GEMAS (Geochemical Mapping of Agricultural and Grazing Land Soil in Europe) ist ein Kooperationsprojekt zwischen der Expertengruppe „Geochemie“ der europäischen geologischen Dienste (EuroGeoSurveys) und Eurometeaux (Verbund der europäischen Metallindustrie). Insgesamt waren an der Durchführung des Projektes weltweit über 60 internationale Organisationen und Institutionen beteiligt. In den Jahren 2008 und 2009 wurden in 33 europäischen Ländern auf einer Fläche von 5 600 000 km² insgesamt 2219 Ackerproben (Ackerlandböden, 0 – 20 cm, Ap-Proben) und 2127 Grünlandproben (Weidelandböden, 0 – 10 cm, Gr-Proben) entnommen. In den Proben wurden 52 Elemente im Königswasseraufschluss, 41 Elemente als Gesamtgehalte sowie TC und TOC bestimmt. Ergänzend wurde in den Ap-Proben zusätzlich 57 Elemente in der mobilen Metallionenfraktion (MMI®) sowie die Bleiisotopenverhältnisse untersucht. Alle analytischen Untersuchungen unterlagen einer strengen externen Qualitätssicherung. Damit liegt erstmals ein qualitätsgesicherter und harmonisierter geochemischer Datensatz für die europäischen Landwirtschaftsböden mit einer Belegungsdichte von einer Probe pro 2 500 km² vor, der eine Darstellung der Elementgehalte und deren Bioverfügbarkeit im kontinentalen (europäischen) Maßstab ermöglicht. Die Downloaddateien zeigen die flächenhafte Verteilung der mit verschiedenen Analysenmetoden bestimmten Elementgehalte in Form von farbigen Isoflächenkarten mit jeweils 7 und 72 Klassen.
Im Rahmen des nationalen und zonalen Zulassungsverfahrens für Pflanzenschutzmittel (PSM) sowie in der EU-Wirkstoffprüfung ist das Umweltbundesamt zuständig für die Belange des Naturhaushalts. Der Schutz des Grundwassers als wichtiges Umwelthabitat und als Ressource für die Gewinnung des Lebensmittels Trinkwasser ist dabei von besonderer Bedeutung. In der Pflanzenschutzmittelverordnung (EG) 1107/2009 ist verankert, dass die Prüfung von Pflanzenschutzmitteln in der EU nach weitestgehend einheitlichen Bewertungsmaßstäben unter gleichzeitiger Berücksichtigung nationaler Besonderheiten erfolgen soll. Für die Bewertung des potentiellen Versickerungsrisikos von PSM- Wirkstoffen und ihrer Metaboliten in das Grundwasser wird derzeit auf nationaler Ebene das Simulationsmodell FOCUS PELMO 5.5.3 verwendet und die Auswahl der Eingabeparameter zur Adsorption und zum Abbau einer Substanz im Boden erfolgt nach dem aktuellen nationalen Bewertungsansatz (Holdt et al. 2011). Im Rahmen des Forschungsprojektes 'Schutz des Grundwassers vor Belastungen mit Pflanzenschutzmitteln - Abbildung nationaler Besonderheiten' (FKZ 3711 63 426, Laufzeit 2011-2016) wurden der derzeitige nationale Bewertungsansatz und der EU-Ansatz sowohl untereinander als auch mit höherstufigen experimentellen Ergebnissen aus Freilandlysimeterstudien verglichen mit dem Ziel, die Protektivität des bisherigen nationalen Bewertungsansatz hinsichtlich der Vorhersage eines Versickerungsrisikos von PSM-Wirkstoffen und ihrer Metaboliten in das Grundwasser zu überprüfen und daraus Vorschläge für eine Anpassung bzw. Änderung des Bewertungsansatzes abzuleiten. Seit Mai 2015 ist ein EU-Leitfaden (EFSA GD DegT50 (2014)) in Kraft getreten, mit der ein neuer Ansatz zur Ableitung von Modellierungsendpunkten aus Abbau - und Adsorptionsstudien vorliegt, mit denen zukünftig Modellrechnungen sowohl im Rahmen der EU-Wirkstoffprüfung als auch anschließend auf zonaler Ebene durchgeführt werden. Ziel des Gutachtens ist es, die Ergebnisse des Forschungsprojektes (Part A) auf einen aktuellen Stand im Hinblick auf die neuen Anforderungen der EFSA GD DegT50 (2014) zu bringen. Es soll dabei untersucht werden, welchen Einfluss die Änderungen von Modellierungsendpunkten zur Adsorption, die entsprechend des neuen EU- Leitfadens abgeleitet werden, auf Simulationsergebnisse und damit auch auf die Vorhersage eines potentiellen Versickerungsrisikos von PSM-Wirkstoffen und deren Metaboliten haben.
