Diese Arbeit trägt zur Effizienzsteigerung von Phytoextraktionsstrategien und Entwicklung von Möglichkeiten für eine sichere bodenbezogene Klärschlammverwertung bei. Konkret wird in dieser Arbeit die Akkumulation von Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Co, As und Cr im Spross von vier verschiedenen Arten (A. murale, F. esculentum, C. tinctorius und L. albus) in Abhängigkeit des verwendeten Substrates (reiner Boden, Boden+Gärrest, Boden+Klärschlamm oder reiner Klärschlamm) und der Anbauform (Reinkultur oder Mischkultur mit L. albus) untersucht. Es werden Faktoren und Prozesse, die während einer Phytoextraktion im Boden und in Pflanzen bedeutend sind, dargestellt und die Hintergründe des Experimentaufbaus näher hergeleitet. Zunächst wird der konkrete Aufbau des zugrundeliegenden Versuches dieser Arbeit und die verwendeten Methoden näher aufgeführt. Anschließend werden die gewonnenen Ergebnisse vorgestellt und im Rahmen des aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstandes diskutiert.
Seit der industriellen Revolution ist die Nachfrage nach Elementen, wie zum Beispiel Ni, Pb, Zn, Cd, Cu, As, Cr oder Co zur Herstellung industrieller Produkte, stark gestiegen. Beträchtliche Mengen dieser Elemente geraten bei deren Gewinnung und Verwertung in die Umwelt oder ins Abwasser und folglich auch in den daraus anfallenden Klärschlamm. Um den Eintrag von diesen potentiell toxischen Elementen in die Umwelt zu minimieren, wird ein Großteil des in Deutschland anfallenden Klärschlammes thermisch verwertet und die anfallende Asche hauptsächlich deponiert. Die enthaltenen Pflanzennährstoffe wie Phosphat, wenn sie nicht vorher chemisch aus dem Klärschlamm oder der Asche zurückgewonnen wurden, werden so dem Nährstoffkreislauf kurz- und mittelfristig entzogen und die humusbildende Organik gänzlich zerstört. In Anbetracht der möglichen C-Sequestrierung und damit klimaschützenden Wirkung durch den Aufbau von Humus und der Endlichkeit von Phosphatreserven ist die Suche nach einer sicheren bodenbezogenen Klärschlammverwertung lohnend.
Eine nicht-invasive und kostengünstige Möglichkeit zum Management PTE-belasteter Flächen stellt die Phytoextraktion dar. Dabei werden Pflanzen auf kontaminierten Boden angebaut. Diese nehmen potentiell toxische Elemente in ihre Wurzeln auf und verlagern sie anschließend in oberirdische Organe. Mit der Abfuhr der oberirdischen Biomasse ergibt sich so die Möglichkeit potentiell toxische Elemente aus dem Boden zu extrahieren.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Vom Boden in den Spross - Der Weg potentiell toxischer Elemente während der Phytoextraktion
- Potentiell toxische Elemente in Böden
- Geochemie potentiell toxischer Elemente.
- Rhizosphäreneffekte.........
- Potentiell toxische Elemente in Pflanzen
- Die Aufnahme in Pflanzen
- Toxizität und Detoxifikationsmechanismen
- Wurzel-Spross-Translokation
- Unterschiede im Akkumulationsverhalten verschiedener Arten.
- Zielstellung dieser Arbeit
- Material und Methoden
- Versuchsaufbau
- Untersuchung der Substrate.
- Bestimmung des Trockensubstanz- und Organikgehaltes ......
- Bestimmung von elektrischer Leitfähigkeit und pH-Wert........
- Bestimmung der effektiven Kationenaustauschkapazität.......
- Photometrische Bestimmung des Phosphat-, Ammonium- und Nitratgehaltes .....
- Bestimmung der Gesamtelementkonzentration
- Schmelzaufschluss.......
- Mikrowellenaufschluss.
- sequenzielle Extraktion..\li>
- Untersuchung des Pflanzenmaterials
- Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma.
- Statistische Auswertung.
- Ergebnisse
- Akkumulation von PTE im Spross der verschiedenen Arten in Abhängigkeit verwendeter Bodenadditiva
- Artunterschiede im Akkumulationsverhalten
- Artunterschiede auf reinem Boden
- Artunterschiede auf Boden mit Gärrest.
