Design der Experimente, um sicherzustellen, dass sie zu einem integrierten und umfassenden Ansatz für eine Risikoanalyse beitragen. Aufbauend auf die Bestimmung der Raten und Intensitäten der einzelnen Prozesse und Wirkungen durch die Projektbereiche A) und B) in der ersten Phase, werden mittels integrierter Modellierung Hypothesen über die Interaktionen abgeleitet und damit spezifische Experimente für die zweite Phase, um systematisch die Interaktionen der Prozesse und Wirkungen zu untersuchen. In diesem Zusammenhang wird die selektive Manipulation in den Experimenten es ermöglichen, das Verhalten der Tierarzneimittel-Wirkstoffe und ihre Wirkungen unter variierenden Umweltbedingungen zu untersuchen. Ziel der 1. und 2. Phase ist die Erforschung der Interaktionen der identifizierten Prozesse über beide Projektbereiche hinweg.

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