Pollutant stress on ecosystems

Measuring, analysing and assessing pollutant stress on ecosystems

The evaluation of the pollutant stress of ecosystems enables us to assess the impact on biodiversity in the affected ecosystem (e.g. the agricultural landscape).

Ecosystems under pressure - biodiversity declines

In addition to structural degradation, our ecosystems are increasingly exposed to a variety of anthropogenically caused pollutant stresses. In agricultural areas, these are primarily pesticides, but biocides, pharmaceuticals and industrial chemicals also play a role.

For example, pesticides are considered to be one of the main causes of the scientifically proven sharp decline in insects in recent decades. Most surface waters in Germany are also polluted and  failed the good ecological status.

Protecting ecosystems requires new approaches

The risk assessment of chemicals for the environment is currently based on the proxy principle. Here, individual species (proxies) are tested with regard to their toxic reaction to individual chemicals. The potential risk to the environment is derived and is to be ensured by additional safety factors. However, the effect of individual chemicals on a species in a complex environment is different from that in the laboratory under optimal experimental conditions. Therefore, we develop concepts and methods allowing us to evaluate effects on species more realistically. To this end, we also consider the effects in natural species communities under complex environmental conditions.

Mixtures are ignored

In reality and in practice, biotic communities are increasingly exposed to a cocktail of a large and growing number of pollutants. As described, precautionary risk assessment of chemicals currently only covers single substances. Effects of mixtures of pollutants, however, can lead to lasting damage to biotic communities and thus to the ecosystem, even if limit values for the respective individual substances are met.

We conduct research:

  • To monitor the effects of toxicological and ecological stressors on biotic communities
  • To understand the effects of substances on biocoenoses
  • To develop experimental test procedures in the laboratory and in the field with realistic species communities
  • To develop computer-based tools for predicting effects on species communities

More than

90

of German surface waters failed to achieve good ecological status in 2015

Per season, apple crops are sprayed with

22

pesticide applications are sprayed

In Germany, over

1000

of pesticides are applied per year

Dr. Andreas Toschki

Phone: +49 241 – 8027600
E-Mail: toschki@gaiac-eco.de

Dr. Tido Strauss

Phone: +49 241 – 8027601
E-Mail: strauss@gaiac-eco.de

Taxonomic expertise

Good laboratory practice
(GLP)

