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Glyphosat Biogasanlagen ... Ausgabe 6/2014

Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz August 2012 (mit Ergänzungen insbesondere zu AMPA 06/2014) Glyphosat in niedersächsischen Oberflächengewässern – Beeinflussung durch vermehrten Betrieb von Biogasanlagen? 1. Allgemeines Das Pflanzenschutzmittel Glyphosat (N-(Phosphonomethyl)glycin) wird insbesondere unter den Markennamen „Roundup“ vertrieben und findet als Herbizid sowohl in der Landwirtschaft (u.a. Getreide, Mais) als auch in Baumschulen, im Nichtkulturland (Gleisanlagen) und bei Hobbygärtnern eine sehr breite Anwendung. Es sind in Deutschland insgesamt 45 Handelsprodukte zugelassen, die Glyphosat enthalten. Dieser Wirkstoff hemmt ein bestimmtes, für den Stoffwechsel der meisten Pflanzen notwendiges Enzym (ESP-Synthetase), welches zur Herstellung von lebenswichtigen aromatischen Aminosäuren benötigt wird. Glyphosat wird seit etwa 30 Jahren in Deutschland verwendet und steht in der Anwendungshäufigkeit bzw. den Absatzmengen – nach einem Bericht des Deutschen Bundestages (Drucksache 17/7168, 27.09.2011) - mit etwa 5.000 t (Jahr 2010) weit vorn. Weltweit steht Glyphosat mit einer Menge von etwa 1Mio. Tonnen (Jahr 2010) eindeutig an der Spitze der eingesetzten Herbizide. Bisher wurde Glyphosat als ein Wirkstoff eingeschätzt, der im Vergleich zu anderen Pflanzenschutzmitteln ein relativ günstiges ökotoxikologisches Profil aufweisen soll. Zwischenzeitlich mehren sich jedoch Hinweise von Naturwissenschaftlern, die auf die Gefahren von Glyphosat hinweisen, wie beispielsweise das vermehrte Aufkommen von Schadpilzen, Schadstoffeinwirkungen auf das Wurzelsystem oder die Notwendigkeit eines vermehrten Einsatzes von Dünger. Außerdem werden zunehmend Resistenzen von Unkräutern beobachtet (siehe z.B. Wikipedia). Zudem steht dieser Wirkstoff in der Kritik, weil durch mit gentechnischen Methoden gezüchtete Kulturpflanzen, wie z.B. Soja, mit einer Resistenz gegenüber Glyphosat ausgestattet sind. Glyphosat steht zudem in Verdacht, sich negativ auf die menschliche Gesundheit auszuwirken. Glyphosat wird teilweise in Kombination mit Zusatzstoffen ausgebracht, wie z.B. POE-Tallowaminen (POE = polyethoxylated). Durch den Einsatz dieser Netzmittel, die zu einer Verbesserung der Aufnahme bzw. Durchdringung von Lipid-Schichten im Blattgewebe führen, kann die Wirkung erheblich verstärkt werden, was letztlich auch eine Erhöhung der Ökotoxizität zur Folge hat. Es gibt inzwischen Bestrebungen, die tallowamine-haltigen Netzmittel gegen besser umweltverträgliche auszutauschen. Glyphosat bildet als primäres Abbauprodukt (Metabolit) AMPA (Aminomethyl- Phosphonsäure), welches als - ähnlich wie Glyphosat - wenig toxikologisch bedenklich angesehen wird. Neue Erkenntnisse weisen jedoch darauf hin, dass 1 AMPA auch aus anderen Verbindungen entstehen kann, wie beispielweise aus den in Haushaltreinigungsmitteln enthaltenen Phosphonaten. Über kommunale Kläranlagen kann somit auch ein Eintrag von AMPA in die Gewässer erfolgen. 