Schwermetallaufnahme verschiedener Pflanzenarten

Möglichkeiten zur Reduzierung der Schwermetallbelastung von Nahrungs- und Futterpflanzen und zur Phytoextraktion schwermetallbelasteter Böden

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Die Schwermetallsanierung von Böden durch den Anbau von Pflanzen mit hohen Schwermetallentzügen und deren Ernte erscheint als boden- und damit ressourcenschonende Maßnahme interessant. Diese Vorgehensweise nutzt die Fähigkeit von Pflanzen, neben Wasser und Nährstoffen auch Schwermetalle über die Wurzeln aufzunehmen und im Spross zu akkumulieren.
Eines der Ziele dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob in überschaubaren Zeiträumen von 20 bis 50 Jahren eine nennenswerte Reduzierung des Bodengehaltes an Thallium (Tl), Cadmium (Cd) oder Zink (Zn) erreicht werden kann.
Von den untersuchten Brassicaceen wiesen nur Sommerraps und Grünkohl ausreichend hohe Tl-Entzüge auf, um eine Dekontamination von Tl-belasteten Flächen in überschaubaren Zeiträumen zu realisieren. In der Fruchtfolge erzielte Sommerraps nach Brache deutlich höhere Tl-Entzüge als Sommerraps nach Vorfrucht Sommerraps. Möglicherweise deutet sich hier bereits eine Verarmung der leicht verfügbaren Tl-Fraktion im Boden durch den nacheinanderfolgenden Anbau von Sommerraps an. Durch den aufeinanderfolgenden Anbau von Sommerraps und Grünkohl in einer Vegetationsperiode wurden insgesamt deutliche größere Mengen an Thallium dem Boden entzogen, als beim Anbau nur einer Pflanzenart in der Vegetationsperiode.
Durch die Kreuzung von Maislinien, die sich durch eine besonders hohe Cd-Aufnahme auszeichnen, könnten Maishybriden mit hohen Cd-Entzügen gezüchtet werden. Die Entzüge der Kreuzungen waren allerdings hauptsächlich aufgrund der höheren Trockensubstanzerträge angestiegen, während sich die Cd-Konzentrationen der Hybriden nicht wesentlich von denen der Linien unterschieden. Die Hybriden entzogen jedoch zu wenig Cd, um Cd-belastete Flächen innerhalb überschaubarer Zeiträume von ca. 20 bis 50 Jahren zu dekontaminieren.
Für Zn ergibt sich ein ähnliches Bild. Nur aufgrund der höheren Trockensubstanzerträge zeigten die Hybriden höhere Zn-Entzüge als die Linien; die Zn-Konzentrationen der Hybriden waren mit einer Ausnahme in beiden Versuchsjahren geringer als die der Linien. Insgesamt waren jedoch die Entzüge wie bei Cd für die Durchführung einer Biodekontamination zu gering. Durch die Ernte der schwermetallreichen Wurzeln konnten die Schwermetallentzüge zum Teil deutlich gesteigert werden. Aufgrund der insgesamt für eine Biodekontamination zu geringen Schwermetallentzüge hat diese Steigerungsmöglichkeit jedoch keine Bedeutung.
Durch die Einarbeitung der Zwischenfruchtgrünmasse konnte eine Erhöhung der Zn-Entzüge von Mais festgestellt werden. Ferner zeigen die Ergebnisse, dass durch die Abfuhr der Zwischenfruchtgrünmasse höhere Entzüge erreicht werden können als durch die Einarbeitung der Zwischenfrucht. Trotz dieser Erhöhung der Zn-Entzüge durch die Fruchtfolgegestaltung sind jedoch die Entzüge insgesamt zu gering, um Zn-belastete Flächen innerhalb überschaubarer Zeiträume (20 bis 50 Jahre) zu dekontaminieren.
Die Cd- und Zn-Entzüge durch Theosinte, Sachalinknöterich, drei Mais-”Low-Input”-Sorten und Topinambur waren so gering, dass sie zur Dekontamination von Cd- und Zn-belasteten Flächen nicht eingesetzt werden können. Die Versuchsergebnisse zeigen deutlich, dass die Dekontamination von Cd- und Zn-belasteten Flächen durch die hier untersuchten Maishybriden nicht in überschaubaren Zeiträumen gewährleistet werden. Auch die durchaus vorhandene Erhöhung der Schwermetallentzüge durch die Ernte der Wurzeln bzw. durch den Anbau von schwermetallmobilisierenden Zwischenfrüchten können die Entzüge nicht derart gesteigert werden, dass die Cd- bzw. Zn-Konzentrationen im Boden mittelfristig deutlich abgesenkt werden können. Durch die anderen, hier untersuchten Pflanzenarten mit hoher Biomasseproduktion werden ebenfalls für eine mittelfristige Dekontamination nicht ausreichende Cd- bzw. Zn-Entzüge erreicht.
Weiterhin sollte die Arbeit Hinweise geben, wie die Tl-Belastung in Nahrungs- und Futterpflanzen reduziert werden kann. Folgende Empfehlungen für den Anbau von Nahrungs- und Futterpflanzen auf Tl-belasteten Flächen werden aufgrund der vorliegenden Ergebnisse gemacht:
Für die Nahrungspflanzen Grünkohl und Weißkohl sind die bestehenden Prüf- bzw. Belastungswerte als zu hoch einzustufen. Zur Vermeidung der Belastung der Nahrungskette sollte der Anbau dieser Pflanzenarten auf Flächen mit einer Tl-Belastung von mehr als 20 µg Tl kg-1 Boden unterbleiben.
Für die übrigen in dieser Untersuchung angebauten Nahrungspflanzen sind die bestehenden Anbaubeschränkungen als ausreichend einzustufen bzw. könnten für nicht zur Familie der Brassicaceen gehörende Pflanzenarten eventuell sogar aufgehoben werden. Für Futterpflanzen, insbesondere die zur Familie der Brassicaceen gehörenden, erscheinen die bestehenden Prüf- bzw. Belastungswerte insofern als zu hoch, als bei praxisüblicher Futterwerbung zusätzlich zur Tl-Konzentration in den Pflanzen mit Bodenverschmutzungen des Erntegutes gerechnet werden muss. Zusätzlich sollte die Festsetzung eines Futtermittelgrenzwertes für Tl erfolgen.
Ein Nährlösungsversuch mit radioaktiv markiertem Tl zeigte, dass die im Vergleich zu Weißkohl wesentlich höheren Tl-Gehalte von Grünkohl hauptsächlich auf die um ca. Faktor 30 höhere Aufnahmerate zurückzuführen ist.
Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass durch die Auswahl von bestimmten Pflanzenarten und Sorten die Schwermetallbelastung in der Nahrungskette reduziert werden kann.