Aufklärung Der Ursachen Von Tierarzneimittelfunden Im Grundwasser – Untersuchung Eintragsgefährdeter Standorte in Norddeutschland
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TEXTE 54 /2016 Aufklärung der Ursachen von Tierarzneimittel- funden im Grundwasser – Untersuchung eintragsgefährdeter Standorte in Norddeutschland TEXTE 54/2016 Umweltforschungsplan des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit Forschungskennzahl 3714 23 210 0 UBA-FB 002344 Aufklärung der Ursachen von Tierarzneimittelfunden im Grundwasser – Untersuchung eintragsgefährdeter Standorte in Norddeutschland von Dr. Stephan Hannappel, M. Sc. Claudia Köpp HYDOR CONSULT GmbH, Berlin Dr. Sebastian Zühlke Technische Universität Dortmund, Institut für Umweltforschung (INFU), Dortmund Im Auftrag des Umweltbundesamtes Impressum Herausgeber: Umweltbundesamt Wörlitzer Platz 1 06844 Dessau-Roßlau Tel: +49 340-2103-0 Fax: +49 340-2103-2285 [email protected] Internet: www.umweltbundesamt.de /umweltbundesamt.de /umweltbundesamt Durchführung der Studie: HYDOR CONSULT GmbH Am Borsigturm 40 13507 Berlin Abschlussdatum: Mai 2016 Redaktion: Fachgebiet II 2.9 Ländliche Entwicklung, Landwirtschaft und internationaler Bodenschutz Frederike Balzer Publikationen als pdf: http://www.umweltbundesamt.de/publikationen/aufklaerung-der-ursachen- von-tierarzneimittelfunden ISSN 1862-4804 Dessau-Roßlau, Juni 2016 Das diesem Bericht zu Grunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit unter der Forschungskennzahl 3714 23 2100 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autorinnen und Autoren. Aufklärung der Ursachen von Tierarzneimittelfunden im Grundwasser - Untersuchung eintragsgefährdeter Standorte in Norddeutschland Berichtskennblatt Berichtsnummer UBA-FB Ursachen der Funde von Tierarzneimitteln im Grundwasser –Untersuchung eintragsgefähr- Titel des Berichts deter Standorte in Norddeutschland. Dr. Hannappel, Stephan (HYDOR) Autoren M.Sc. Köpp, Claudia (HYDOR) Dr. Zühlke, Sebastian (INFU TU Dortmund) HYDOR CONSULT GmbH Am Borsigturm 40 13507 Berlin und Institut für Umweltforschung (INFU), der Fakultät Chemie und Chemische Biologie Technische Universität Dortmund Durchführende Institutionen Otto-Hahn-Str. 6 44227 Dortmund in Kooperation mit: NLWKN -Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz Betriebsstelle Cloppenburg Drüdingstraße 25 49661 Cloppenburg Umweltbundesamt Fördernde Institution Postfach 14 06 06813 Dessau-Roßlau Abschlussjahr 2016 Forschungskennzahl (FKZ) 3714 23 210 0 Seitenzahl des Berichts 149 Zusätzliche Angaben 1 Anhang Antibiotika, Grundwasser, Landwirtschaft, Gülle, Viehbesatzdichte, Sickerwasser, Ver- weilzeiten, Sulfonamide, Nitrat, Gärreste, Grundwassermessstellen, Indikator- Schlagwörter Substanzen, Zustromgebiet, Niedersachsen, Nordrhein- Westfalen, Schleswig-Holstein, Landwirtschaftskammer, Landvolk, Kleinkläranlagen, Tracer, multiresistente Keime 3 Aufklärung der Ursachen von Tierarzneimittelfunden im Grundwasser - Untersuchung eintragsgefährdeter Standorte in Norddeutschland Report Cover Sheet Report No. UBA-FB Causes of findings of veterinary antibiotics in groundwater samples– investigation of vul- Report Title nerable locations in Northern Germany Dr. Hannappel, Stephan (HYDOR) Author(s) M.Sc. Köpp, Claudia (HYDOR) (Family Name, First Name) Dr. Zühlke, Sebastian (INFU TU Dortmund) HYDOR CONSULT GmbH Am Borsigturm 40 13507 Berlin Institut für Umweltforschung (INFU), der Fakultät Chemie und Chemische Biologie Technische Universität Dortmund Performing Organisation Otto-Hahn-Str. 6 (Name, Address) 44221 Dortmund in cooperation with: NLWKN -Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz Betriebsstelle Cloppenburg Drüdingstraße 25 49661 Cloppenburg Umweltbundesamt Funding Agency Postfach 14 06 06813 Dessau-Roßlau Report Date (Year) 2016 Project No. (FKZ) 3714 23 210 0 No. of Pages 149 Supplementary Notes 1 annex Antibiotics, groundwater, live stock, agriculture, manure, vadose water, sulfonamide, ni- Keywords trate, groundwater measurement points, tracer, indicator substances, Lower Saxony, North Rhine Westphalia, Schleswig-Holstein 4 Aufklärung der Ursachen von Tierarzneimittelfunden im Grundwasser - Untersuchung eintragsgefährdeter Standorte in Norddeutschland Kurzbeschreibung Um die Ursachen der Funde von Antibiotika-Wirkstoffen (Sulfonamide) im oberflächennahen Grundwasser aufzuklären, wurden an elf Standorten mit deutlich erhöhten Viehbesatzdichten in Nordwestdeutschland räumlich und zeitlich hochaufgelöste Untersuchungen durchgeführt. Die Auswahl der Standorte resultierte aus einem worst-case-Ansatz, bei dem unter ungünstigen Standortbedingungen der Eintrag von Antibiotika in das Grundwasser begünstigt wird. Es erfolg- ten Recherchen zum möglichen Stoffeintrag über organische Wirtschaftsdünger. An fast