- Artunterschiede auf Boden mit Klärschlamm
- Wirkung der Bodenadditiva auf das Akkumulationsverhalten.
- Wirkung des Gärrestes.......
- Wirkung des Klärschlammes
- Einfluss der Mischkultivierung mit L. albus auf die Akkumulation von PTE im Spross von Mischkulturpartnern
- Ernährungsstatus von L. albus.
- Einfluss auf F. esculentum.
- Einfluss auf C. tinctorius.
- Diskussion
- PTE-Akkumulation der verschiedenen Arten in Abhängigkeit von den verwendeten Bodenadditiva
- Artunterschiede im Akkumulationsverhalten
- Artunterschiede auf reinem Boden.
- Artunterschiede auf Boden mit Gärrest..
- Artunterschiede auf Boden mit Klärschlamm
- Wirkung der Bodenadditiva
- Wirkung des Gärrestes......
- Wirkung des Klärschlammes.
- Einfluss der Mischkultivierung mit L. albus auf die Akkumulation von PTE im Spross von Mischkulturpartnern
- Ernährungsstatus von L. albus.
- Mischkultur mit F. esculentum
- Mischkultur mit C. tinctorius...
- Ausblick......
- Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, die Aufnahme und Anreicherung potentiell toxischer Elemente (PTE) in verschiedenen Pflanzenspezies zu untersuchen, um das Potenzial der Phytoextraktion für die Sanierung PTE-belasteter Böden zu bewerten. Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung der Auswirkungen von Bodenadditiva (Klärschlamm und Gärrest) und der Anbauform (Reinkultur und Mischkultur) auf die Akkumulation von PTE in den Pflanzen.
- Bewertung des Akkumulationsverhaltens verschiedener Pflanzenarten gegenüber verschiedenen PTE.
- Analyse der Auswirkungen von Klärschlamm und Gärrest auf die Aufnahme und Anreicherung von PTE in Pflanzen.
- Untersuchung des Einflusses der Mischkultur auf die Akkumulation von PTE in den Pflanzen.
- Evaluation der Potenziale und Grenzen der Phytoextraktion für die Sanierung PTE-belasteter Böden.
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung führt in die Thematik der potentiell toxischen Elemente (PTE) und ihre Bedeutung für die Umwelt ein. Dabei wird der Weg der PTE vom Boden in die Pflanze, die Aufnahme und Anreicherung in Pflanzen und die Rolle der Phytoextraktion zur Sanierung kontaminierter Böden erläutert. Das Kapitel "Material und Methoden" beschreibt den Versuchsaufbau und die eingesetzten Methoden, um die PTE-Konzentration im Boden und in den Pflanzen zu analysieren. Im Kapitel "Ergebnisse" werden die Ergebnisse der Untersuchung der PTE-Akkumulation in verschiedenen Pflanzenarten in Abhängigkeit von den verwendeten Bodenadditiva und Anbauformen dargestellt. In der Diskussion werden die Ergebnisse im Kontext des aktuellen Forschungsstandes diskutiert, um die Effizienz der Phytoextraktion zur Sanierung PTE-belasteter Böden zu bewerten. Abschließend werden die wichtigsten Ergebnisse zusammengefasst und ein Ausblick auf zukünftige Forschungsbedarfe gegeben.
Schlüsselwörter
Die Arbeit befasst sich mit den Themen Phytoextraktion, potentiell toxische Elemente, Bodenadditiva, Klärschlamm, Gärrest, Reinkultur, Mischkultur, Akkumulation, Pflanzenarten, Nährstoffkreislauf und Umweltbelastung. Die Forschungsarbeit untersucht die Aufnahme und Anreicherung verschiedener PTE in unterschiedlichen Pflanzenarten in Abhängigkeit vom verwendeten Substrat und der Anbauform. Die Ergebnisse sollen die Effizienz der Phytoextraktion zur Sanierung PTE-belasteter Böden und die Nutzung von Sekundärrohstoffen in der Landwirtschaft bewerten.
- Quote paper
- Dominic Schirmer (Author), 2021, Aufnahme und Anreicherung potentiell toxischer Elemente in verschiedenen Pflanzenspezies in Abhängigkeit der Zugabe von Bodenadditiva (Klärschlamm, Gärrest) und der Anbauform, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1172345
