Research Paper

Determination of Antibiotic Residues in Manure, Soil, and Surface Waters†

  1. Thorsten Christian1,*,
  2. Rudolf J. Schneider1,
  3. Harald A. Färber2,
  4. Dirk Skutlarek2,
  5. Michael T. Meyer3,
  6. Heiner E. Goldbach1

Article first published online: 8 JUL 2003

DOI: 10.1002/aheh.200390014

Issue

Acta hydrochimica et hydrobiologica

Acta hydrochimica et hydrobiologica

Volume 31, Issue 1, pages 36–44, July 2003

Additional Information

How to Cite

Christian, T., Schneider, R. J., Färber, H. A., Skutlarek, D., Meyer, M. T. and Goldbach, H. E. (2003), Determination of Antibiotic Residues in Manure, Soil, and Surface Waters. Acta hydrochim. hydrobiol., 31: 36–44. doi: 10.1002/aheh.200390014

Author Information

  1. 1

    Institute of Plant Nutrition, University of Bonn, Karlrobert-Kreiten-Str. 13, 53115 Bonn, Germany

  2. 2

    Institute for Hygiene and Public Health, University of Bonn, Sigmund-Freud-Str. 25, 53105 Bonn, Germany

  3. 3

    United States Geological Survey, Ocala Water Quality and Research Laboratory, Ocala, Florida, 34474-5731, USA

*Institute of Plant Nutrition, University of Bonn, Karlrobert-Kreiten-Str. 13, 53115 Bonn, Germany

  1. †

    Paper presented in parts as a poster at the annual meeting of the Water Chemical Society — a Division of the German Chemical Society (Wasserchemische Gesellschaft — Fachgruppe in der Gesellschaft Deutscher Chemiker), Eichstätt/Altmühltal, May 2002.

Publication History

  1. Issue published online: 8 JUL 2003
  2. Article first published online: 8 JUL 2003
  3. Manuscript Accepted: 17 MAR 2003
  4. Manuscript Received: 17 JUL 2002

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Keywords:

  • ELISA;
  • LC-MS;
  • Solid-phase Extraction;
  • Accelerated Solvent Extraction;
  • ASE;
  • Recovery;
  • Pharmaceuticals
  • ELISA;
  • LC-MS;
  • Festphasenextraktion;
  • Beschleunigte Lösungsmittelextraktion;
  • ASE;
  • Wiederfindungsrate;
  • Pharmaka

Abstract

In the last years more and more often detections of antimicrobially active compounds (“antibiotics”) in surface waters have been reported. As a possible input pathway in most cases municipal sewage has been discussed. But as an input from the realm of agriculture is conceivable as well, in this study it should be investigated if an input can occur via the pathway application of liquid manure on fields with the subsequent mechanisms surface run-off/interflow, leaching, and drift. For this purpose a series of surface waters, soils, and liquid manures from North Rhine-Westphalia (Northwestern Germany) were sampled and analyzed for up to 29 compounds by HPLC-MS/MS.

In each of the surface waters antibiotics could be detected. The highest concentrations were found in samples from spring (300 ng/L of erythromycin). Some of the substances detected (e.g., tylosin), as well as characteristics in the landscape suggest an input from agriculture in some particular cases. In the investigation of different liquid manure samples by a fast immunoassay method sulfadimidine could be detected in the range of 1…2 mg/kg. Soil that had been fertilized with this liquid manure showed a content of sulfadimidine extractable by accelerated solvent extraction (ASE) of 15 μg/kg dry weight even 7 months after the application. This indicates the high stability of some antibiotics in manure and soil.

Bestimmung von Antibiotikarückständen in Gülle, Boden und Oberflächengewässern

In den letzten Jahren wurde vermehrt von Befunden antimikrobiell wirksamer Substanzen („Antibiotika”) in Oberflächengewässern berichtet. Dabei wurde als Eintragspfad meist kommunales Abwasser diskutiert. Da aber auch ein Eintrag aus dem Bereich der Landwirtschaft möglich scheint, sollte hier untersucht werden, ob über den Weg der Gülleausbringung auf Felder mit den anschließenden Mechanismen Oberflächen-/Zwischenabfluss, Versickerung und Abtrift ebenfalls ein Eintrag erfolgt. Dazu wurden verschiedene Oberflächengewässer, Böden und Gülle in Nordrhein-Westfalen zu unterschiedlichen Zeitpunkten beprobt und auf bis zu 29 Wirkstoffe mit HPLC-MS/MS untersucht.

In jedem der untersuchten Gewässer konnten Antibiotika nachgewiesen werden. Die höchsten Konzentrationen wurden in Proben aus dem Frühjahr gefunden (Erythromycin mit 300 ng/L). Bestimmte gefundene Substanzen (z. B. Tylosin) sowie landschaftliche Gegebenheiten lassen in Einzelfällen auf einen Eintrag aus der Landwirtschaft schließen. Bei der Untersuchung verschiedener Gülleproben mittels einer Immunoassay-Schnellmethode konnte Sulfadimidin im Bereich von 1…2 mg/kg nachgewiesen werden. Boden, der mit dieser Gülle gedüngt worden war, wies auch 7 Monate nach der Ausbringung noch einen Gehalt an mit beschleunigter Lösungsmittelextraktion extrahierbarem Sulfadimidin von 15 μg/kg Trockenmasse auf. Dies weist auf die hohe Stabilität mancher Antibiotika in Gülle und Boden hin.

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