Degradation and residue dynamics of veterinary medicines in soil-plant systems
Final Report Abstract
Ziel der Projektphase war es, durch die Anwendung von umweltchemischen und -analytischen Methoden (Radio-DC, Radio-HPLC, GC-MS, GC-FID, LC-MS/MS) das Schicksal von zwei Veterinärpharmaka (Sulfadiazin, SDZ, und Difloxacin, DIF) im Boden zu untersuchen. Im Fokus sollten hierbei der Einfluss von Maispflanzen und ein eventuell auftretender Rhizosphäreneffekt auf das Verhalten der Verbindungen stehen. Aus dem hier eingesetzten Boden wurden nur sehr geringe Anteile der beiden Antibiotika in Maispflanzen aufgenommen. Demnach ist die Verfügbarkeit für Mais aus dem hier eingesetzten Boden für beide Antibiotika als sehr gering einzustufen Auch die zu 14CO2 mineralisierten Anteile fielen bei beiden Verbindungen sehr gering aus. Für beide untersuchten Antibiotika stellten die nicht-extrahierbaren Rückstände den Hauptpfad im Boden dar. Weder für SDZ noch für DIF konnten Unterschiede in der Extrahierbarkeit der Verbindungen aus wurzelfreiem und wurzelnahem Boden festgestellt werden. Gleiches galt für den Einfluss von applizierter Gülle, der zusätzlich für DIF untersucht wurde. Einziger Metabolit von SDZ war 4-OH-SDZ, welches im Boden gebildet wurde und dessen Anteile im Verlauf der Versuche zunahmen. In den Studien mit DIF konnten keine Abbauprodukte identifiziert werden. Hier lag nur die unveränderte Ausgangssubstanz in den Extrakten vor. Um die nicht-extrahierbaren Rückstände (NER) genauer zu untersuchen, wurde eine Huminstofffraktionierung durchgeführt. Zusätzlich wurden die durch Accelerated Solvent Extraction (ASE) behandelten Böden der Studien mit DIF und Gülle einer Partikelfraktionierung unterzogen, wodurch die Verteilung der NER auf die Sand-, Ton- und Schlufffraktionen untersucht wurde. Aufgrund der relativ großen Wiederfindung von 14C innerhalb der Fulvinsäuren (FA) wurden diese nach Aufreinigung mittels Größenausschlusschromatographie näher untersucht. Die hierbei erhaltenen Chromatogramme zeigten das gleiche Muster von einer früher und breiter eluierenden Fraktion mit größeren Molgewichten und einer kleineren und später eluierenden Fraktion, die ein deutlich schärferes Signal lieferte. Aufgrund der Form der Signale und Untersuchungen mit unbehandelten FAs und den Antibiotika wurde die Vermutung aufgestellt, dass es sich bei der Fraktion mit geringerem Molekulargewicht um teilweise freies Antibiotikum bzw. dessen Primärmetaboliten handelte. Aufgrund der geringen Aktivität innerhalb der Fraktionen der aus DIF behandelten Böden gewonnenen FAs war es nicht möglich, diese über eine Größenausschlusschromatographie hinaus zu untersuchen. Anders war dies für die Proben der Studie mit SDZ. Die beiden Größenfraktionen wurden getrennt gesammelt und nach Aufarbeitung mittels LC-MS/MS untersucht. Hierdurch konnte die zuvor aufgestellte Vermutung bestätigt werden, dass die NER die Ausgangsverbindung enthält. An den ersten Inkubationstagen lag fast ausschließlich freies SDZ und 4-OH-SDZ in der später eluierenden Fraktion vor. Mit der Zeit nahmen diese Anteile ab, was darauf deutet, dass es zu einer festeren Bindung bzw. einem Einschluss in die Fulvinsäuren kam.
Publications
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Characterization of non-extractable C-14- and C-13-sulfadiazine residues in soil including simultaneous amendment of pig manure. Journal of Environmental Science and Health Part B: Pesticides
Food Contaminants and Agricultural Wastes, Vol. 46. 2011, Issue 2, pp. 137-149.
Junge, T., Meyer, K. C., Ciecielski, K.. Adams, A., Schäffer, A., Schmidt, B.
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Schicksal von Sulfadiazin im Boden und Charakterisierung der gebundenen Rückstände. Vortrag, GDCh-Wissenschaftsforum Chemie
2011, Bremen, 04.09 – 07.09 / 2011.
Junge, T., Lamshöft, M., Schmidt, B., Schäffer, A.
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Fate of the veterinary antibiotic 14CDifloxacin in soil including simultaneous amendment of pig manure with the focus on non-extractable residues. Journal of Environmental Science and Health, Part B: Pesticides, Food Contaminants, and Agricultural Wastes, Vol. 47. 2012, Issue 9, pp. 858-868.
Junge, T., Classen, N., Schäffer, A., Schmidt, B.
