Antibiotika in Wirtschaftsdüngern, Klärschlämmen und Gärresten und deren Interaktion mit Pflanzen

Abstract

Wirtschaftsdünger, Gärreste und Klärschlämme fallen in großen Mengen an und werden wegen ihres Nährstoffgehaltes für die Düngung in der Landwirtschaft genutzt, wodurch sie Schadstoffe wie Schwermetalle und Antibiotika in landwirtschaftliche Böden transportieren. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die methodischen Grundlagen der chemischen Analyse dieser Stoffe in Wirtschaftsdüngern, Gärresten und Klärschlämmen zu evaluieren und insbesondere für Antibiotika ein geeignetes Analyseverfahren zu entwickeln. In Gefäß- und Modellversuchen wurden zudem direkte toxische und kombinatorische Effekte von Antibiotika und Schwermetallen auf Modellorganismen geprüft und deren ökologische Relevanz abgeschätzt. Die Arbeit erbrachte folgende Ergebnisse:
Die CAL-Extraktion von P erwies sich im Vergleich zur Wasser-Extraktion als weniger matrixabhängig und genauer bei der Konzentrationsbestimmung. Die Ergebnisse der CAL-Extraktion entsprachen denen der NAC-Extraktion. Für die eigentliche P-Bestimmung erwies sich die ICP-OES-Messung als genauer im Vergleich zur Kolorimetrie. Tendenziell fanden sich in den Endprodukten der anaeroben Fermentation niedrigere Median- und Maximalkonzentrationen von Antibiotika als in den Eingangssubstraten, die Größenordnung war jedoch vergleichbar. Die Mediankonzentrationen von Wirtschaftsdüngern und Klärschlämmen lagen häufig im Bereich von 100 μg bis wenige mg kg^-1 Trockenmasse, der Maximalwert eines Gärrests bei 29,8 mg kg^-1 Tetracyclin. Bei vielen Proben wurde eine Kontamination mit mehreren Antibiotika beobachtet. In Modellversuchen (Toxkits) wurde festgestellt, dass Antibiotika in hohen Konzentrationen toxisch auf Daphnia magna und Sinapis alba wirken, und zwar in Form einer Immobilisierung von Daphnia magna und einer Reduzierung der Wurzellänge von Sinapis alba. Die Antibiotika Enrofloxacin, Sulfadiazin und Tetracyclin wiesen in ihrer binären Kombination in Toxkits synergistische toxische Effekte auf. Enrofloxacin konnte im Gefäßversuch nicht in der Bodenlösung detektiert werden, was als Hinweis auf eine Adsorption an die Bodenmatrix gewertet werden kann. Ab einer Enrofloxacin-Konzentration von 3,6 mg kg^-1 Sandboden trat eine Reduktion der Biomasseentwicklung von Sinapis alba auf und Enrofloxacin konnte in geringen Konzentrationen im Pflanzenmaterial nachgewiesen werden. Die berechnete Antibiotika-Fracht durch Düngung mit der am stärksten kontaminierten Gärrestprobe betrug 22 μg Tetracyclin kg^-1 Boden, was deutlich unter den schädlichen Effektkonzentrationen für Sinapis alba liegt. Auf Grundlage dieser Daten ist derzeit nicht mit einer direkten toxischen Wirkung auf Pflanzen zu rechnen, wenn Wirtschaftsdünger oder Klärschlämme zur Düngung eingesetzt werden. Andere schädliche Effekte in der Umwelt, welche in dieser Studie nicht betrachtet wurden, können jedoch nicht ausgeschlossen werden.