Agrarforschung
Weitergehende Untersuchungen mit Hilfe molekularbiologischer Nachweisverfahren zum Verhalten von fäkalen Güllekeimen im Wasserschutzgebiet Langenauer Donauried

Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft FAL, Institut für Bodenbiologie,Braunschweig
Universität Hohenheim, Institut für Tier- und Umwelthygiene, Stuttgart
Universität Tübingen, Abt. Allg. und Umwelthygiene, Tübingen

Prof. Dr. J. C. Munch (Koordinator) und Dr. C. Tebbe
Prof. Dr. R. Böhm und Dr. W. Philipp
Prof. Dr. K. Botzenhart                                                                           
April 1994 - März 1995

Problemstellung

Im Langenauer Donauried wurde eine Wasserschutzzone II eingerichtet. Dort soll keine Gülle ausgebracht werden, u.a. weil der Verdacht besteht, daß pathogene Keime aus der Gülle in das Grundwasser verlagert werden könnten. Auf Grund der agrarischen Nutzung des Gebiets und der Struktur der landwirtschaftlichen Betriebe ist zu klären, ob die Gülleausbringung tatsächlich eine hygienische Gefährdung des Grundwassers darstellt, zumal trotz intensiver Begüllung in der Vergangenheit, diese Keime nie im geförderten Wasser festgestellt wurden. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, daß eine Verlagerung der Güllekeime in tiefe Bodenbereiche (unterhalb 90 cm) ausgeschlossen werden kann, so lange der Bodenkörper keine Störungen wie Trockenrisse aufweist und intakt ist. Der Nachweis solcher Keime im Wasser von Grundwassermeßstellen (Pegel) hat Zweifel an dieser Aussage aufkommen lassen.

Ziel

Das Ziel der Arbeiten war es zu klären, aus welchen Quellen die im Grundwasser innerhalb der Pegel nachgewiesenen Indikatorbakterien für fäkale Kontaminationen stammen. In Frage kommen als Infektionsquelle sowohl die im Rahmen der landwirtschaftlichen Bewirtschaftung ausgebrachte Gülle als auch Kläranlagenausläufe, die sich in die Entwässerungsgräben im Wasserschutzgebiet ergießen. Die Gräben können allerdings über Oberflächenabfluß der landwirtschaftlichen Flächen auch Gülleorganismen führen.

Untersuchungsmethoden

Es wurden Nachweis- und Untersuchungsmethoden aus dem Arbeitsgebiet der Molekularbiologie angewandt. Neben dem Nachweis der Indikatororganismen wurde auch lediglich deren Erbmaterial nachgewiesen um auf diesem Wege ggf. vorhandene aber nicht-kultivierbare Keime zu erfassen. Desweiteren wurde der Verwandtschaftsgrad der Populationen über die Typisierung der aus unterschiedlichen Bereichen (Gülle, Boden, Schlamm von Entwässerungsgräben, Kläranlagenauslauf) gewonnenen Isolate untersucht, um somit auf die Infektionsquelle zu schließen. Die Herkunft (Mensch und Tier) wurde zusätzlich über den Nachweis von Pathogenitätsfaktoren bei den einzelnen Stämmen verfolgt.

Ergebnisse

Das Wasser der Grundwassermeßstellen steht nicht in direktem Kontakt mit dem Grundwasser, sondern ist durch ein Sandbett (mit Filterwirkung) von diesem getrennt. Einige der Grundwassermeßstellen sind defekt (gebrochenes Rohr), was erst durch eine genaue Inspektion festgestellt wurde. Dieser Umstand trifft hier auf zwei der beprobten Pegel zu, so daß Bodenmaterial bzw. Bodenaufschwemmung nach Regenfällen von oben in den Pegel eindringen kann. Das Wasser der Grundwassermeßstellen bildet also einen vom Grundwasser unabhängigen Lebensraum. Grundwassermeßstellen liefern im Rahmen dieser Fragestellung nur eine bedingt verwertbare Aussage.

Im Oberboden der landwirtschaftlichen Flächen sind Organismen fäkalen Ursprungs vorhanden (Nachweis sowohl von Keimen als auch deren Erbmaterial DNA). Die Keimzahl nimmt mit der Tiefe stark ab. E. coli ist unterhalb einer Tiefe von 80 cm selbst auf Flächen mit keimangereicherter Gülle nicht mehr nachzuweisen.

Die Kolonienzahlen, die bei der bakteriologischen Untersuchung der Wasserproben der Pegel der Gruppe 3 festgestellt werden, unterliegen offensichtlich einer jahreszeitlich bedingten Schwankung und erreichen die höchsten Werte in den Sommermonaten (August 1994) und im Frühjahr (März 1995). Auch bei den Trinkwasserfassungsbrunnen ist im August 1994 eine erhöhte Kolonienzahl festzustellen, z.T. auch im Dezember 1994 und im Februar 1995. E. coli wird dagegen im gesamten Untersuchungszeitraum in den Wasserproben der Pegel der Gruppe 3 und den Trinkwasserfassungen gemäß der TVO nicht festgestellt. Bei den Untersuchungen an einem neuen Projektpegel, bei dem sich wegen der kurzen Zeitspanne seit der Errichtung im Dezember 1994 keine autochthone Keimflora etabliert hat, wird trotz Güllebeaufschlagung der umliegenden Flächen im Frühjahr 1995 Grundwasser mit Trinkwasserqualität gefördert.

