Koordinierung FOR 5095
Projekt: Koordinierung FOR 5095
Projektleitung: Prof. Dr. Jan Siemens
Projektbearbeitung: Dr. Benjamin J. Heyde
Laufzeit: 2021-2024
Kurzbeschreibung
Die Nutzung von Abwasser zur Bewässerung in der Landwirtschaft ist eine wichtige Möglichkeit, Wasserknappheit zu mindern und die Nahrungsmittelproduktion unter den Bedingungen einer wachsenden Weltbevölkerung und eines sich ändernden Klimas zu steigern. Infrastrukturinvestitionen zur Erreichung des Nachhaltigkeitsziels 6 „Sauberes Wasser und Sanitäreinrichtungen“ führen zu einem Wechsel von einer Bewässerung mit unbehandeltem Abwasser zu einer Bewässerung mit behandeltem Abwasser. Diese Umstellung wiederum führt zu einer Reduktion des Eintrages von organischem Kohlenstoff, Nährstoffen und vielen Schadstoffen. Jedoch können durch die Umstellung auch Schadstoffe wie Antibiotika und Desinfektionsmittel im Boden mobilisiert werden, die sich dort in der Vergangenheit während der Bewässerung mit unbehandeltem Abwasser akkumuliert haben. Wir postulieren daher, dass die Implementierung einer konventionellen Abwasserbehandlung in etablierten Bewässerungssystemen, die unbehandeltes Abwasser genutzt haben, mit bislang unvorhergesehenen Risiken verbunden ist. Diese Risiken ergeben sich i) aus der Remobilisierung der in der Vergangenheit im Boden akkumulierten Schadstoffe, die ii) zu Schadstoffkonzentrationen in Böden und Pflanzen führen, die eine (Ko-)Selektion von Antibiotikaresistenzen bewirken, wobei iii) Freisetzung und Konzentrationen von Schadstoffen sowie die Selektion von Antibiotikaresistenzen vom Bodentyp abhängen. Zur Beurteilung des Ausmaßes und der Relevanz dieser Risiken fehlt bislang jedoch ein grundlegendes Verständnis der (Ko)-Selektionsprozesse resistenter Bakterien und des Transfers von Resistenzgenen unter dem Einfluss subinhibitorischer Konzentrationen von Antibiotikawirkstoffen und Desinfektionsmitteln und ihrer Kombinationen in Böden und Pflanzen. Außerdem sind kolloidale und räumliche Kontrollfaktoren dieser Interaktionen wenig erforscht. Kaum untersucht ist auch die Kopplung des Verhaltens und der Effekte von Antibiotika und Desinfektionsmitteln unter subtropischen Bedingungen, unter denen erhöhte Temperaturen sowohl die Selektion von resistenten Bakterien, aber auch die Dissipation von organischen Schadstoffen in einem bislang unbekannten Ausmaß steigern können. Die Implementierung einer Abwasserbehandlung im weltweit größten Abwasserbewässerungssystem Mexico City-Valley Mezquital bietet die Chance, das erforderliche Prozessverständnis für die Beurteilung der oben genannten Risiken zu gewinnen. Die vorgeschlagene Forschungsgruppe wird die kontrollierenden Mechanismen der Dynamiken von Schadstoffen und multiresistenter Bakterien während des Überganges von einer Bewässerung mit unbehandeltem Abwasser hin zu einer Bewässerung mit behandeltem Abwasser aufklären. Eine solche Forschungsgruppe wird darüber hinaus ein grundlegendes Prozessverständnis der Interaktionen zwischen dem Verhalten unterschiedlicher Schadstoffe und Bakterien sowie der Selektion und Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen in Agrarökosystemen liefern.
Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft