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Christian Scherer

• Das Vorkommen von Kunststoffmaterialien <5 mm, sogenanntem Mikroplastik (MP), in marinen Ökosystemen wurde bereits eingehend untersucht. Im Gegensatz dazu existieren erhebliche Wissenslücken hinsichtlich der Abundanz und der Auswirkung von MP in limnischen Ökosystemen. Vor diesem Hintergrund steht das Umweltvorkommen, mögliche Eintragspfade und die Auswirkungen von MP auf aquatische Invertebraten im Fokus dieser Arbeit. Zur Bestimmung der MP-Abundanz in Fließgewässern sind Sedimente der Elbe untersucht worden. Hierfür wurde zunächst eine Methode zur Extraktion und Identifizierung von MP aus Umweltproben entwickelt, optimiert und validiert. In der anschließenden Analyse konnten in elf Probenahmestellen 55–17400 MP kg-1 in den Sedimenten nachgewiesen werden. Der Einfluss der Gezeitenströmung wurde anhand der abnehmenden MP-Abundanz in der Tideelbe deutlich. Insgesamt weisen die Ergebnisse darauf hin, dass Sedimente von Fließgewässern eine Senke für MP darstellen. Für die Evaluation von Eintragspfaden von MP in Oberflächengewässer wurden die Einleiter von fünf Kläranlagen beprobt und 240–897 MP m-3 in den Einleitern detektiert. Die Detailuntersuchung einer Kläranlage zeigte, dass >99% der MP-Fracht im Verlauf der Abwasseraufbereitung entfernt wird. Hierbei erfolgte die Hauptentfernung bereits in der Vorklärung. Somit stellen Kläranlagen effektive Barrieren für den Eintrag von MP dar. Insgesamt wird ersichtlich, dass die getesteten Arten C. riparius und G. pulex relativ insensitiv gegenüber einer MP-Exposition sind. So konnten bei G. pulex keine und bei C. riparius erst bei sehr hohen MP-Konzentrationen adverse Effekte detektiert werden. Hierbei ist die Autökologie der Spezies eine mögliche Erklärung für die Toleranz gegenüber partikulären Stressoren. Auf Basis dieser Daten sowie der ermittelten MPAbundanz kann das Umweltrisiko von MP in limnischen Ökosystemen vorläufig als gering eingeschätzt werden. Hierbei gilt es jedoch zu beachten, dass eine abschließende Bewertung aufgrund der nach wie vor existierenden Unsicherheiten nicht möglich ist. Diese Unsicherheiten betreffen die Umweltkonzentration von MP <80 μm, das Verhaltensowie das Wirkpotential dieser heterogenen und dynamischen Stressorenklasse in umweltrelevanten Szenarien.
• While a large body of knowledge on the presence and effects of plastic materials <5 mm, so-called microplastics (MP), in marine systems is available, their abundance, fate and effects in freshwater systems are far less understood. Thus, this work aimed at generating relevant data for a better understanding of MP as an emerging contaminant in freshwater ecosystems. In order to quantify the abundance of MP in freshwater systems, we analysed sediment samples from the German river Elbe. For that, we developed, optimized and validated a method to extract MP from environmental matrices. We found heterogeneous and location-dependent MP concentrations ranging from 55 to 17,400 MP kg-1 sediment. Decreasing MP concentrations along the course of the river are caused by tidal currents in the more estuarine parts of the river. Overall, the results demonstrate that freshwater sediments are a sink for MP. Wastewater treatment plants (WWTP) represent important entry routes for MP to the aquatic environment. Therefore, we investigated the MP concentrations in the effluents of five WWTPs and detected 240–897 MP m-3. The detailed investigation of one large WWTP revealed a removal efficiency of >99%. Here, the primary treatment already reduced the MP load by 92%. Thus, WWTPs are effective barriers for MP. In summary, our results indicate that G. pulex and C. riparius are very tolerant to an exposure to MP. Adverse effects in chironomids were only pronounced at MP concentrations much higher than currently observed in the aquatic environment. Here, the autecology of the benthic species may explain their low sensitivity towards fine particulate matter. Overall, data from the field and laboratory studies imply that MP currently represents a low risk for freshwater ecosystems. However, this is associated with considerable uncertainty, e.g., regarding the environmental levels of MP <80 μm, the fate and toxicity of MP as a dynamic and highly heterogeneous group of stressors in environmentally relevant scenarios.