Aus den Wasserproben der Vorfluter werden regelmäßig coliforme Keime, E. coli und Fäkalreptokokken in Mengen von 101-102 KBE/ml isoliert. Die Kolonienzahlen (Gesamtkeimzahl) liegen bei allen untersuchten Proben über 106 KBE/ml. Direkt aus den Kläranlagenabläufen Asselfingen, Ramingen und Niederstotzingen werden auch E. coli in einer Menge von 102 KBE/ml isoliert. Eine wesentliche Verdünnung der Konzentration der Fäkalkeime innerhalb der Vorfluter findet also nicht statt, so daß innerhalb der Wasserschutzzone II Vorfluterwasser mit einer hohen fäkalen Keimbelastung geführt wird. Ist nun die Abdichtung der Sohle der Fließgewässer schadhaft (Sprünge, Risse der Betonschalen), kann mit Fäkalkeimen hoch kontaminiertes Vorfluterwasser lateral in die umgebenden Böden einsickern und so zu einer Kontamination der Grundwasserleiter führen.

Die Typisierung der Isolate führte aufgrund der kurzen Laufzeit des Projekts, der voranzuschaltenden Entwicklung der Methode und aufgrund der geringen Anzahl von Isolaten aus den in landwirtschaftlichen Nutzflächen gelegenen Grundwassermeßstellen sowie aus den Brunnen und Fassungen zu Hinweisen und nicht zu statistisch belegbaren Ergebnissen hinsichtlich der Eintragsquellen. Es ist hier lediglich zu erkennen, daß die coli-Typen in Grundwasserstellen die undicht waren, bzw. andere als landwirtschaftliche Einzugsgebiete hatten (Gruppen 1 und 2), am häufigsten mit den Typen aus Kläranlagen (6x) und Gräben (6x) identisch, jedoch auch Güllen-Typen vertreten (3x) waren. Pathogenitätsfaktoren bzw. pathogene Keime wurden nie nachgewiesen.

Vor dem Hintergurnd der im Laufe der Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse muß angezwiefelt werden, ob Pegel, die vor langer Zeit im Donauried ausgesetzt und selten abgepumpt wurden, überhaupt geeignet sind, zuverlässige Informationen über die mikrobielle Beschaffenheit des Grundwassers zu gewinnen. Es muß nach den vorliegenden Ergebnissen eher angenommen werden, daß Pegel praktisch Läsionen wie eine offene Wunde in den Grundwasserleiter setzen, und bei ausreichendem Angbot an gelösten Nährstoffen im Wasser mit Keimen besiedelt werden wobei sich an den Pegelwänden sowie in den Bodenbereichen um den Pegel Biofilme bilden und dieser mikrobiologisch gesehen ein Eigenleben führt.

Insgesamt weisen die Ergebnisse darauf hin, daß eine natürliche Verlagerung der Keime aus der Gülle über den Boden in das Grundwasser nicht stattgefunden hat, auch bei so hohen Niederschlagsmengen wie im vergangenen und diesem Jahr. Selbst eine accidentelle Verlagerung in den Bereich von 50-80 cm Tiefe spielt bei der zu erwartenden geringen Keimzahl und bei der Mächtigkeit der Deckschichten keine Rolle für eine Grundwasserkontamination.

Konsequenz für die Praxis

(aus Sicht der Autoren)

Aus den Untersuchungen kann der Schluß gezogen werden, daß die ordnungsgemäße Gülleausbringung in der Landwirtschaft unter den hier untersuchten Bedingungen (namentlich bei ausreichender Deckschicht, zudem u.a. Bodentypen, Standorte, Witterung) nicht zu einem Eintrag von E. coli und ggf. in der Gülle enthaltenen Krankheitserrregern in das Grundwasser führt. Die heutigen umweltgerechten Gepflogenheiten bei der Ausbringung von Gülle unter Orientierung am Nährstoffbedarf und an der Auswaschungsgefährdung von Stickstoff lassen keine Verlagerung von in Gülle enthaltenen Keimen in die Tiefe erwarten, sofern der Boden als Filterkörper intakt ist (z.B. keine Trockenrisse). Andere Eintragsquellen wie Klärschlammausläufe und Vorfluter müssen, falls Kontaminationen auftreten, in Betracht gezogen werden. Es hat, trotz intensiver Gülleausbringung in der Vergangenheit, im Bereich ungestörter Bodenschichten und ausreichender Deckschichten wie im beprobten Gebiet, keinen eindeutigen Beleg für eine Verfrachtung von Keimen aus der Gülle innerhalb definierter Zeiträume (z.B. 50 Tage) in das Grundwasser gegeben.

Die Ausbringung von Gülle ist demnach unter hygienischen Aspekten nicht zu untersagen, muß allerdings an Richtlinien gekoppelt sein (z.B. ausreichende Deckschichten, gesetzliche Vorschriften zur Düngung bzw. Düngepraxis, jahreszeitliche Einschränkung aufgrund potentieller Nitratausträge und Trockenrissbildung). Sollte dennoch in Zukunft ein erster Nachweis hygienisch bedenklicher Keime in gefördertem Grundwasser erfolgen, ist der Landeswasserversorgung nahezulegen, mit den neuen hier erprobten molekularbiologischen Methoden den Ursprung dieser Keime zu definieren.

Anmerkung des MLR: Die Umsetzung der Forschungsergebnisse in die Praxis wird vom UVM und MLR noch unterschiedlich gesehen. Eine Abstimmung ist angestrebt.

Literatur:
Gemeinsamer Bericht derselben Autoren an das MLR. September 1995.

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