An- und Abreicherung von Schwermetallen in derRhizosphäre und deren Entzug durch landwirtschaftliche Kulturpflanzen unter besonderer Berücksichtigung der Aspekte einer Phytosanierung

Abstract

In Klimakammer- und Gewächshausversuchen wurde mit Rhizoboxen bzw. Pflanzgefäßen das Verhalten von Cd, Cu, Pb und Zn in der Rhizosphäre von Feldsalat, Spinat, Weizen, Sonnenblume, Salat und Senf untersucht. Ziel der Untersuchungen war es, Ab- und Anreicherungsprozesse von SM in der Rhizosphäre zu erfassen und Erklärungen für die variablen Rhizosphärenprofile der SM zu finden. Dabei zeigte sich, dass die H₂O-extrahierbare bzw. Citronensäure-extrahierbare Cd-, Pb- und Zn-Fraktion häufig in der Rhizosphäre verarmt wurde, während bei Cu typischerweise Anreicherungen beobachtet wurden. Anders verhielt es sich bei der mittels NH₄NO₃-Extraktion charakterisierten mobilen SM-Fraktion. Hier konnte eine Anreicherung für alle untersuchten SM im wurzelnahen Boden nachgewiesen werden. Einzig bei Weizen wurde auch bei dieser Extraktion für Zn eine Abreicherung gefunden. Diese Variabilität in der Profilausbildung ist vermutlich auf die unterschiedliche Nährstoffaufnahme bei Monokotylen und Dikotylen zurückzuführen. <br /> H₂O- und Citronensäure-Extraktion unterschätzen dabei häufig den pflanzlichen Entzug, während mit der NH₄NO₃-Extraktion der Entzug gewöhnlich überschätzt wird. Für Cd, Cu und Pb scheint die Nachlieferung bei Verarmung der wasserextrahierbaren Fraktion aus der mobilen Fraktion zu kommen. Es gibt Hinweise, dass die organisch gebundene Fraktion bei Cu und Pb ebenfalls an einer Nachlieferung beteiligt ist. Für Zn scheinen die lösliche und die mobile Fraktion meist nicht ausreichend für die pflanzliche Ernährung. Hier kommt es zu einer Nachlieferung aus entweder der in Mn-Oxiden okkludierten Fraktion oder ebenfalls aus der organisch gebundenen Fraktion. Lösliche Zn-Organo-Komplexe sind für dikotyle Pflanzen als nicht verfügbar anzusehen. <br /> Die Düngungsstrategie ist in besonderem Maße geeignet, einen Einfluss auf die Bioverfügbarkeit der SM auszuüben. Im Vergleich zu einer ungedüngten Variante werden die löslichen und mobilen SM-Gehalte - mit Ausnahme des Cu - vermutlich durch Phosphat beeinflusst. <br /> Eine 6 mmolare EDTA-Gabe resultierte bei Feldsalat in einer Hyperakkumulation von Cd.

<strong>Accumulation and depletion of heavy metals in the rhizosphere and their removal by agricultural crops with particular regard to the aspects of phytoremediation</strong><br /> In growth chamber and greenhouse experiments the attitude of Cd, Cu, Pb and Zn in the rhizosphere of lettuce, spinach, wheat, sunflower and Indian mustard was explored using different techniques to collect rhizosphere soil. The aim of the study was to conceive accumulation and depletion processes of heavy metals in the rhizosphere and to decide an explication for the wide variability of rhizosphere profiles. It was shown, that commonly the H₂O- and citric acid-extractable fractions of Cd, Pb and Zn were depleted in the rhizosphere, whereas for Cu typically accumulations were observed. The results of the NH₄NO₃-extraction, characterizing the mobile heavy metal-fraction, were reciprocally. Except for Zn, which was depleted in the rhizosphere of wheat for all other tested heavy metals an accumulation in the soil close to the roots was observed. This seems to be linked with the varying nutrient acquisition strategy of monocotyledonous and dicotyledonous plants. <br /> The extraction with H₂O and citric acid, respectively, often underestimate the plant removal, whilst the NH₄NO₃-extraction commonly overestimates the removal of heavy metals. After depletion of the H₂O-extractable fraction of Cd, Cu and Pb there seems to be an additional delivery from the mobile fraction. There is evidence that the organic bound fractions of Cu and Pb were also involved in the additional delivery. The soluble and mobile fraction of Zn do often not cover the demand of the plant. The additional delivery appears to be derived either from the fraction occluded in Mn-Oxides or also from the organic bound fraction. Soluble Zn-organic complexes seem to be not available to dicotyledonous plants. <br /> The fertilization strategy is notably applicable to influence the bioavailability of heavy metals in soils. As compared with an unfertilized treatment the impairment of the soluble and mobile heavy metal content - except for Cu - in soils is presumably influenced by phosphate. <br /> The application of 6 mM EDTA resulted in a hyperaccumulation of Cd by lettuce.