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Urease- und Nitrifikationsinhibitoren für Klima- und Umweltschutz: Chance oder Risiko?

Urease und Nitrifikationsinhibitoren werden in der Landwirtschaft eingesetzt, um Ammoniak- und Lachgasemissionen sowie die Auswaschung von Nitrat zu reduzieren. Allerdings sind die Risiken der Inhibitoren für die menschliche Gesundheit und die Umwelt bislang unzureichend untersucht. Auch die spezifische Wirksamkeit unterschiedlicher Urease- und Nitrifikationsinhibitoren ist noch nicht ausreichend geklärt. Diesen Unsicherheiten wird in den gesetzlichen Regelungen bislang nur teilweise Rechnung getragen. Dieses Papier trägt den aktuellen Kenntnisstand zu den Wirkungen der Stoffe zusammen und untersucht, inwieweit die gesetzlichen Regelungen die Risiken berücksichtigen. Abschließend werden Empfehlungen gegeben wie gesetzliche Regelungen geändert werden sollten damit die Inhibitoren einen Beitrag zur Erreichung von Umwelt- und Klimazielen leisten können. Veröffentlicht in Texte | 76/2025.

WD 8 - 082/16 Abbauverhalten und Grenzwerte von Nitrifikations- und Ureasehemmern im Trinkwasser

