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Die Auswirkungen der Landwirtschaft auf das Grundwasser Spaniens bewerten

Die Weiterverwendung von Gülle als Düngemittel kann zu einer Verschlechterung natürlicher Wasserreserven führen. Durch die Analyse von gelösten organischen Substanzen sowie Antibiotika und Antibiotikaresistenzgenen hat RESOURCE eine neuartige Methode für die Bewertung der Wasserqualität entwickelt.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen

75 % der EU-Bevölkerung benötigen Grundwasser, um die Trinkwasserversorgung zu decken, während dieses in der Landwirtschaft vor allem für die Bewässerung eingesetzt wird. Doch die Grundwasserqualität kann durch sogenannte „Emerging Contaminants“, neu auftretende Kontaminanten, beeinträchtigt werden. Hierzu zählen Antibiotika aus der Tiermedizin, Arzneimittel, Antibiotikaresistenzgene und Pestizide. RESOURCE, ein mit Unterstützung durch das Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmenprogramm durchgeführtes Forschungsprojekt untersuchte tierische Gülle als Ursache für die Grundwasserkontamination auf spanischen landwirtschaftlichen Flächen mit intensiver Viehwirtschaft. Das Projekt bestätigte, dass die Verwendung von tierischer Gülle als Düngemittel dazu führt, dass Antibiotika und Antibiotikaresistenzgene in die Grundwassersysteme gelangen. „Informationen über die Grundwasserqualität sind knapp“, sagt Meritxell Gros vom katalanischen Institut für Wasserforschung, der Veranstalter des Projekts. „Unsere Erkenntnisse verdeutlichen die Wichtigkeit angemessener Güllebewirtschaftungsverfahren, um der Verschmutzung von Grundwasser vorzubeugen.“

Grundwasserproben als Fingerabdrücke

In Spanien gibt es mehrere Regionen, in denen eine intensive Viehwirtschaft zu einem großen Überschuss an Gülle geführt hat, deren Verwendung auf landwirtschaftlichen Gebieten in einer Verschlechterung der natürlichen Wasserreserven resultiert. RESOURCE machte sich an die Analyse der besser bekannten Kontaminanten, in diesem Fall Antibiotika und Antibiotikaresistenzgene. Dies wurde durch einen neuartigen Ansatz für die Charakterisierung gelöster organischer Substanzen ergänzt. Gelöste organische Substanzen sind eine Kombination aus vielen Substanzen wie Humin- und Fulvosäuren, Polysacchariden, Proteinen, Lipiden, Nukleinsäuren, löslichen mikrobiellen Substanzen und synthetischen organischen chemischen Erzeugnissen. Das Team verwendete die hochauflösende Massenspektrometrie, auf die eine statistische Analyse folgte, um die Zusammensetzung der gelösten organischen Substanzen in den Grundwasserproben zu offenbaren. „Wir wollten die Verwendung von gelösten organischen Substanzen als Fingerabdruck für die Wasserqualität erforschen, anstatt den Fokus nur auf den klassischen Ansatz der Analyse organischer Kontaminanten zu richten“, erklärt Gros. Die Analyse von Proben aus verschiedenen Jahreszeiten zeigte eine große Variabilität in Bezug auf die Konzentrationen von Antibiotika und Antibiotikaresistenzgenen. Das Team untersucht jetzt die Ursache dieser Unterschiede. Die Analyse der gelösten organischen Substanzen zeigte, dass Grundwasserproben vor allem von ligninähnlichen Bestandteilen geprägt waren und nur geringe Mengen proteinähnlicher Substanzen aufwiesen. Dies war überraschend, da vorherige Untersuchungen des Oberflächenwassers unter Verwendung von gelösten organischen Substanzen erhebliche Spuren von protein- oder tryptophanähnlichen Substanzen offenbarten. „Vielleicht werden diese Substanzen durch den Boden gebunden oder durch Mikroorganismen abgebaut, sodass sie nicht in das Grundwasser gelangen. Wir sollten dies eingehender erforschen“, merkt Gros an. „Und trotz der im Allgemeinen geringen festgestellten Antibiotikakonzentrationen zwischen Mikrogramm und Nanogramm pro Liter, ist es beachtlich, dass sie überhaupt in das Grundwasser gelangen! Dasselbe gilt für die geringen festgestellten Spuren von Antibiotikaresistenzgenen.“ In Osona und la Selva, zwei Regionen in Spanien, die mit die höchste Viehwirtschaft aufweisen, wurden vor Ort Proben genommen.

Die Prävention ist besser als eine Sanierung

Durch die Reduzierung der Antibiotikamenge in der Wasserversorgung trägt RESOURCE in Übereinstimmung mit dem Europäischen Aktionsplan im Rahmen des Konzepts „Eine Gesundheit“ zur Bekämpfung der Antibiotikaresistenz bei. Das Projekt unterstützt auch die Wasserrahmenrichtlinie der EU 2000/60/EG, die zum Schutz des inländischen Oberflächenwassers eingerichtet wurde, sowie Übergangs-, Küsten- und Grundgewässer im Rahmen der parallel dazu entwickelten Grundwasserrichtlinie 2006/118/EG. „Wir hoffen, dass unsere Methodik für die Bewertung der Grundwasserqualität unter Verwendung gelöster organischer Substanzen als Indikator und unsere Daten zum Auftreten von Antibiotika und Antibiotikaresistenzgenen für zukünftige regionale Überwachungsprogramme von Nutzen sein werden“, sagt Gros. Um die Arbeit weiterzuführen, untersucht das Team Möglichkeiten zur Ausweitung der Forschungsbereiche. Es wird eine landesweite Überwachung der Grundwasserqualität an Hotspots mit hoher Viehdichte erwogen und an der frei zugänglichen Publikation der Ergebnisse gearbeitet.

Schlüsselbegriffe

RESOURCE, Grundwasser, Trinkwasser, Landwirtschaft, Kontaminanten, Antibiotika, Gülle, gelöste organische Substanzen, Vieh, Bewässerung

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25 Oktober 2019