2. Veranlassung Obwohl Glyphosat aufgrund des geschilderten Sachverhalts relativ umstritten ist, wurde dieser Wirkstoff bei der Überwachung der Oberflächengewässer in der Vergangenheit - zumindest in Niedersachsen - wenig beachtet. Dies liegt u.a. auch daran, dass Glyphosat weder in der Stoffgruppe der prioritären Stoffe noch der flussgebietsspezifischen Schadstoffe enthalten ist. Erstmals sind Glyphosat und AMPA im Jahr 2008 in einer EU-RL erwähnt, nämlich im ANHANG III der RL 2008/105/EG: „Stoffe, die einer Überprüfung zur möglichen Einstufung als prioritäre Stoffe zu unterziehen sind“. Allerdings enthält diese RL keine Umweltqualitätsnormen (UQN). Was hat jedoch Glyphosat/haben diese Untersuchungen mit dem Betrieb von Biogasanlagen zu tun? Da Mais eine besonders hohe Energieeffizienz aufweist, wird die Pflanze unter dem Aspekt des Anbaus nachwachsender Rohstoffe bevorzugt in Biogasanlagen eingesetzt. In Niedersachsen existieren – nach Mitteilung der Hildesheimer Allgemeinen Zeitung (HAZ) vom 21.08.2012 – mittlerweile etwa 1.600 Biogasanlagen, der Maisanbau hat sich innerhalb von 10 Jahren mehr als verdoppelt. Kritiker sprechen von Maismonokulturen, die immer häufiger das Landschaftsbild prägen. Und da beim Maisanbau auch Glyphosat eingesetzt wird, haben steigende Mais-Anbauflächen auch den Einsatz größerer Jahres-Mengen dieses Herbizids zur Folge. Diese geschilderten Aspekte nahm der NLWKN zum Anlass, in den Jahren 2010 und 2011 landesweite Untersuchungen auf diese beiden Stoffe durchzuführen. Diese Untersuchungen wurden mit denen zur EG-WRRL notwendigen gekoppelt, so dass quasi kein zusätzlicher Probenahme-Aufwand erforderlich war. 3. Monitoringkonzept Messstellen und Untersuchungsfrequenz An den insgesamt 140 ausgewählten Messstellen wurden entweder im Jahr 2010 oder 2011 jeweils 4 Wasserprobenahmen durchgeführt. Bei den im Tidebereich gelegenen Messstellen erfolgte die Probenahme bei Ebbestrom (ablaufend Wasser), bei den Küsten-(Nordsee-)Messstellen unter Einsatz eines Hubschraubers. Die untersuchten Überblicksmessstellen können Tab. 2 entnommen werden, die Lage der Messstellen geht aus Bild 1 hervor. Es wurden in die Untersuchungen somit Messstellen der Flussgebiete Ems, Elbe, Weser und Rhein einbezogen (Bild 2), wobei 9 der 140 Messstellen der Kategorie der Übergangs-/Küstengewässer zuzuordnen sind. Darüber hinaus sind auch Stillgewässer in die Untersuchungen einbezogen worden, insbesondere der größte niedersächsische See, das Steinhuder Meer. 2 Bild 1: Lage der 140 untersuchten Messstellen Analysenmethode Es wurden die Gesamtwasserproben, einschl. der Schwebstoffe, extrahiert und nach Derivatisierung mittels LLE-HPLC/MS detektiert. Die jeweilige Bestimmungsgrenze beträgt sowohl für Glyphosat als auch AMPA 0,05 µg/l. Umweltqualitätsnormen (UQN) Verbindliche, europaweit gesetzlich festgelegte UQN existieren für Oberflächengewässer leider nicht. So wurden zur Bewertung näherungsweise die Qualitätsnormen für das Grundwasser übernommen, nämlich jeweils 0,1 µg/l. In einem vor Jahren erstellten ersten Entwurf hat die LAWA (Länderarbeitsgemeinschaft Wasser) für Glyphosat eine Qualitätsnorm von 28 µg/l, für AMPA 96 µg/l vorgeschlagen. Diese Angaben haben jedoch keinen verbindlichen Charakter und wären entsprechend zu verifizieren. 3