Kurzinformation des wissenschaftlichen Dienstes des Deutschen Bundestages. 2 Seiten. Auszug der ersten drei Seiten: Wissenschaftliche Dienste Kurzinformation Abbauverhalten und Grenzwerte von Nitrifikations- und Ureasehemmern im Trinkwasser Abbauverhalten von Nitrifikations- und Ureasehemmern Zum Abbauverhalten von Nitrifikations- und Ureasehemmern existieren Studien, die den Abbau in Böden untersuchen, beispielsweise die nachfolgend aufgelisteten Publikationen. Bereits 1992 wurde das Abbauverhalten des Nitrifikationshemmers Dicyandiamide (DCD) in ei- 1 ner wissenschaftlichen Studie untersucht. In Modellexperimenten wurde DCD in verschiedenen Konzentrationen auf den Boden aufgetragen und bei unterschiedlichen Temperaturen inkubiert. In einer „sterilen“ Versuchsanordnung verschwand DCD innerhalb von 7 Tagen. Die Zugabe von Fe2O3 hatte keine Auswirkungen auf das Abbauverhalten. In vorbehandelten Böden begann die DCD-Mineralisierung bei allen untersuchten Temperaturen und Konzentrationen sofort ohne Ver- zögerungsphase. Durch Temperaturerhöhung konnte die Mineralisierung beschleunigt werden. In nicht vorbehandelten Böden kam es zu Verzögerungen im Abbau. Das Abbauverhalten des Ureaseinhibitors Phenylphosphorsäurediamid (PPDA) in gepufferten 2 und nicht gepufferten Lösungen wurde in einer Publikation aus dem Jahre 1989 untersucht. Die Autoren stellten fest, dass sich das Verhalten durch Puffersalze stark beeinflussen lässt. Der Ab- bau von PPDA auf überschwemmten Böden war abhängig vom pH-Wert des Wassers. Unterhalb einer bestimmten Konzentration zeigte PPDA keine Urease-hemmende Eigenschaft mehr. In einer aktuellen Studie aus dem Jahr 2015 wird die Zerfallskinetik des Ureasehemmers N- (n-Butyl) thi- 3 ophosphorsäuretriamid (NBPT) unter biotischen und abiotischen Bedingungen untersucht. 1 Rajbanshi, S.S., Benckiser, G., Ottow, J.C.G. (1992): Effects of Concentration, Incubation-Temperature, and Re- peated Applications on Degradation Kinetics of Dicyandiamide (Dcd) in Model Experiments with A Silt Loam Soil. Biology and Fertility of Soils 13 (2), 61-64. 2 B. Byrnes, K. Vilsmeier, E. Austin, A. Amberger (1989): Degradation of the urease inhibitor phenyl phosphorodi- amidate in solutions and floodwaters, J. Agric. Food Chem., 1989, 37 (2), pp 473–477. 3 R.E. Engel, B.D. Towey, E. Gravens (2015): Degradation of the Urease Inhibitor NBPT as Affected by Soil pH, Soil Sci. Soc. Am. J. 79:1674-1683. doi:10.2136/sssaj2015.05.0169. WD 8 - 3000 - 082/16 (19. Dezember 2016) © 2016 Deutscher Bundestag Die Wissenschaftlichen Dienste des Deutschen Bundestages unterstützen die Mitglieder des Deutschen Bundestages bei ihrer mandatsbezogenen Tätigkeit. Ihre Arbeiten geben nicht die Auffassung des Deutschen Bundestages, eines sei- ner Organe oder der Bundestagsverwaltung wieder. Vielmehr liegen sie in der fachlichen Verantwortung der Verfasse- rinnen und Verfasser sowie der Fachbereichsleitung. Arbeiten der Wissenschaftlichen Dienste geben nur den zum Zeit- punkt der Erstellung des Textes aktuellen Stand wieder und stellen eine individuelle Auftragsarbeit für einen Abge- ordneten des Bundestages dar. Die Arbeiten können der Geheimschutzordnung des Bundestages unterliegende, ge- schützte oder andere nicht zur Veröffentlichung geeignete Informationen enthalten. Eine beabsichtigte Weitergabe oder Veröffentlichung ist vorab dem jeweiligen Fachbereich anzuzeigen und nur mit Angabe der Quelle zulässig. Der Fach- bereich berät über die dabei zu berücksichtigenden Fragen.[.. next page ..]Wissenschaftliche Dienste Kurzinformation Seite 2 Abbauverhalten und Grenzwerte von Nitrifikations- und Ureasehemmern im Trinkwasser NBPT zeigte exponentielle Zerfallsmuster im Boden, wobei n-Butylamin ein primäres Reaktions- produkt war. Die berechnete NBPT-Halbwertszeit in nicht sterilisiertem Boden betrug 0,07, 0,59, 2,70 und 3,43 Tage bei pH 5.1, 6.1, 7.6 bzw. 8.2. Die Autoren schließen, dass die chemische Hyd- rolyse wahrscheinlich für den Abbau von NBPT in sauren bis schwach alkalischen Böden (pH 5.1-7.6) besonders bedeutend ist. Dahingegend sehe es so aus, als sei der mikrobielle Abbau unter stärker alkalischen Bedingungen (pH 8.2) besonders wichtig. Zum Abbauverhalten von Nitrifikations- und Ureasehemmern in Kläranlagen und Oberflächenge- wässern konnten keine aktuellen wissenschaftlichen Studien gefunden werden. Grenzwerte für Nitrifikations- und Ureasehemmer im Trinkwasser Gemäß Trinkwasserverordnung (TrinkwV) gibt es keinen konkreten Grenzwert für Nitrifikations- 4 und Ureasehemmer. Allerdings heißt es in der Trinkwasserverordnung §6 Absatz 3: „Konzentrationen von chemi- schen Stoffen, die das Trinkwasser verunreinigen oder seine Beschaffenheit nachteilig beeinflus- sen können, sollen so niedrig gehalten werden, wie dies nach den allgemein anerkannten Regeln 5 der Technik mit vertretbarem Aufwand unter Berücksichtigung von Einzelfällen möglich ist." *** 4 Weitere Informationen sind auf den Seiten des Umweltbundesamtes zu finden: Rechtliche Grundlagen, Empfeh- lungen und Regelwerk, Die Trinkwasserverordnung soll die Qualität des Wassers schützen und verbessern. Sie basiert auf dem deutschen Infektionsschutz-Gesetz und der EG-Trinkwasserrichtlinie. Im Internet abrufbar un- ter: https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/trinkwasser/rechtliche-grundlagen-empfehlungen-regel- werk [zuletzt abgerufen am 19. Dezember 2016]. 5 Die Trinkwasserverordnung vom 21. Mai 2001ziletzt geändert am 10. März 2016 (BGBl. I S.459) ist im Internet abrufbar unter: http://www.gesetze-im-internet.de/trinkwv_2001/BJNR095910001.html [zuletzt abgerufen am 19. Dezember 2016]. Fachbereich WD 8 (Umwelt, Naturschutz, Reaktorsicherheit, Bildung und Forschung)