References

Projects

2020-2023
VIBee - Etablierung digitaler Indikatoren der Bienenvitalität in Agrarlandschaften | BLE, FKZ 906370
2019-2021
Entwicklung von Toxizitätskriterien für Bodenorganismen im Rahmen der Einstufung von Stoffen sowie PBT-Bewertung | UBA, FK 3719654070
2019-2020
Preparation and organization of an international workshop in January 2020: FORESEE - (In)Field Organism Risk modelling by coupling Soil Exposure and Effects | ECPA, the European Crop Protection Association
2018-2020
Integriertes Monitoring in der Agrarlandschaft. Erfassung der ökologischen Auswirkungen des chemischen Pflanzenschutzes | UBA, FKZ 3717 64 412
Project report
2014-2020
DemO3AC - De-monstrationsvorhaben Ozonung des Abwassers auf der Kläranlage Aachen-Soers, Projektteil Statistische Auswertung und biologisches Monitoring | MULNV NRW
Project report
2016-2019
NANO-Transfer – Transfer kohlenstoffbasierter Nanomaterialien in der aquatischen Umwelt Verbleib, Effekte, Bioakkumulation, Nahrungsnetzübertragung, Schadstofftransport und Einsatz in der Remediation belasteter Gewässer. Teilprojekt Forschungsinstitut gaiac – Mesokosmosstudie| BMBF, FKZ 03XP0061C
2017-2018
Insektizide Stoffe im Gewässermonitoring - Aufbereitung von Datengrundlagen | LfULG, Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
2016-2018
Modellierung des Lake Caohai im Rahmen des Projekts SinoWater mit relevanten Managementszenarien zur Prognose der Blaualgenentwicklung und Trophie | FIW Aachen
2015-2018
Modelling approaches for a scenario based assessment of chemically induced impacts on aquatic macroinvertebrate communities | CEFIC, The European Chemical Industry Council
2014-2017
Nanomobil - Synthetische Silber-Nanopartikel im System Boden-Grundwasser: Mobilität, Wirkungen auf die Lebensgemeinschaft und Wechselwirkung zwischen Hydro-, Pedo- und Biosphäre. Teilprojekt AP 2 Biosphäre | BMBF, FKZ 03X0151A
Project website
2016
Korrelationsanalyse von biologischen, chemischen und materialabhängigen Parametern im Rahmen eines Forschungsvorhabens zu Spurenstoffen bei der weitergehenden Abwasserreinigung durch Aktivkohlefilter | IWW, Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasserforschung gemeinützige GmbH
2012-2015
RISKMIN - Entwicklung landschaftsbezogener Risikominderungsmaßnahmen zum Schutz der terrestrischen Agrobiodiversität (Pesticide risk mitigation at landscape level – A spatial approach to maintain and develop agrobiodiversity) | BVL, FKZ123-02.05-20.0024/1
Project report
2010-2013
Bewertung des Risikos für Bodenorganismen unter realen Bedingungen: Erarbeitung einer nationalen Position für die Ausgestaltung untergesetzlicher Regelwerke der neuen EU-Pflanzenschutzmittelverordnung | UBA, FKZ 3710 67 410
Project report
2009-2013
Verbundprojekt DanTox: Entwicklung und Anwendung eines Verfahrens zur Ermittlung spezifischer Toxizität und molekularer Wirkungsmechanismen sediment-gebundener Umweltschadstoffe mit dem Zebrabärbling (Danio rerio) Teilprojekt D: Statistische Auswertung | BMBF, FKZ 02WU1056
2008-2010
Umsetzung der probabilistischen Risikobewertung in den Vollzug des PflSchG – Evaluierung der Pilotphase und Übertragung auf Feldkulturen. (Kurztitel: Georeferenzierte probabilistische Risikobewertung von PSM) | UBA, FKZ 3707 63 4001
Project report
2007-2008
Untersuchung von Abwasserproben im Reproduktionstest und im Populationstest mit Daphnia magna zur Behandlung von Krankenhausabwässern in Kooperation mit dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft | MUNLV
2005-2008
Verbundprojekt: Freisetzungsbegleitende Sicherheitsforschung transgener Maissorten mit neuen Bt-Genen: Entwicklung und Validierung von Monitoringmethoden, Teilprojekt „Auswirkungen des Anbaus von Diabrotica-resistentem Bt-Mais auf die Maisbiozönose: Entwicklung und Validierung von Methoden für ein anbaubegleitendes Monitoring“ | BMBF
2005-2007
Entwicklung eines computergestützten Steuerungskonzeptes zur betrieblichen Optimierung und Unterhaltung des Verbundsystems Bioteiche - Boisdorfer See. Im Rahmen des INTERREG IIIB NW-Projektes "Spatial quality enhancement, Alleviation of flood damage and Nature enlargement through (re) Development of mineral extraction sites along rivers" (SAND) [Modelling for improvement of surface water quality through biopond optimisation] | EFRE
2005-2006
Testung von Abwasserproben auf endokrines Potential mit dem MVLN-Testes | LUA, Landesumweltamt NRW
2001-2004
Verbundprojekt: Sicherheitsforschung und Monitoringmethoden zum Anbau von Bt-Mais: Teilprojekt 1.2.1: Effekte des Anbaus von Bt-Mais auf die epigäische und die Krautschichtfauna verschiedener trophischer Bezüge | BMBF, FK 0312631c
Project website
2000-2003
Die Arthropodenfauna von grasigen Feldrainen (off crop) und die Konsequenzen für die Bewertung der Auswirkungen von Pflanzenschutzmitteln auf den terrestrischen Bereich des Naturhaushaltes | UBA, FKZ 200 63 403
Project report

