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Modell zur Verteilung von Erregern

Vom Schaf in den Fluss – Fäkalkeime auf Reisen

| Autor/ Redakteur: Nadja Neumann* / Christian Lüttmann

Was wir auf der Toilette erledigen, machen Schafe und andere Weidetiere in freier Natur. Fäkale Erreger können so leicht in Flüsse gelangen. Wie sich solche mikrobiellen Verunreinigungen verbreiten, haben nun Forscher des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei anhand eines Computermodells untersucht.

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Hinterlassenschaften von Schafen und anderen Nutztieren können Gewässer verunreinigen (Symbolbild).
Hinterlassenschaften von Schafen und anderen Nutztieren können Gewässer verunreinigen (Symbolbild).
(Bild: Pixabay/sabineschilling70)

Berlin – Ein zufriedenes „Mähh“, genüssliches Schmatzen und das gelegentliche Geläut kleiner Glöckchen – dies mag die romantisch verklärte Sicht auf eine weidende Schafherde sein. Doch so schön diese Szenerie von weitem wirkt, auch Schafe müssen mal. Und mit den Ausscheidungen können etwaige Fäkalkeime leicht die anliegenden Gewässer verunreinigen. Mitunter droht dann sogar Gesundheitsgefahr für andere Lebewesen, z.B. den Menschen.

Keimverfolgung in Schottland

Wie sich solche Keime aus der umgebenden Landschaft verbreiten, ist Forschungsgegenstand von Dörthe Tetzlaff vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB). Sie hat zusammen mit Forschern der Universität Aberdeen in Schottland ein indikatorgestütztes Modell entwickelt, um anhand der hydrologischen Prozesse in der Landschaft und der Vernetzung von Fließgewässern die Dynamik von E.coli und anderen mikrobiellen Erregern abschätzen zu können – eine wichtige Grundlage, um akute oder länger andauernde mikrobielle Verunreinigungen von Flüssen zu managen.

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Um zu verstehen, wie sich Fäkalkeime in Gewässern ausbreiten und wie lange sie dort verbleiben, muss man zunächst herausfinden, wo die Keime herkommen und in welchen Mengen und über welche Wege sie in der Landwirtschaft weitergetragen werden. Nur so lassen sich die Einträge in das Flussnetz abschätzen.

Dörthe Tetzlaff, ihr Doktorand Aaron Neill und Kollegen von der Universität Aberdeen (Chris Soulsby und Norval Strachan) haben in einem Untersuchungsgebiet in Schottland fäkale Keime markiert und dann untersucht, wie diese sich in einem Einzugsgebiet verbreiten. Sie verglichen ihre Daten mit den mengenmäßigen Werten des Wasserkreislaufs, also hydrometrischen Werten, sowie mit stabilen Isotopenmarkern. Mithilfe dieser neuartigen Kombination entwickelten die Forscher ein mathematisches Modell zur Verbreitung von Fäkalkeimen, welches sich auch auf andere Fließgewässer übertragen lässt.

Sommerliche Vorhersage von Fäkalkeimen

Die Forscher zeigten in ihrer Studie, dass der Grad der Vernetzung des Wasserkreislaufs eine entscheidende Rolle für die Verteilung der Fäkalkeime spielt. Das neue Modell erlaubte es, genau zu quantifizieren, wann und von wo Keime in das System gelangen. „In unserem Untersuchungsgebiet waren die Konzentrationen von Fäkalkeimen im Gewässer im Sommer am höchsten, dies ist auch in anderen Regionen zu erwarten. Vor allem in den Sommermonaten kommen Starkregenereignisse häufiger vor und spülen Keime von landwirtschaftlich genutzten Flächen in Gewässer“, sagt Tetzlaff. „Im Sommer gelangen so auch Keime ins Wasser, die nicht aus der unmittelbaren Nähe des Gewässers stammen, wohingegen im Winter Keime mobilisiert werden, die in der Uferzone gespeichert worden sind“, führt sie aus. Das von den Forschern entwickelte Modell konnte ihrer Aussage zufolge die tatsächliche Verteilung der Keime im Sommer sehr exakt widerspiegeln.

Auch antibiotikaresistente Keime verbreiten sich über den Wasserkreislauf. Mehr dazu lesen Sie in diesem Beitrag:

Im Winter müssen Absterberaten berücksichtigt werden

Für die Wintermonate müssen die Forschenden das indikatorgestützte Modell noch anpassen. Für diesen Zeitraum unterschieden sich nämlich die berechneten Keimbelastungen von den gemessenen Werten. Grund dafür, so vermuten die Forschenden, sind die erhöhten Absterberaten der Keime bei niedrigen Temperaturen sowie vor allem bei Bodenfrost; beides Aspekte, die das Modell noch nicht erfasst. „Es ist eine sehr spannende, aber mühevolle Aufgabe, solch ein zeitlich und räumlich dynamisches mathematisches Modell zu optimieren. Es gibt so viele unbekannte Größen, die es zu berücksichtigen gilt“, resümiert Tetzlaff. Die Forscherin ist optimistisch, dass dieses Modell und seine Weiterentwicklungen eines Tages die wissenschaftliche Grundlage bilden, um die Verbreitung von Fäkalkeimen im Einzugsgebiet von Fließgewässern abschätzen zu können.

Originalpublikation: Aaron J. Neill; Doerthe Tetzlaff; Norval J. C. Strachan; Chris Soulsby: To what extent does hydrological connectivity control dynamics of faecal indicator organisms in streams? Initial hypothesis testing using a tracer-aided model. Journal of Hydrology. - Volume 570, March 2019, Pages 423-435; DOI: 10.1016/j.jhydrol.2018.12.066

* N. Neumann, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB), 12587 Berlin

* Berlin

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