Detoxification von Mykotoxinen in Hefe - Phase II

Pflanzenpathogene Pilze der Gattung Fusarium verursachen agronomisch bedeutende Krankheiten auf Getreide. Zusätzlich zur Ertragsminderung kommt es dabei zur Kontamination des Erntegutes mit Mykotoxinen. Für die wichtigsten Fusarium-Toxine, das als Proteinbiosynthese-Inhibitor wirkende Deoxynivalenol (DON) und das stark östrogen wirksame Zearalenon (ZON), sind nun nach toxikologischer Evaluierung EU-weite gesetzliche Maximalwerte in Vorbereitung. Die im Feld vom Pilz gebildeten Metaboliten stellen eine Gesundheitsgefährdung für Tier und Mensch dar. Allerdings sind pflanzliche und tierische Zellen (und wahrscheinlich der toxinproduzierende Pilz selbst) in gewissem Ausmaß imstande, die Mykotoxine in ungiftige Konjugate überzuführen. In diesem Projekt sollen die beteiligten Entgiftungsenzyme, die UDP-Glucuronosyl-transferasen (UGT) und Sulfotransferasen (SULT) charakterisiert, sowie die gebildeten Mykotoxin-Konjugate mittels instrumenteller Analysenverfahren untersucht werden. Ziel des Projektes ist es, Bäckerhefe genetisch so zu verändern, dass die Detoxifikationsaktivität von exprimierten UGT- oder SULT-Kandidatengenen phänotypisch beobachtet werden kann, entweder in Form von Wachstum auf gifthältigem Medium, oder mithilfe von geeigneten östrogen-regulierten Reportergenen. Da die Säuger-UGTs im Lumen des endoplasmatischen Retikulums lokalisiert sind und Hefe das Ko-Substrat UDP-Glucuronsäure (UDP-GlcUA) nicht bilden kann, muss allerdings zuerst die Fähigkeit zur Biosynthese von UDP-GlcUA und möglicherweise auch jene zum effizienten Transmembran-Transport bereitgestellt werden. Derartige Stämme und solche, die das Sulfotransferase-Kosubstrat PAPS ('aktives Sulfat') effizient bereitstellen, sollen als Wirtszellen für die funktionelle Expression von humanen bzw. tierischen UGTs, sowie von tierischen und pflanzlichen SULTs dienen. Auch im Genom von Fusarium graminearum identifizierte UGT bzw. SULT-Gene sollen getestet werden. Neben der funktionellen Charakterisierung von heterologen UGT und SULT Genen soll auch getestet werden, ob sich endie hergestellten Hefestämme als Bioreaktoren zur Herstellung von Mykotoxinkonjugaten verwendet werdeneignen. Diese sind als Referenzsubstanzen für die Entwicklung von Analysenmethoden wichtig. Wenn es gelingt, die fremden Entgiftungsenzyme funktionell in Hefe zu rekonstituieren, hätte dies Bedeutung weit über den Aspekt der Mykotoxine hinaus. Ein Satz von Hefestämmen, die jeweils nur ein Detoxifikationsgen exprimieren, wäre generell für das Studium des Metabolismus von Medikamenten und anderen Substanzen sehr nützlich.

Biobasierte Substanzen zur Verhinderung von Melanose bei biozertifizierten Shrimps, IBÖM08: MbioShrimp - Biobasierte Substanzen zur Verhinderung von Melanose bei biozertifizierten Shrimps

Urease- and nitrification inhibitors for climate and environmental protection: opportunity or risk?

Urease and nitrification inhibitors are used in agriculture to reduce ammonia and nitrous oxide emissions and the leaching of nitrate. However, the risks of inhibitors for human health and the environment have not yet been sufficiently investigated. Also, the specific effectiveness of different urease and nitrification inhibitors has not yet been sufficiently clarified. These uncertainties have so far only been partially considered in legal regulations. This paper summarizes the current state of knowledge on the effects of the substances and examines the extent to which the legal regulations take the risks into account. Finally, recommendations are made as to how legal regulations should be changed so that the inhibitors contribute to achieving environmental and climate goals. Veröffentlicht in Texte | 77/2025.

Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung der Nutzung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau

Lachgasemissionen (N2O-Emissionen) der Landwirtschaft sind für rund 80% der gesamten N2O-Emission in Deutschland verantwortlich und für 45% der Treibhausgasemission des Sektors Landwirtschaft. Die größte N2O-Quelle in der Landwirtschaft ist der Einsatz von Stickstoffdüngern (mineralische Dünger und organische Wirtschaftsdünger), der rund 60% der gesamten N2O-Emission der Landwirtschaft verursacht. Bedeutend sind hier sowohl direkte N2O-Emissionen aus gedüngten Böden als auch indirekte N2O-Emissionen, die durch den Austrag von Stickstoffverbindungen (z.B. Nitratauswaschung, Ammoniakemissionen) verursacht werden. Die Minderung dieser Emissionen und die Verbesserung der Effizienz des Stickstoffeinsatzes sind daher vordringliche Maßnahmen für das Einhalten des verbindlichen Emissionsreduktionsziels. Nitrifikationshemmstoffe werden als robuste und skalierbare THG Reduktionsmaßnahme für den Pflanzenbau vorgeschlagen. Ob dies eine effiziente, praxisgerechte und umweltschonende Maßnahme zur Verringerung düngungsinduzierter N2O-Emissionen unter mitteleuropäischen Bedingungen ist, wird kontrovers diskutiert. Einerseits bestehen Potenziale, durch die Hemmung der Nitratbildung sowohl die direkten als auch indirekten (Minderung der Nitratauswaschung) N2O-Emissionen deutlich zu mindern und die Effizienz der Stickstoffdüngung zu verbessern. Andererseits fehlen für eine gesicherte Bewertung in mehreren Punkten wissenschaftlich belastbare und standortdifferenzierende Ergebnisse: i) Bewertung der Wirkung auf die N2O-Jahresemission und Nitratauswaschung, ii) ökologische Langzeitwirkungen einer regelmäßigen Ausbringung der Hemmstoffe und ihre Wirkung auf andere umwelt- und klimawirksamen Emissionen (z.B. Ammoniakemission) sowie iii) zusammenführende und standortdifferenzierende Gesamtbewertung als Klimaschutzmaßnahme unter Einbeziehung von Klimaschutzeffekten, ökologischen Risiken, sowie ökonomischen und pflanzenbaulichen Effekten.