Publications & Presentations

2021
Toschki, A., Daniels, B., Oellers, J., Rumohr, Q., Schäffer, A., Sybertz, A., Roß-Nickoll, M. (2021): Integriertes Monitoring in der Agrarlandschaft - Erfassung der ökologischen Auswirkungen des chemischen Pflanzenschutzes, FKZ 3717644120. Umweltbundesamtes, TEXTE 136/2021, Dessau-Roßlau. ISSN 1862-4804.
Publication
2020
Toschki, A., Hammers-Wirtz, M., Hommen, U., Klein, M., Poßberg, C., Römbke, J., Roß-Nickoll, M., Schäffer, A., Scheffczyk, A., Schmidt, B., Scholz-Starke, B. (2020): Evaluation of the risk for soil organisms under real conditions: Development of a national position for amending downstream legislations of the new EU Plant Protection Products Regulation; Final Report, Project No. (FKZ) 3710 67 410, Report No. EF001129-ENG. Umweltbundesamt, TEXTE 201/2020, 302. ISSN: 1862-4804.
2019
Hammers-Wirtz, M., Classen, S., Deermann, L., Strauss, T. (2019): NANO-Transfer – Transfer kohlenstoffbasierter Nanomaterialien in der aquatischen Umwelt Verbleib, Effekte, Bioakkumulation, Nahrungsnetzübertragung, Schadstofftransport und Einsatz in der Remediation belasteter Gewässer. Teilprojekt Forschungsinstitut gaiac – Mesokosmosstudie. Abschlussbericht. BMBF-Projekt gefördert im Rahmen von ERA-Net SIINN. FKZ 03XP0061C.
2019
Jia, Y., Chen, Q., Crawford, S.E., Song, L., Chen, W., Hammers-Wirtz, M., Strauss, T., Seiler, T.-B., Schäffer, A., Hollert, H. (2019): Cyanobacterial blooms act as sink and source of endocrine disruptors in the third largest freshwater lake in China. Environmental Pollution 245:408-418.
Publication
2019
Gergs, A., Classen, S., Ladermann, K., Strauss, T., Hammers-Wirtz, M. (2018): The STREAMcom model – Simulating chemical effects on stream macroinvertebrate communities. Poster presentation at SETAC Europe 13th Special Science Symposium, Brussels, Belgium, October 2018.
Poster
2018
Hammers-Wirtz, M., Oellers, J., Fürste, A., Miller, S., Peeters, S., Willius, N., Toschki, A. (2018): Nanomobil: Synthetische Silber-Nanopartikel im System Boden-Grundwasser - Mobilität, Wirkungen auf die Lebensgemeinschaft und Wechselwirkung zwischen Hydro-, Pedo- und Biosphäre. Teilprojekt D: Biosphäre. Abschlussbericht, BMBF-Projekt, FKZ 03X0151D.
2018
Gergs, A., Classen, S., Palmqvist, A., Rakel, K., Strauss, T., Zuleger, W., Hammers-Wirtz, M. (2018): Modelling approaches for a scenario based assessment of chemically induced impacts on aquatic macroinvertebrate communities (MACROMOD). Final Report. Project LRI-ECO28 funded by CEFIC – The European Chemical Industry Council.
2018
Toschki, A., Hammers-Wirtz, M., Scholz-Starke, B, Roß-Nickoll, M. (2018): Assess­ment of pesticides on a landscape level - What is basically needed? Platform presentation, 28th SETAC-Europe Annual Meeting, 13-17 May 2018. Rome, Italy.
Presentation
2018
Brückner, I., Klaer, K., Schiwy, S., Kirchner, K., Hammers-Wirtz, M., Müller, Y., Shuliakevich, A., Classen, S., Stepkes, H., Grunau, T., Dolny, R., Gebhardt, W., Gschwendtner, R., Montag, D., Könemann, S., Wendt, L., Hollert, H., Agler-Rosenbaum, M., Reichert, J., Pinnekamp, J., (2018): Abschlussbericht der Phase 1 des Forschungsvorhabens De-monstrationsvorhaben Ozonung des Abwassers auf der Kläranlage Aachen-Soers (DemO3AC). Gerichtet an das MULNV NRW. Düren, 2018.
2018
Hammers-Wirtz, M., Strauss, T., Toschki, A. (2018): Added value of community appro­a­ches in environmental risk assessment. Poster presentation, 28th SETAC-Europe Annual Meeting 13-17 May 2018. Rome, Italy.
Poster
2018
Strauss, T., Classen, S., Knautz, T., Hammers-Wirtz, M. (2018): Investigating the Trojan horse effect of nanoparticles on an aquatic community – An outdoor mesocosm study. Poster presentation, 28th SETAC-Europe Annual Meeting 13-17 May 2018. Rome, Italy.
Poster
2017
Toschki, A., Oellers, J., Willius, N., Hammers-Wirtz, M. (2017): A new screening approach for testing natural soil communities in the laboratory. Poster presentation, 27th SETAC- Europe Annual Meeting 07-11 May 2017, Brussels, Belgium.
Poster
2017
Hammers-Wirtz, M., Oellers, J., Fürste, A., Miller, S., Peeters, S., Willius, N., Toschki, A. (2017): Investigating effects of silver nanoparticles on the soil community – An outdoor TME study. Poster presentation, 27th SETAC- Europe Annual Meeting, 07-11 May 2017, Brussels, Belgium.
Poster
2016
Gergs, A., Classen, S., Strauss, T., Ottermanns, R., Brock, T.C.M., Ratte, H.T., Hommen, U., Preuss, T.G. (2016): Ecological recovery potential of freshwater organisms: Consequences for environmental risk assessment of chemicals. Reviews of Environmental. Contamination and Toxicology 236:259-294.
Publication
2014
Kubiak, R., Hommen, U., Bach, M., Classen, S., Gergs, A., Golla, B., Guerniche, D., Klein, M., Krumpe, J., Preuss, T.G., Ratte, H.T., Roß-Nickoll, M., Schäfers, C., Strauss, T., Toschki, A., Trapp, M. (2014): Georeferenced Probabilistic Risk Assessment of Pesticides – Further Advances in Assessing the Risk to Aquatic Ecosystems by Spray Drift from Permanent Crops. UBA Texte 05/2014. Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau, Germany, ISSN 1862-4804, 477p.
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