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Einfluß wurzelbürtiger organischer Säuren auf das Cu-, Zn- und Cd-Aneignungsvermögen von Spinatgenotypen

  • Bilanzierungen über die Eintrags- und Austragswege von Schwermetallen in landwirtschaftlich genutzte Flächen deuten darauf hin, daß auch in Zukunft mit einer Erhöhung der Schwermetallbelastung, insbesondere durch die Verwendung von sogenannten Sekundärrohstoffdüngern wie z.B. Klärschlamm, zu rechnen ist. Die Gehalte an Schwermetallen, insbesondere von Cd, sollten aber möglichst gering sein, um Toxizitäten und Ertragseinbußen bei Pflanzen sowie Gesundheitsschäden von Mensch und Tier zu vermeiden. Deshalb ist es notwendig, neben einer Minimierung des Neueintrages von Schwermetallen in landwirtschaftlich genutzte Flächen auch nach Wegen zu suchen, die Schwermetallaufnahme in die Pflanzen zu senken. Da es große Unterschiede in der Schwermetallakkumulation zwischen Pflanzenarten und auch -sorten gibt, sollte es möglich sein, Sorten mit besonders niedriger Schwermetallaufnahme bzw. -akkumulation in den Ernteprodukten zu züchten. Daraus leitet sich die Zielstellung der vorliegenden Arbeit ab, Zusammenhänge zwischen wichtigen Parametern der Nährstoffaufnahme, die auch für die Schwermetalle von Bedeutung sind, und den Schwermetallgehalten in den Pflanzen herzustellen, um so mögliche Wege für eine gezielte Selektion auf niedrige Schwermetallgehalte zu finden. Insbesondere die Rolle von Wurzelexsudaten bei der Mobilisierung und Aufnahme der Schwermetalle Kupfer, Zink und Cadmium soll dabei näher untersucht werden da bekannt ist, daß Pflanzen, insbesondere unter Phosphatmangel, vermehrt organische Säuren über die Wurzeln in den Boden ausscheiden und damit die chemischen Eigenschaften im nahen Bodenraum (Rhizosphäre) meßbar verändern können. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, daß die Mechanismen der Schwermetallmobilisierung und Aufnahme durch Pflanzen sehr komplex sind. Neben physikochemischen Bodeneigenschaften spielen insbesondere morphologische und physiologische Pflanzeneigenschaften eine große Rolle. Die Bodeneigenschaften bilden dabei die Ausgangssituation, wobei neben den Schwermetall-Gesamtgehalten insbesondere der pH-Wert, der Gehalt an organischer Substanz und der Tongehalt, sowie die Bindungsformen der Schwermetalle im Boden über den Anteil der mobilen und pflanzenverfügbaren Fraktion entscheiden. Diese Ausgangssituation wird von den Pflanzen in unterschiedlicher Weise genutzt und beeinflußt. Pflanzen mit großen Wurzelsystemen stehen zu einer größeren Bodenmenge in Kontakt. Die Ergebnisse zeigen, daß es eine positive Beziehung zwischen den Kupfer-, Zink- und Cadmiumgehalten der Sprosse von 11 Spinatsorten und dem Wurzel-Sproß-Verhältnis gibt. Die insbesondere bei P-Mangel beobachtete verstärkte Exsudation von organischen Säuren erhöht die Löslichkeit von Cu, Zn und Cd in der Rhizosphäre bei Spinat deutlich. Wenn auch das WSV offenbar für hohe Schwermetallgehalte in den Spinatsorten eine große Bedeutung hat, so wirkt sich offenbar die genotypisch variierte Säureexsudation und damit veränderte Schwermetallöslichkeit in der Rhizosphäre klar auf die Schwermetallgehalte in den Sprossen aus. Diesen Schluß lassen jedenfalls die Differenzen zwischen den Sorten Monnopa (niedrige Schwermetallgehalte, niedrige Exsudationsraten) und Tabu (hohe Schwermetallgehalte, hohe Exsudationsraten) zu. Betrachtet man die Wirkung der organischen Säuren im Boden, so zeigt sich, daß diese die Löslichkeit von Cu, Zn und Cd erhöhen. Dabei gibt es allerdings große Unterschiede in der Effektivität der einzelnen Säuren sowie in den Wirkmechanismen. Die Löslichkeit von Cu ist vor allem auf die Komplexierung mit den Säureanionen zurückzuführen. Bei den Elementen Zn und Cd wird die Löslichkeit zum Teil durch Komplexierung der Ionen, in erster Linie aber durch Änderungen im pH-Wert beeinflußt. Erst bei hohen pH-Werten tritt der Anioneneffekt in den Vordergrund. Signifikante Unterschiede bei den Aufnahmeraten von Schwermetallen aus komplexierten und unkomplexieren Schwermetallösungen konnten im Versuch nicht festgestellt werden. Daraus ergibt sich der Schluß, daß Spinatsorten mit geringer Exsudationsrate organischer Säuren in Hinsicht auf geringe Schwermetallgehalte der Sprosse positiv zu bewerten sind. Die Eigenschaften "kleines WSV" und "niedrige Exsudationsraten organischer Säuren" könnten somit aufgrund der vorliegenden Ergebnisse als Selektionskriterium für Spinat auf niedrige Schwermetallgehalte geeignet sein.

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Metadaten
Author:Holger Keller
URN (permanent link):urn:nbn:de:bsz:386-kluedo-11466
Advisor:G. Eisenbrand
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2000
Year of Publication:2000
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2000/07/11
Date of the Publication (Server):2000/10/29
Tag:Cadmium; Kupfer; Schwermetallakkumulation; Schwermetallaufnahme; Schwermetalle; Spinat; Wurzelexsudate; Zink
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Chemie
DDC-Cassification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie
Licence (German):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vor dem 27.05.2011