allen Standorten konnte eine weitgehende Kooperation der Landwirte unter Mithilfe der Landwirt- schaftsverbände erreicht werden. Die Landwirte wurden befragt, welche und wie viele organi- sche Wirtschaftsdünger in den letzten fünf Jahren auf die Schläge im Zustrom der Messstellen aufgebracht und welche Arzneimittel im Betrieb eingesetzt worden waren. Flankierend wurden die von Ihnen zur Verfügung gestellten Dünger beprobt und analysiert. Im Gelände wurden tem- poräre Grundwassermessstellen errichtet, die wiederholt beprobt und mit denen der Grundwas- serzustrom zu den stationären Messstellen hochaufgelöst und zuverlässig ermittelt werden konn- te. Dabei zeigten sich lokal große räumliche Unterschiede der Antibiotika-Funde in niedrigen Konzentrationen. Bei neun der elf Messstellen mit Funden waren die Konzentrationen zeitlich betrachtet über drei Jahre konstant. Bei allen elf Standorten wird davon ausgegangen, dass der Stoffeintrag der Antibiotika-Wirkstoffe durch die Düngung mit organischen Wirtschaftsdüngern verursacht worden war, auch wenn die Eintragspfade nicht überall komplett nachvollzogen wer- den konnten. Die an allen elf Standorten gefundenen Wirkstoffe Sulfadiazin und Sulfadimidin werden in Deutschland fast ausschließlich zur Behandlung von Tieren eingesetzt. Außerdem wurde an zwei Standorten wiederholt der Wirkstoff Sulfamethoxazol im Grundwasser in hohen Konzentrationen zwischen 100 und 300 ng/l gefunden. Dieser Stoff wird in Deutschland in der Humanmedizin in deutlich größeren Mengen als in der Tiermedizin eingesetzt. Dort wurden auch begleitende Wirkstoffe, Transformationsprodukte und Süßstoffe sowohl in Grundwasser- als auch in Abwasserproben lokal benachbarter Kleinkläranlagen gefunden, die direkt in den Boden emit- tieren. Daher wird hier von einem zusätzlichen Stoffeintrag über das Abwasser ausgegangen, der durch Modellrechnungen zum Verbleib der Wirkstoffe im Untergrund bestätigt werden konnte. Abstract The scope of the project is to understand the reasons for the detection of sulfonamides in shal- low groundwater. Eleven sites with a significantly increased livestock density in the Northwest of Germany have been chosen for the study. A co-operation between local agriculture associations and farmers has been built, to understand the possible substance input from farmyard manure into the groundwater. At almost all locations, farmers’ voluntary provided information about kind and quantity of fertilisers used on their agricultural fields in the past years. Additionally, samples of provided fertilisers were analysed. A groundwater sampling program was initiated with a high level of temporal and spatial resolution. New temporary groundwater measuring points were built to determine the groundwater influx on the existing groundwater observation. The findings showed a high local variability of substances at the sites. At locations with a proven content of antibiotics, the concentrations were constant over the course of three years. It can be concluded that components enter the groundwater via organic manure, mostly slurry and rarely digestates. Nevertheless the pathways to the groundwater could not be enlightened com- pletely. Two sulfonamides, namely sulfadimidine and sulfadiazine, are licensed in Germany for veterinary purposes only and have been identified in groundwater for many years. At two loca- tions, sulfamethoxazole has been measured in concentrations between 100 and 300 ng/l. In Germany, this substance is currently used in larger quantities in human-, than in veterinary med- icine. Further active substances (trimethoprime), transformation products of the sulfametho- xazole, as well as artificial sweeteners (tracer for waste water) have been found in waste water samples of neighbouring domestic sewage treatment plants, which are emitting directly into the soil. Thus, an alternative way of the compounds entering the groundwater could be shown. 5 Aufklärung der Ursachen von Tierarzneimittelfunden im Grundwasser - Untersuchung eintragsgefährdeter Standorte in Norddeutschland Inhaltsverzeichnis Anhang .......................................................................................................... 8 Abbildungsverzeichnis ........................................................................................ 9 Tabellenverzeichnis ..........................................................................................12 Verzeichnis der Abkürzungen ...............................................................................14 Glossar .........................................................................................................15 1 Zusammenfassung ......................................................................................19 1.1 Hintergrund, Ausgangssituation und Zielstellung