Description: Quartäre Alkylammuniumverbindungen (QAAC) sind kationische organische Verbindungen mit amphiphilen Eigenschaften, die in vielfältigen Anwendungen u.a. der Landwirtschaft als Desinfektionsmittel und Tensid zum Einsatz kommen. Obwohl es wenige Daten zu Konzentrationen im Boden gibt, deuten Befunde aus anderen Umweltkompartimenten wie Abwasser, Sedimente und Klärschlamm die ubiquitäre Verbreitung der QAACs und eine Anreicherung an partikulärer Substanz an. Eine vorhergesagte Umweltkonzentration entspräche in Böden 3.5 mg kg-1. In Böden sind bereits mehrfach QAAC Resistenzen nachgewiesen worden und hier könnten sie an einer Co-Selektion für Antibiotikaresistenzgene mitverantwortlich zu sein, was Risiken für Mensch und Umwelt bergen könnte. Im vorangehenden einjährigen Projekte der Nachwuchsakademie Agrarökosystemforschung postulierten wir, dass QAACs in landwirtschaftlichen Böden vor allem in den Zwischenschichten von Tonmineralen zurückgehalten werden. Hier würden sie sich dem biologischen Abbau teilweise entziehen und ihre akute Toxizität wäre gegenüber der freien wässrigen Phase gemindert. Mithilfe eines Versuches zur Wirkung von Tonmineralen auf die Minimalen Hemmkonzatrationen (MHK) von QAAC auf verschiede Bakterienarten konnte bestätigt werden, dass die Smektite die MHK nach oben verschieben, d.h. dass die akute Toxizität gepuffert wird. Sorptionsisothermen bestätigten, dass Smektite die freien Konzentrationen herabsenkten. Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen zeigten eine Aufweitung der Zwischenschichten dieser Tonminerale bei Zugabe von QAAC.QAACs führten zur Flockung der eingesetzten Tonminerale und es deutete sich auch ein Einfluss auf die Stabilität von Bodenaggregaten an. Im System Boden beeinflussen Aggregate mit ihrer internen Oberfläche, ihrer Größe und ihrer Mikrostuktur die Zugänglichkeit, die Retention und Sequestration von Schadstoffen.Deshalb ist es unser Anliegen, im Rahmen des Projektes den Einfluss der Mikroaggregat(MA)-bildung das Umweltverhalten und die Toxizität von auf QAAC, und umgekehrt, die Beeinflussung der QAAC von Mikroaggregierung von Bodenpartikeln durch QAAC zu klären.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
Desinfektionsmittel
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Ammonium
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Quartäre Ammoniumverbindung
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Ammoniumverbindung
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Kationisches Tensid
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Klärschlamm
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Bodenkunde
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Akute Toxizität
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Ackerboden
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Biologischer Abbau
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Berg
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Flockung
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Sorption
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Toxizität
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Sediment
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Tonmineral
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Landwirtschaft
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Mineral
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PEC-Wert
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Umweltverhalten
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Soil Sciences
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Region:
Nordrhein-Westfalen
Bounding boxes:
6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
Time ranges:
2019-01-01 - 2023-12-31
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Fate and Effects of Quaternary Ammonium Compounds in Soil -The role of microaggregation
Description: Quaternary alkylammonium compounds (QAAC) are cationic organic compounds used as surfactant and disinfectants in numerous applications, amongst others, in agriculture. Although only few concentration data are available for soils, findings for other environmental compartments point to their ubiquitous occurrence and accumulation with particular substance. A predicted environmental concentration for soils is 3.5 mg kg-1 and the occurrence of QAAC-resistant genes in soils has been demonstrated. Co-selection for antibiotic resistance would entail risks for humans and environment.In the preceding one-year project, granted within the first “Nachwuchsakademie Agarökosystemforschung”, we postulated that QAACs in agricultural soils will predominantly be retained in the interlayers of clay minerals, protecting them from microbial degradation and buffering their acute toxicity.With an experiment on the effect of clay minerals on the minimal inhibitory concentration (MIC) of QAAC for different model bacteria, we confirmed that addition of smectite shifts the MIC upwards, i.e. the acute QAAC toxicity is buffered. Sorption isotherms confirmed that smectites reduced free QAAC-concentrations. Transmission electron microscopy made the expansion of interlayer spaces upon QAAC addition visible. We observed, that QAAC exerts control over flocculation and aggregate stability. In the soil system the mobility of substances adsorbed to soil particles strongly depends on the size of the adsorbent. In case of aggregates with an internal surface, the size and microstructure of aggregates (soil microaggregate=SMA) affects the way a contaminant is accessed, released or sequestered. It is therefore the mission of the subsequent project phase, to understand the control stable aggregates, aggregate destabilization and formation exert on the bioavailability of QAAC and vice versa, to study the effect of the surfactant on microaggregation of soil particles.The research hypotheses of the proposed project are: (1) QAACs promote SMA formation and increase microaggregate stability, (2) a higher degree of SMA-formation increases QAAC sorption-desorption hysteresis, (3) microaggregation slows down QAAC mineralization and (4) microaggregation contributes to a measureable buffering of QAAC toxicity on soil microbes.Experiments will be performed with the help of artificially produced model SMA as well as with SMAs extracted from soil. Measurements of hydrodynamic radii and zetapotential and the determination of SMA geometry and porosity will serve to characterize SMA structure and properties. Kinetic QAAC degradation studies shall demonstrate the influence of SMAs. As a final step, artificial and “native” microaggregates will be employed in the microbial MIC-value test system and investigated for QAAC-toxicity buffering effect.
https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140446
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