Altlasten/Altlastenschwerpunkte: Ökotoxikologische Verfahren

Zur Überprüfung der von einem kontaminierten Standort ausgehenden Gefahren für die Umwelt werden üblicherweise chemische Analysen von Boden-, Grundwasser- oder Bodenluftproben herangezogen. In vielen Fällen liegen dabei Schadstoffgemische vor, deren genaue Zusammensetzung nicht bekannt ist oder für deren Bestandteile keine ausreichenden Beurteilungsgrundlagen vorliegen. Diese Informationslücken bleiben deshalb häufig unberücksichtigt. Dies gilt auch für mögliche Wechselwirkungen der Stoffe untereinander oder nachteilige Auswirkungen der Abbauprodukte, die durch chemische und/oder biologische Prozesse entstanden sind.  In solchen Fällen kann eine Schadwirkung auf unterschiedliche Organismen (Tiere, Pflanzen, Pilze, Bakterien) und deren Lebensfunktionen wie z.B. Stoffwechsel, Fortpflanzung und Wachstum nicht ausgeschlossen werden. Der auf chemisch-analytischem Wege erfolgte Nachweis der Gehalte einzelner Schadstoffe ist hinsichtlich der komplexen Schadwirkung von Gemischen auf die belebte Umwelt unter Umständen nur bedingt aussagekräftig. Hierzu bedarf es einer zusätzlichen integralen, wirkungsbezogenen Betrachtung möglicher Schadwirkungen von Stoffgemischen auf aquatische Systeme. Im Bereich des Oberflächengewässers sind hierfür bereits standardisierte ökotoxikologische Testverfahren etabliert. In der vom HLNUG veröffentlichten Studie: „Ökotoxikologische Verfahren als Bewertungshilfe bei Altlastenverfahren“ wird untersucht, ob diese Testverfahren auch für die Beurteilung von Grundwasserkontaminationen geeignet sind. Die Studie liefert einen Überblick über theoretische Grundlagen und führt einen Bewertungsansatz zur ökotoxikologischen Schadwirkung anhand einer sog. Testbatterie ein. Diese besteht aus ökotoxikologischen akut-Tests mit Mikroorganismen, Daphnien, Algen und Fischei sowie dem umu -Test zur Bestimmung des erbgut-verändernden Potentials der Probe. Damit steht ein Instrumentarium zur Verfügung, um bei Einzelfällen mit unbekannten Stoffen oder Stoffgemischen ergänzend zur üblichen Vorgehensweise zusätzliche Informationen zu gewinnen und so weitere Aspekte in die Beurteilung einfließen zu lassen. Florian Schaller Tel.: 0611-6939 764 Ökotoxikologische Ver­fahren als Bewertungshilfe bei Altlastenverfahren (7,4 MB)

Kupferaufnahme und seine Wirkung auf den pflanzlichen Stoffwechsel

Das Projekt "Kupferaufnahme und seine Wirkung auf den pflanzlichen Stoffwechsel" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Münster, Institut für Angewandte Botanik durchgeführt. Es wird die Cu-Aufnahme durch Zellsuspensions-Kulturen untersucht im Hinblick auf eine kinetische Auswertung. Ferner wird der Saeurehaushalt sowie der Ca-Haushalt der Gerstenwurzeln untersucht unter dem Einfluss steigender Kupfermenge. Gleichzeitig wird die Hypothese der ATPase-Beteiligung an der Cu-Aufnahme geprueft bei der Gerste und bei Schwermetall-resistenten Pflanzen.

Molekularbiologische Analyse der Rolle der Mykorrhiza für den Schwefelhaushalt der Pappel

Das Projekt "Molekularbiologische Analyse der Rolle der Mykorrhiza für den Schwefelhaushalt der Pappel" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Forstbotanik und Baumphysiologie durchgeführt. Mykorrhizen sind in der Lage, das Wachstum der Bäume durch erhöhte Aufnahme von Nährstoffen zu verbessern. Im Gegensatz zu Phosphat und Nitrat, ist nur wenig über die Bedeutung der Mykorrhiza für die Aufnahme und den Metabolismus von Schwefel bekannt, obwohl schwefelhaltige Stoffe eine wichtige Rolle bei Rhizobiumwurzel Symbiose spielen, die in vielen Aspekten ähnlich zu Mykorrhizierung ist. Ziel des Projekts ist es, Gene des Schwefelhaushalts von Wurzeln zu identifizieren, die bei der Wechselwirkung Wurzelpilz eine Rolle spielen, und deren Expression und Regulation zu analysieren. Als Modellsystem soll dabei die Pappel und der Pilz Amanita muscaria eingesetzt werden. In diesem Modellsystem soll die Hypothese überprüft werden, dass der Pilz die Sulfatversorgung der Pflanze durch eine erhöhte Aufnahme sowie einen intensiven Austausch mit der Wurzel verbessert und, in Analogie zu Rhizobien, dem Pilz von der Pflanze reduzierter Schwefel in Form von Glutathion zur Verfügung gestellt wird. In der ersten Phase wird der Einfluss der Schwefel- und Stickstoffernährung auf die Expression der Gene des Schwefel-Metabolismus in Pappel und im Pilz untersucht. Weiterhin soll der Einfluss der Modulation des Schwefelhaushalts in Pappeln durch genetische Manipulation auf die Wechselwirkung im Schwefelhaushalt zwischen Wurzel und Pilz analysiert werden.