Extraktion von Lithium aus thermalen Solen, Teilvorhaben: Hydrogeochemische Untersuchung und Bewertung der nachhaltigen Förderung von thermalen Solen zur Lithiumextraktion

1. Unerwuenschte Rueckstaende im Fleisch schlachtbarer Haustiere 2. Rueckstaende in Geweben wild lebender Tierarten

1. Zielsetzung: Verbraucherschutz. Die Proben werden von Fleischbeschautieraerzten eingesandt. Die Ergebnisse werden bei der fleischbeschaurechtlichen Beurteilung beruecksichtigt. Auf folgende Stoffe wird untersucht (in Klammern Methode): a) Hemmstoffe (Agar-Diffusionstest) b) Thyreostatika (Histologie) c) Oestrogene (Radioimmuniassay) d) Schwermetalle (Atomadsorptionsspektrometrie) e) Pestizide (Gaschromatographie) f) sonstige Stoffe mit pharmakologischer Wirkung (verschiedene) 2. Zielsetzung: Belastung wild lebender Tiere durch Schwermetalle und Pestizide zu erfassen. Die Proben werden von den Veterinaeraemtern oder Forstaemtern eingesandt. a) Schwermetalle (Atomadsorptionsspektrometrie) b) Pestizide (Gaschromatographie).

Entwicklung von Basistechnologien für 100% Wasserstoffgasturbinen zur Beschleunigung der Energiewende in Deutschland, Teilvorhaben: Interaktion von H2 mit Gasbestandteilen und Inhibitoren

Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung der Nutzung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau, Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung der Nutzung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau

Die Landwirtschaft ist für etwa 80% der gesamten N2O-Emissionen in Deutschland und für 45% der Treibhausgasemissionen (THG) aus dem Agrarsektor verantwortlich. Die größte N2O-Quelle in der Landwirtschaft ist der Einsatz von Stickstoffdüngern (Mineraldünger und organischer Dünger, einschließlich Biogasgärresten), der ca. 60% der gesamten N2O-Emissionen aus der Landwirtschaft verursacht. Dabei sind sowohl direkte N2O-Emissionen aus den gedüngten Böden als auch indirekte N2O-Emissionen durch die Freisetzung reaktiver Stickstoffverbindungen (z.B. Auswaschung von Nitrat, Emission von Ammoniak) von Bedeutung. Die Verringerung dieser Emissionen und die Verbesserung der Effizienz der Stickstoffnutzung sind unerlässliche Maßnahmen, um die in internationalen Vereinbarungen festgelegten Emissionsminderungsziele für den Agrarsektor zu erreichen. Nitrifikationshemmer werden als robuste und skalierbare Maßnahme zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen im Pflanzenbau vorgeschlagen. Ob dies jedoch eine effiziente, praktikable und umweltverträgliche Maßnahme zur Reduzierung der düngemittelbedingten N2O-Emissionen unter mitteleuropäischen Bedingungen ist, wird in Wissenschaft, Politik und Praxis kontrovers diskutiert. Einerseits besteht das Potenzial, durch die Hemmung der Nitratbildung sowohl die direkten als auch die indirekten N2O-Emissionen deutlich zu reduzieren und damit die Effizienz der Stickstoffdüngung zu verbessern. Andererseits fehlen wissenschaftlich belastbare und standortdifferenzierte Ergebnisse, die NI-Effekte unter mehreren Gesichtspunkten verlässlich bewerten: i) die standortdifferenzierten jährlichen N2O-Emissionen und Nitratauswaschungen, ii) die ökologische Langzeitwirkung der Hemmstoffe und ihr Einfluss auf andere umwelt- und klimawirksame Emissionen (z.B. Ammoniakemissionen) und iii) die Gesamtbewertung als Klimaschutzmaßnahme unter Berücksichtigung von Klimaschutzeffekten, ökologischen Risiken sowie ökonomischen und pflanzenbaulichen Effekten.

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