Der Boden in direkter Nähe zur Wurzel, auch als Rhizosphäre bezeichnet, wird stark durch biochemische Wurzelaktivität und assoziierte Mikroorganismen modifiziert. Seit kurzem ist bekannt, dass sie trotz ihrer geringen räumlichen Ausdehnung auch in der Bodenhydraulik eine wichtige Rolle spielt, und den Wasserfluss zwischen (bulk) Boden und Wurzel kontrolliert. Am geeignetsten für eine nicht-invasive Untersuchung von Wasserdynamik, Wasserfluss und Stofftransport ist eine Kombination von Magnetresonanztomographie (MRT)und Neutronentomographie (NT). Der Vorteil besteht in der Komplementarität der Methoden: NT bildet primär die Protonendichte ab, die i. w. dem gesamten Wassergehalt entspricht, und kann dabei Änderungen und räumliche Muster mit hoher Auflösung detektieren. Darüber hinaus spiegeln die NMR Relaxationszeiten die Wechselwirkung zwischen Fluid und Matrix wider und sollen daher zur Klassifizierung von freiem, immobilem und gebundenem Wasser im Boden beitragen. In diesem Projekt werden beide Methoden erstmalig zur hochauflösenden 3D-Visualisierung des Systems Wurzel-Rhizosphäre-Boden kombiniert und angewendet. Um einen möglichst direkten Vergleich und gemeinsamen Einsatz der beiden Methoden zu ermöglichen, soll zusätzlich zu einem konventionellen Hochfeld-MRT Gerät vor Ort in der Neutronenhalle ein neuartiges, portables MRT Gerät eingesetzt werden. Als wichtiges Ergebnis für Lupine und Mais in Sand bzw. lehmigem Sand zielen wir im ersten Projektteil auf die räumliche Charakterisierung von Wurzel, Rhizosphäre und umgebendem Boden durch Wassergehalt und Wasserdynamik ab. Aus dem Vergleich von MRT, NT und Modellkomponenten erwarten wir eine Klassifizierung des Wassers bezüglich seiner Verfügbarkeit für die Wurzelaufnahme zu erreichen. Nach den stationären Bedingungen sollen im 2. Projektteil dynamische Prozesse mit Hilfe von gelöstem Gd-DTPA und von D2O unter Austrocknungs-Wiederbewässerungszyklen visualisiert werden. Beide dienen als spezielle MRT und NT sichtbare konservative Tracer. Aus Messung der Aufnahmeraten durch verschiedene Kompartimente können somit auch Rückschlüsse auf Leitfähigkeitsunterschiede erzielt werden.
Gadolinium-basierte diagnostische Agenzien (GBDA) sind wichtige Kontrastmittel in der Magnetresonanztomographie. Infolge verbesserter medizinischer Versorgung werden GBDA zunehmend eingesetzt und dann mit dem Patienten-Urin in die Umwelt abgegeben. Dadurch steigt die Konzentration von Gd in Oberflächenwasser deutlich an. Die GBDA selbst sind gesundheitlich unbedenklich, das darin enthaltene Gd ist als freies Gd(3+) aber toxisch. Dieses Kooperationsprojekt verfolgt zwei grundlegende Ziele: (S1) Reduzierung der Emission von GBDA über den Urin von Patienten und (S2) Vermeidung der Transformation von GBDA in Gd(3+) in der Trinkwasseraufbereitung. Zur Erreichung dieser beiden Ziele und zur Vermeidung gesundheitlicher Risiken durch GDBA ist eine Kooperation zwischen dem deutschen (UFZ) und mexikanischen Partner (BUAP) auf den Gebieten ihrer jeweiligen Kernkompetenzen notwendig. Der mexikanische Partner wird dabei die Anreichung durch Sorption und der deutsche Partner die Analytik der Metallspezies und deren Transformation übernehmen. Für die Bearbeitung des Projektes ist die Zusammenarbeit und enge Abstimmung zwischen beiden Partnern unabdingbar, da sich die Kernkompetenzen ergänzen und durch den gegenseitigen wissenschaftlichen Austausch beide Partner auch von einem Knowhow-Transfer profitieren.