Die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre in ihrer Bedeutung für Stoffumsätze in Böden

Das Projekt "Die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre in ihrer Bedeutung für Stoffumsätze in Böden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Lehr- und Forschungsgebiet Boden- und Pflanzenbauwissenschaften, Fachgebiet Bodenbiologie und Pflanzenernährung durchgeführt. Die Bedeutung der mikrobiellen Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre für Stoffumsätze in Böden soll im Gewächshaus mit vier Gefäßversuchen erfasst werden. Im ersten Versuch wird die Eignung Ergosterol und Muraminsäure zur Quantifizierung von Pilz- und Bakterienbiomasse auf Wurzeloberflächen mit anderen, insbesondere mikroskopischen Methoden überprüft. Im zweiten Versuch wird der Einfluss der Pflanzenart auf die mikrobielle Besiedlung der Wurzeloberfläche untersucht. Im dritten Versuch wird ermittelt, ob die mikrobielle Biomasse eines Bodens und deren Zusammensetzung, dargestellt durch die Quotienten von Ergosterol (Biomarker für Pilze) bzw. Muraminsäure (Biomarker für Bakterien) und mikrobieller Biomasse, die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberflächen beeinflusst. Im vierten Versuch wird das Verhalten der rhizoplanen Organismen während des Absterbens der Wurzel beobachtet und untersucht, inwieweit es zu Interaktionen mit den Mikroorganismen der Rhizosphäre und des Gesamtbodens kommt. Dazu wird nicht nur die mikrobielle Biomasse quantifiziert, sondern auch der Übergang der Wurzelbiomasse in mikrobielle Residuen als Zwischenspeicher für Nährstoffe speziell beachtet. Es ist davon auszugehen, dass die Interaktionen zwischen Pflanze, mikrobieller Biomasse und mikrobiellen Residuen eine wichtige Funktion für die Immobilisierung und Mobilisierung von Pflanzennährstoffen haben.

Weg des Kohlenstoffs und Regulation des Saeurestoffwechsels bei Sukkulenten (Crassulaceen-Saeurestoffwechsel)

Das Projekt "Weg des Kohlenstoffs und Regulation des Saeurestoffwechsels bei Sukkulenten (Crassulaceen-Saeurestoffwechsel)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachbereich 10 Biologie, Institut für Botanik durchgeführt. Sukkulenten, die ueber den Crassulaceen-Saeurestoffwechsel (CAM) verfuegen, vermoegen in der Nacht CO2 aus der Atmosphaere zu binden und dieses in Form von Aepfelsaeure zu speichern. Am folgenden Tag wird die Aepfelsaeure decarboxyliert und das dabei entstehende CO2 ueber den Calvin-Zyklus der Photosynthese zugefuehrt. Diese Form des Kohlenstoffgewinns ermoeglicht einen besonders sparsamen Wasserhaushalt. Es handelt sich also um eine oekologische Anpassung an wasserarme Standorte. In dem vom hier vorliegenden Bericht abgedeckten Zeitraum wurden besonders folgende Teilaspekte des CAM erforscht: 1. Charakterisierung der PEP-Carboxylase, des Schluesselenzyms des CAM und Untersuchung seiner Regulierbarkeit in vivo und in vitro. 2. Vergleich verschiedener Sukkulententypen und verschiedener Organe bzw. Gewebe einer Pflanze hinsichtlich ihrer Faehigkeit CAM durchzufuehren oder nicht. Erkenntnisziel: Erforschung der Voraussetzungen fuer das Zustandekommen des CAM bei Pflanzen. 3. Untersuchung des Weges des Kohlenstoffs im CAM. Besonders untersucht wurde das Problem, ob in den Plastoglobuli der Chloroplasten gespeicherte Lipide im CAM umgesetzt werden.

Erhoehter CO2-Partialdruck in der Atmosphaere: Anpassung des Stoffwechsels und Inhaltsstoffe von Nutzpflanzen (insbesondere Getreide)

Das Projekt "Erhoehter CO2-Partialdruck in der Atmosphaere: Anpassung des Stoffwechsels und Inhaltsstoffe von Nutzpflanzen (insbesondere Getreide)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Getreide-, Kartoffel- und Fettforschung, Institut für Biochemie und Analytik des Getreides durchgeführt. Hypothesen: Der steigende CO2-Partialdruck in der Erdatmosphaere veraendert die Expression von Genen und damit den Stoffwechsel der Pflanzen. Folgen sind veraenderter Naehrstoffbedarf und veraenderte Zusammensetzung auch der landwirtschaftlichen Produkte. Ergebnisse: Der Phosphatbedarf der Pflanzen steigt in Hoch CO2. - Der Stickstoffbedarf faellt in Hoch-CO2 (Wachstum) - Das C/N Verhaeltnis in Pflanzen ist erhoeht in Hoch-CO2; sehr hohe Stickstoffgaben wirken diesem Effekt entgegen. - Modifizierungen im Phosphat- und Stickstoffwechsel erfolgen in den Blaettern. - Die Expression mancher photosynthetischer Gene wird von Hoch CO2 beeinflusst. - Aufklaerung des Stoffwechsels in Sink-Geweben der Pflanze (insbesondere Speicherorgane) - Untersuchungen zu CO2-Effekten auf die Rhizosphaere und Mineralstoffaufnahme (einschl. Schwermetalle).

