Die Wirkung anorganischer Bor-Verbindungen auf Mokroorganismen: Eine Literaturauswertung zum möglichen Einsatz als Referenzmittel in mikrobiologisch-ökotoxikologischen Bodenuntersuchungen
Mikrobiologisch-ökotoxikologische Tests von Pflanzenschutzmitteln und anderen Umweltchemikalien im Boden erhalten durch die Einbeziehung eines geeigneten Referenzmittels zusätzliche Aussagekraft. Da hierfür in einigen zoologischen Tests bereits Borsäure empfohlen wird, aber bisher noch keine zielgerichteten mikrobiologischen Untersuchungen vorliegen, wurde eine Sichtung der vorhandenen Literatur über den Bor-Einfluss durchgeführt. Bor gilt als essentielles Nährelement für höhere Pflanzen, aber offensichtlich kaum für Mikroorganismen und Tiere. Es kommt im Boden bereits natürlicherweise mit durchschnittlich 5 bis 100 mg/kg vor, doch kann diese Konzentration z.B. durch anthropogene Einträge ansteigen sowie durch Auswaschung und Pflanzenentzug abnehmen. Lösliches Bor kommt im Boden vorwiegend als Borsäure vor. Oberhalb von pH 6,3 wird die Bioverfügbarkeit von Borsäure durch Adsorption an Bodenbestandteile verringert. Anorganische Bor-Verbindungen werden bereits verbreitet in Industrie, Haushalt und der Landwirtschaft eingesetzt und gelten daher toxikologisch als recht gut untersucht. Die Literatursichtung ergab eine sehr heterogene Verteilung hinsichtlich des Bor-Einflusses auf die im Boden erfassten mikrobiologischen Messgrößen. Mikrobielle Populationen wurden zwar relativ häufig, oft aber nur in älteren Arbeiten untersucht. Neuere Angaben zu Bor-Einflüssen auf die mikrobielle Biomasse, Diversität und verschiedene Aktivitäten (z.B. Bodenatmung, N-Mineralisierung, Nitrifikation) sind dagegen spärlich. Als gut untersucht kann jedoch die symbiontische Stickstoffbindung gelten, wobei hier vor allem der Bor-Einfluss auf die Kulturpflanzen im Vordergrund stand. Wie die gesichteten Ergebnisse zeigen, können Dosierungen von Bor oder Borsäure, wie sie bereits natürlich vorkommen oder in neueren Collembolen-Tests empfohlen werden, durchaus bereits mikrobielle Populationen oder mikrobielle Aktivitäten beeinflussen. Je nach Dosierung und mikrobiellem Testparameter können dabei sowohl Stimulationen als auch – besonders mit steigender Dosierung – Hemmeffekte auftreten. Leider fehlen in vielen derartigen Untersuchungen Angaben zur Dosis-Wirkungs-Beziehung von Bor, so dass eine fundierte Aussage nur schwierig erfolgen kann. Wegen seiner relativ geringen Toxizität, der guten Handhabbarkeit im Labor sowie der wenigstens in einigen Versuchen festgestellten Dosis-Wirkungs-Beziehung gegenüber mikrobiellen Parametern sollte eine Verwendung von Borsäure als Referenzmittel geprüft werden. Hierfür wird empfohlen, zunächst anhand von ausführlichen (Ring-)Versuchen unter Laborbedingungen die Dosis-Wirkungs-Beziehung von Borsäure (oder alternativ von Boraten) gegenüber wichtigen mikrobiellen Parametern im Boden wie z.B. Biomasse, Diversität, Basal- und Substrat-induzierter Atmung, N-Mineralisierung und Nitrifikation, asymbiontischer N-Bindung und verschiedenen Enzymaktivitäten zu testen. Ökotoxikologische Routineversuche im Freiland oder mit Pflanzen sowie der Einsatz als Referenzmittel sollten allerdings erst nach Vorliegen entsprechender Erfahrungen folgen.
The significance of microbiological-ecotoxicological tests of pesticides and other pollutants in soils may be improved by including of a suitable reference substance. At present boric acid is already recommended in some zoological tests, but not in microbiological ones. Because no purposeful investigations in this field are available at the time, the following review on the effects of inorganic boron compounds on soil microorganisms should help to decide on the usefulness of boric acid. Boron is known as an essential nutrient for plants, but obviously not for microorganisms and animals. In soils average concentrations of 5–100 mg B/kg are naturally occurring. By anthropogenic additions the soil concentrations of boron can even be increased, whereas leaching or plant uptake may reduce these amounts. In soil the soluble boron mostly occurs as boric acid. Above pH 6.3 the bioavailability of boric acid is decreased by adsorption on soil particles. Inorganic boron compounds are worldwide used in industry, households and agriculture and, therefore, many toxicological investigations exist. The present review shows a very heterogenic distribution of the available publications on the effects of boron on microbial parameters in soil. Relatively often several microbial populations have been investigated, but many of these publications are many years old. Newer results of boron effects on microbial biomass, diversity and several activities (e.g. soil respiration, N mineralization, nitrification) are seldom. Effects on symbiotic nitrogen fixation, however, have often been investigated, but in most cases the crop plant was the target. As the reviewed publications show, even those concentrations of boron or boric acid naturally occurring in soil or recommended for collembola tests may influence microbial populations or their activities. Depending on dosage and the microbial parameters stimulations and – especially with increasing boron amounts – inhibitions may occur. But often a sound interpretation may be difficult because dose-effect-relations are lacking. Nevertheless the usage of boric acid as a reference compound in microbiological-ecotoxicological tests should be in consideration because of its low toxicity and good manageability in the laboratory and even of some results demonstrating a dose-effect-relationship with some microbial parameters. But before its usage in routine tests it is recommended to further investigate by (ring-) tests under laboratory conditions the dose-effect-relationship between boric acid (or alternatively borates) and important microbial parameters in soil (e.g. biomass, diversity, basal and substrate-induced respiration, N mineralization, nitrification, asymbiotic N2 fixation, several enzymatic activities). Before using boric acid in field trials – especially when plants are included – or as a reference compound further research is necessary, too.
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