Ziel des Vorhabens ist es, die in GerES VI gewonnenen Morgenurinproben der Erwachsenen bzw. die vorhandenen Rückstellproben der Kinder und Jugendlichen aus GerES V auf Schadstoffe zu analysieren, die eine besondere Gesundheitsrelevanz aufweisen, wie bspw. die Gruppe der Biozide/Pestizide. In GerES IV (ehemals Kinder-Umwelt-Survey, KUS) wurden letztmalig Morgenurine von 3- bis 14-Jährigen auf Organophosphate und Pyrethroide untersucht. Jedoch gibt es für zahlreiche Pestizide keine aktuellen, repräsentativen Daten zur korporalen Belastung der Bevölkerung in Deutschland. Daher wird momentan die mögliche Belastung über Berechnungen basierend auf dem Lebensmittelverzehr und Belastungsdaten der verzehrten Lebensmittel geschätzt. Um diese Datenlücke zu schließen, wurden Biozide/Pestizide als priorisierte Substanzgruppe im Rahmen des Projekts HBM4EU erkannt. Zur Festlegung des Analytspektrums wurde im Rahmen von HBM4EU eine Auswertung zu deutschen und europäischen Anwendungsdaten der Pestizide/Biozide und eine Auswertung der in Europa vorhandenen Expositionsdaten durchgeführt. Zusammen mit den Ergebnissen der Befragung der teilnehmenden Personen liefern die Analysen der Morgenurine repräsentative Informationen zur Belastung der in Deutschland lebenden Bevölkerung.
Organische Spurenverunreinigungen und insbesondere deren Wirkungen rücken immer mehr in den Focus der Forschung. Rückstände von Pestiziden und Pharmaka werden inzwischen in allen Umweltkompartimenten bis hin zu Nahrungsmitteln, Trinkwasser und auch in menschlichen Geweben gefunden. Die Wirkungen solcher Stoffe sind jedoch bisher nur sehr wenig untersucht. Wirkungen werden auf Ökosystemebene, vor allem bei Wasserorganismen, aber auch bereits auf der Ebene von Vertebraten- und humanen Zellen gefunden. Besonders Besorgnis erregend ist die Feststellung synergistischer Effekte von Stoffen, die einzeln in Konzentrationen deutlich unterhalb der Wirkschwelle vorliegen. Die neu gegründete Fakultät 2 der BTU hat sich deshalb die Erforschung von Umweltverhalten und gesundheitlicher Auswirkungen solcher Verbindungen zum Ziel gesetzt. Ein besonderes Problem bei der Betrachtung von Wirkungen der Spurenstoffe stellen Metabolite und Abbauprodukte dieser Substanzen dar. Von zahlreichen Verbindungen ist das Verhalten in der Umwelt bisher kaum bekannt. Dies liegt häufig auch daran, dass bisher geeignete Analyseverfahren für die Verfolgung von Abbaumechanismen im Spurenbereich fehlen. Der LS 'Biotechnologie der Wasseraufbereitung' beschäftigt sich beispielsweise mit dem Umweltverhalten phosphororganischer Verbindungen. Der gegenwärtig bekannteste Vertreter dieser Stoffgruppe ist das Totalherbizid Glyphosat. Obwohl diese Verbindungen in großen Mengen nicht nur in der Landwirtschaft, sondern auch in der Industrie und vor allem im Haushalt verwendet werden, ist über das Umweltverhalten und vor allem über den Abbau der meisten Substanzen nur sehr wenig bekannt. Dies liegt u.a. an der äußert komplizierten Analytik, die bisher nur über LC/MS/MS oder LC/ICP-MS gelingt und nur von sehr wenigen Laboren in Deutschland beherrscht wird. Die Identifikation vieler Metaboliten scheitert bisher am Fehlen geeigneter Gerätetechnik und Methoden. Das beantragte LC/MS-IT-TOF-Gerät vereinigt erstmals die gute Empfindlichkeit des Ion-Trap mit der Massengenauigkeit der Time-Flow-Technik. Dieses Gerät besitzt somit die besten Voraussetzungen für die Identifikation von Substanzen im Spurenbereich und stellt eine wichtige Ergänzung von bereits vorhandenen Techniken wie GC/MS, LC/MS und NMR, sowie hoch effizienter Methoden und Verfahren zur Anreicherung von organischen Verbindungen dar. Es wird erwartet, dass mit Hilfe der neuen Technik völlig neue Einblicke in Umweltverhalten und Wirkungen von solchen Spurenstoffen gewonnen werden können, die bisher nicht oder nur unzureichend analysiert werden können. Mit der neuen Geräteausstattung werden dabei auch die Umwelt- und Gesundheitsforschung weiter verknüpft.
Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines quantitativen Verständnisses der dynamischen biogeochemischen Prozesse in Auesedimenten, um zu einer prozessbasierten Abschätzung der Umsetzungsprozesse redox-sensitiver Spezies wie Stickstoff und Schwefel und von Herbiziden wie Glyphosat und MCPA zu gelangen. Untersuchungskampagnen (Bohrungen) unter unterschiedlichen Randbedingungen (Hochwasser, Trockenheit, Wiederbefeuchtung) in Kombination mit zielgerichteten Laborexperimenten sollen aufzeigen, wie hydrologische Faktoren, die im Hinblick auf die Umsetzung von Schadstoffen relevanten biogeochemischen Prozesse steuern.
