Fungicides and human antimicrobials play a crucial role in controlling diseases in agriculture and medicine but are often assessed as individual chemicals, ignoring real-world pollutant mixtures. This study examines their effects, alone and in combination with other pollutants, on soil microbes and functions.
We first assessed the growth responses of 31 fungal species from a nature-protected grassland area in Brandenburg, Germany to two fungicides with different modes of action. The study highlights the risk posed to soil fungi by fungicide contamination of non-target areas, particularly those neighboring croplands. The sensitivity of fungi co-occurring in the same soil varied significantly at the phylum level, with Basidiomycota being the most affected. Contrary to expectations, slow-growing fungi were not more tolerant to fungicides; rather, phylogenetic relationships better explained species-specific responses.
From this core set of fungi, we selected representative species belonging to three major phyla (Ascomycota, Mucoromycota and Basidiomycota). We examined how common fungicide application strategies aimed at delaying fungicide resistance influenced soil functions under varying fungal diversity. The study shows that repeated applications of individual fungicides had distinct inhibitory effects, but the strongest negative impact was observed when both fungicides were simultaneously applied. This emphasizes the negative side effects of the established and recommended practice to combat pathogen resistance. Contrary to our expectation, higher fungal diversity did not significantly enhance soil function under fungicide stress, suggesting that diversity alone offers limited support in maintaining soil processes.
We also explored the combined effects of pharmaceuticals used during the COVID-19 pandemic and microplastics from FFP2 masks on soil processes. We incorporated null models to analyze potential interactions among these pollutants. We found that combined treatments had a more pronounced impact on soil respiration and Fluorescein Diacetate (FDA) hydrolysis compared to the individual treatments. Pharmaceutical-microplastic mixtures intensified negative effects, highlighting the potential risks of pandemic-related waste. Moreover, elevated concentrations of pharmaceuticals in soil may intensify interactions, whether synergistic or antagonistic. Our findings emphasize the complex interactions between antimicrobials and other environmental pollutants, demonstrating that their combined effects can be more severe than those of individual compounds. This research underscores the need for holistic environmental risk assessments, aligning with the One Health approach.
Fungizide und antimikrobielle Mittel für den Menschen spielen eine entscheidende Rolle bei der Bekämpfung von Krankheiten in der Landwirtschaft und der Medizin, werden jedoch häufig als einzelne Chemikalien bewertet, wobei reale Schadstoffgemische außer Acht gelassen werden. In dieser Studie werden ihre Auswirkungen auf die Bodenmikroben und -funktionen untersucht, sowohl allein als auch in Kombination mit anderen Schadstoffen. Zunächst wurden die Wachstumsreaktionen von 31 Pilzarten aus einem Naturschutzgebiet in Brandenburg, Deutschland, auf zwei Fungizide mit unterschiedlichen Wirkmechanismen untersucht. Die Studie verdeutlicht das Risiko, das für Bodenpilze durch die Fungizidkontamination von Nicht-Zielgebieten, insbesondere von angrenzenden Ackerflächen, besteht. Die Empfindlichkeit von Pilzen, die im selben Boden vorkommen, variierte auf Phylum-Ebene erheblich, wobei die Basidiomycota am stärksten betroffen waren. Entgegen den Erwartungen waren langsam wachsende Pilze nicht toleranter gegenüber Fungiziden; vielmehr erklärten phylogenetische Beziehungen die artspezifischen Reaktionen besser. Aus dieser Kerngruppe von Pilzen wählten wir repräsentative Arten aus, die zu drei großen Phyla gehören (Ascomycota, Mucoromycota und Basidiomycota). Wir untersuchten, wie gängige Fungizidanwendungsstrategien, die darauf abzielen, die Fungizidresistenz zu verzögern, die Bodenfunktionen bei unterschiedlicher Pilzvielfalt beeinflussen. Die Studie zeigt, dass wiederholte Anwendungen einzelner Fungizide unterschiedliche hemmende Wirkungen hatten, wobei die stärkste negative Auswirkung beobachtet wurde, wenn beide Fungizide gleichzeitig angewendet wurden. Dies unterstreicht die negativen Nebeneffekte der etablierten und empfohlenen Praxis zur Bekämpfung von Pathogenresistenzen. Entgegen unserer Erwartung verbesserte eine höhere Pilzvielfalt die Bodenfunktion unter Fungizidstress nicht signifikant, was darauf hindeutet, dass die Vielfalt allein nur begrenzt zur Aufrechterhaltung der Bodenprozesse beiträgt. Wir untersuchten auch die kombinierten Auswirkungen von Arzneimitteln, die während der COVID-19-Pandemie verwendet wurden, und von Mikroplastik aus FFP2-Masken auf Bodenprozesse. Wir verwendeten Nullmodelle, um mögliche Wechselwirkungen zwischen diesen Schadstoffen zu analysieren. Wir fanden heraus, dass die kombinierten Behandlungen einen stärkeren Einfluss auf die Bodenatmung und die Hydrolyse von Fluoresceindiacetat (FDA) hatten als die Einzelbehandlungen. Mischungen aus Arzneimitteln und Mikroplastik verstärkten die negativen Auswirkungen, was die potenziellen Risiken von Abfällen im Zusammenhang mit Pandemien verdeutlicht. Darüber hinaus können erhöhte Konzentrationen von Arzneimitteln im Boden die Wechselwirkungen verstärken, unabhängig davon, ob sie synergistisch oder antagonistisch sind. Unsere Ergebnisse unterstreichen die komplexen Wechselwirkungen zwischen antimikrobiellen Mitteln und anderen Umweltschadstoffen und zeigen, dass ihre kombinierten Auswirkungen schwerwiegender sein können als die der einzelnen Verbindungen. Diese Forschung unterstreicht die Notwendigkeit ganzheitlicher Umweltrisikobewertungen, die sich am One-Health-Ansatz orientieren.