Polycyclische cancerogene Kohlenwasserstoffe in vom Menschen genutzten Pflanzen

Das Projekt "Polycyclische cancerogene Kohlenwasserstoffe in vom Menschen genutzten Pflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Institut für Angewandte Botanik durchgeführt. Arbeiten ueber die Ursachen des Vorhandenseins von krebserregenden Verbindungen in Nutzpflanzen, d. h. Klaerung, ob diese Substanzen von der Pflanze selbst produziert werden oder aus der Umgebung (Luft, Boden, Wasser) in die Pflanze eindringen. Forschungsarbeiten ueber den Transport dieser Substanzen in der Pflanze sowie etwaige Einbeziehung in den Stoffwechsel. Es kommen sowohl chemisch-analytische Verfahren wie auch Verfahren unter Verwendung markierter Substanzen in Frage.

Wirkung von SO2- und Schwermetallimmissionen auf unterschiedlich resistente Pflanzen

Das Projekt "Wirkung von SO2- und Schwermetallimmissionen auf unterschiedlich resistente Pflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Fachbereich 08 Biologie, Chemie und Geowissenschaften, Institut für Pflanzenökologie (Botanik II) durchgeführt. Fragestellung: Sichtbare Schaeden (Nekrosen etc.) durch SO2- und SM-Immissionen an Pflanzen setzen tiefgreifende, schon fruehzeitig stattfindende Veraenderungen im Stoffwechsel voraus. Ziel: Aufklaerung der Wirkmechanismen von SO2 und Schwermetallen (Einzelwirkung sowie Synergismus); Grundlagen der unterschiedlichen Pflanzenresistenz; Wirkung auf qualitaetsgebende pflanzliche Inhaltsstoffe. Anwendungsmoeglichkeiten: Selektion von immissionsresistenten Pflanzen; biochemisch-physiologische Fruehindikation von Immissionen; Festlegung von Immissionsgrenzwerten; oekologische Massnahmen zur Minderung von Immissionsschaeden.

Zur Rolle der Nitratreduktion und der Stickstoffmonoxid (NO)-Bildung beim normoxischen/anoxischen/post-anoxischen Stoffwechsel von Wurzeln

Das Projekt "Zur Rolle der Nitratreduktion und der Stickstoffmonoxid (NO)-Bildung beim normoxischen/anoxischen/post-anoxischen Stoffwechsel von Wurzeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Würzburg, Fakultät für Biologie, Julius-von-Sachs-Institut für Biowissenschaften mit Botanischem Garten durchgeführt. Nitratreduktion von Wurzeln hat positive Auswirkungen auf die Überflutungstoleranz, doch sind die Mechanismen nur unzureichend verstanden. Nitratreduktase(NR)-haltige Wurzeln eines Tabakwildtyps produzierten unter Anoxia viel weniger Ethanol und Lactat als Wurzeln einer Tabaktransformante (LNR-H), die keine lösliche NR in der Wurzel (aber normale NR-Aktivität in den Blättern) besitzt. Auch der cytosolische pH und der Energiezustand der Wurzeln waren in WT unter Anoxia besser und die Pflanzen zeigten im Gegensatz zur LNR-H keine Welkeerscheinungen. Wir wollen nun überprüfen, inwieweit Nitrat- und Nitritreduktion, Atmung und oxidativer Pentosephosphatzyklus um Metabolite konkurrieren, und weshalb unter Anoxia in WT-Wurzeln die NR-Expression gesteigert und/oder die Proteolyse gehemmt ist. nitratreduzierende Pflanzen ermittieren unter Anoxia auch vermehrt Stickstoffmonoxid (NO). Wir wollen die NO-Emission von Wurzeln unter Normoxia/Anoxia/Post-Anoxia quantifizieren und beteiligte Reaktionen identifizieren. Eine mögliche Korrelation zwischen NO- und Ethylenemission sowie eine vermutete Akkumulation von NO-Verbindungen (Nitrosothiole und Nitrotyrosin) soll untersucht werden. Alle Experimente werden mit dem WT, der LNR-H-Transformante sowie an der Nitritreduktaseantisensetransformante von Tabak durchgeführt.

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