Zielsetzung:
Aufgrund der immer strenger werdenden gesetzlichen Regelungen beim Einsatz von Pestiziden, vor allem von Glyphosat, und dem Druck aus der Gesellschaft gewinnen alternative Methoden zur Beikrautregulierung in Dauerkulturen wie Obst- und Weingärten an Bedeutung. Hier spielt vor allem die Bodenbearbeitung eine wichtige Rolle. Ziel dieser Pflegemaßnahmen ist die Schaffung und Erhaltung der natürlichen Bodenfruchtbarkeit, die als Grundlage für einen langfristigen und qualitativ hochwertigen Ertrag dient. Des Weiteren soll durch eine schonende Bearbeitung des Bodens der Austrag von Nährstoffen eingegrenzt und die Belastung des Grundwassers auf ein Minimum reduziert werden. Die mechanische Bodenbearbeitung bewirkt eine physikalische Lockerung und Belüftung des Bodens. Diese Arbeiten sind größtenteils voll mechanisiert.
In Reihenkulturen wird vermehrt auf ein sogenanntes Begrünungsmanagement zurückgegriffen. Hierbei liegt der Fokus auf dem Anbau geeigneter Begrünungskulturen, die eine biologische Auflockerung der verdichteten Zonen bewirken und gleichzeitig für eine ausreichend hohe Bodenbedeckung sorgen. Dies bringt eine Reduktion der Erosion mit sich, führt zur Verbesserung bzw. Sicherung der Wasserqualität und fördert den Humusaufbau sowie das Bodenleben. Die Begrünung nimmt daher eine Schlüsselfunktion zum Erhalt bzw. zur Steigerung der Bodenfruchtbarkeit ein. Auf diese Weise soll ein funktionierendes Ökosystem mit den Reihenkulturen geschaffen werden. Die Pflege dieser Begrünungen ist jedoch mit hohem Arbeitseinsatz, Zeitaufwand und dem Einsatz schwerer Maschinen verbunden. Um die pflanzliche Konkurrenzsituation der Begrünungspflanzen mit den Dauerkulturen um Wasser und Nährstoffe steuern zu können, müssen jene regelmäßig durch mechanische Bearbeitung, z.B. durch Mähen bzw. Mulchen, auf eine bestimmte Wuchshöhe getrimmt werden. Der Bereich zwischen den Reihen ist üblicherweise traktorbefahrbar und mit handelsüblichen Geräten bearbeitbar. Schwieriger ist dies zwischen den Pflanzen (in Weingärten meist nur ca. 90 cm Abstand). Die Arbeitselemente von konventionellen Anbaugeräten sind seitlich ausschwenkbar und verfügen über mechanische Fühlerleisten. Sobald der Fühler z.B. eine Rebe detektiert, schwenkt das Gerät ein. Allerdings kann durch den Fühler die Rinde verletzt werden, was die Pflanze anfällig für Pilzbefall macht. Da es sich bei diesen Arbeiten um immer wiederkehrende und monotone Aufgaben handelt, soll die Regulierung des Bewuchses in der Reihe und vor allem im Zwischen-Stock-Bereich möglichst trivial und automatisiert erfolgen.
Der Pestizideinsatz steigt sowohl in der Landwirtschaft als auch im Privatbereich. Von den eingesetzten Pestiziden stellen glyphosat-basierte Herbizide die am meisten verwendeten Produkte dar. Wenn diese Produkte in der Nähe von Gewässern eingesetzt werden, kann dies auch zur Kontamination dort lebender Amphibien und Algen führen. Inwiefern die Wirkung von Pestiziden auf Nicht-Zielorganismen durch den Klimawandel (generelle Erwärmung bzw. Zunahme an Extremtemperaturen) beeinflusst wird, ist nur sehr wenig untersucht. Im vorliegenden Projekt wurde ein Experiment zum Einfluss des glyphosat-basierten Herbizids Roundup PowerFlex® und der Temperatur auf die Ei- bzw. Kaulquappen-Entwicklung der Erdkröte (Bufo bufo), vergesellschaftete Algengemeinschaften, sowie abiotische Parameter im Umgebungswasser im April und Mai 2015 durchgeführt.
Die Resultate zeigten Effekte von Herbizidkonzentration und Temperatur auf die Morphologie der Erdkröten. Kombinierte Effekte von Herbizidkonzentration und Temperatur wirkten sich signifikant auf die Körperlänge und Körperbreite der Kaulquappen aus. Bemerkenswert war auch eine Interaktion von Herbizid und Temperatur, sodass bei 76% aller Kaulquappen deformierte Schwänze bei 15°C auftraten, wohingegen keine Schwanzdeformationen in der Kontrollgruppe ohne Herbizideinsatz bei 15°C oder generell bei Kaulquappen bei 20°C auftraten.
Die Herbizidkonzentrationen bewirkten auch eine Verschiebung der Diversität und Zusammensetzung der Algengemeinschaften; die Algendichte war nicht beeinflusst. Die Wassertemperatur beeinflusste die Algendiversität, zeigte jedoch nur marginale Effekte auf Algendichte. Weder die Algendichte noch die Algendiversität zeigte signifikante Effekte auf die Morphologie der Kaulquappen. Höhere Temperaturen führte zu einem reduzierten Sauerstoffgehalt und pH-Wert des Umgebungswassers.
Die durch Herbizide oder Temperatur hervorgerufene Beeinflussung von Erdkrötenentwicklung und Algengemeinschaften können potentiell ökologische Interaktionen in Süßwasserökosystemen verändern. Die hier gefundenen Herbizid-Temperatur-Interaktionen lassen die Relevanz der Risikobewertungen von Pestiziden bei Standardtemperaturen hinterfragen.