Freisetzung und Dissipation von Antibiotika und Desinfektionsmitteln in verschiedenen Bodentypen in Abhängigkeit der Bewässerungswasserqualität

Projekt: Freisetzung und Dissipation von Antibiotika und Desinfektionsmitteln in verschiedenen Bodentypen in Abhängigkeit der Bewässerungswasserqualität (Teilprojekt zu FOR 5095)

Projektleitung: Dr. Ines Mulder, Prof. Dr. Jan Siemens

Projektbearbeitung: Dr. Benjamin J. Heyde

Laufzeit: 2021-2024

Kurzbeschreibung

Die Nutzung von Abwasser für die Bewässerung in der Landwirtschaft ist eine effiziente und weit verbreitete Praxis zur Bewältigung von Wasserknappheit und zur Steigerung der Nahrungsmittelproduktion mit einer langen Tradition in vielen Teilen der Welt. Die Bewässerung mit unbehandeltem Abwasser in der Vergangenheit hat zu einer Anreicherung von chemischen Schadstoffen wie Arzneimitteln und Desinfektionsmitteln in Böden geführt. Infrastrukturinvestitionen zur Erreichung des Nachhaltigkeitszieles 6 „Sauberes Wasser und Sanitäreinrichtungen“ führen zu einem Wechsel von einer Bewässerung mit unbehandeltem Abwasser zu einer Bewässerung mit behandeltem Abwasser. Wir postulieren, dass die Implementierung einer konventionellen Abwasserbehandlung in etablierten Bewässerungssystemen, die unbehandeltes Abwasser genutzt haben, mit bislang unvorhergesehenen Risiken verbunden ist. Diese Risiken ergeben sich i) aus der Re-mobilisierung der in der Vergangenheit im Boden akkumulierten Schadstoffe, die ii) zu Schadstoffkonzentrationen in Böden und Pflanzen führen, die eine (Ko-)Selektion von Antibiotikaresistenzen bewirken, wobei iii) Freisetzung und Konzentrationen von Schadstoffen sowie die Selektion von Antibiotikaresistenzen vom Bodentyp abhängen. SP 2 testet diese Hypothesen mit den drei Bodentypen Leptosol, Phaeozem und Vertisol für viel verwendete Antibiotika unterschiedlicher Struktur und Wirkungsweise (Sulfamethoxazol, Trimethoprim, Ciprofloxacin, Clindamycin, Erythromycin, Azithromycin) und Quartäre Alkylammonium Desinfektionsmittel (Alkyltrimethylammonium-, Dialkyldimethylammoinium-, Benzylalkylammonium- Wirkstoffe) in den drei gemeinsamen Experimenten der Forschungsgruppe und in zwei Satellitenexperimenten. Die Analyse von Zeitreihen von Konzentrationen in Bodenextrakten, die mit Wasser und Hochdruckflüssigextraktion sowie Ultraschallextraktion gewonnen werden, mittels mathematischer Modelle wird Informationen zu Sorptions-/Desorptionskinetiken und der Verteilung der Zielschadstoffe im ternären System stationäre Phase - echt gelöste Phase – Phase suspendierter Kolloide liefern (in Zusammenarbeit mit SP 1 und SP 7). Die Kinetik der Schadstoff(de)sorption und die Mengen desorbierbarer Zielschadstoffe werden zusätzlich mittels künstlicher Senken (diffusive gradients in thin films) und Isotopenaustauschexperimenten untersucht. Die Integration der Ergebnisse von Teilprojekt 2 in das Modell zum Verbleib und zur Wirkung der Zielschadstoffe (SP 7) sowie ihre Verschneidung mit den Ergebnissen der SPs 3-6 wird die Relevanz von Antibiotika und Quartären Ammoniumdesinfektionsmitteln, die mit Abwasser in den Boden gelangen oder aus diesem freigesetzt werden für die Selektion und Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen zeigen. So trägt SP 2 zu einem mechanistischen Verständnis der Interaktionen von Schadstoffen, Antibiotikaresistenz und pathogenen Bakterien in einem sich ändernden Abwasserbewässerungssystem bei.

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft