Dorn, Jana : Untersuchungen zu Einzel- und Kombinationswirkungen von ausgewählten anorganischen und organischen Schadstoffen beim Anbau verschiedener Pflanzenarten auf Rieselfeldboden

32

Kapitel 4. Ergebnisse

4.1. Bodenbiologische Parameter

Die CO2-Freisetzung (Bodenatmung), Cellulosezersetzung und N-Mineralisierung (durch Ammonifikation [NH4-N] und Nitrifikation [NO3-N] mineralisierbarer und damit pflanzenverfügbarer Stickstoff) wurden im Boden der einzelnen Versuchsvarianten bestimmt. Unmittelbar nach der Kontamination sowie nach dreimonatiger Lagerung der Böden im Freien vor dem Einfüllen in die Gefäße zeigten sich Störungen der mikrobiellen Aktivität bei allen Cu-Anreicherungsvarianten. Von den zugeführten Schadstoffen war allein Cu Ursache für die Abnahme von Cellulosezersetzung (Abb. 4) und N-Mineralisierung (Tab. 12).

Abbildung 4: Cellulosezersetzung und Atmung (CO2-Freisetzung) im schwachbelasteten Rieselfeldboden RefB und dessen Anreicherungsvarianten unmittelbar nach der Kontamination (a) und nach dreimonatiger Alterung (b)

Die deutliche Anregung der Bodenatmung (Abb. 4) bei den Cu-Varianten unmittelbar nach der Kontamination ist auf die Zufuhr der SM in Acetatform zurückzuführen. Acetate werden bekannterweise zu CO2 und H2O mineralisiert und zur Aufdotierung des Cu-Gehaltes im Boden (61,6 mg/kg rarr 526 mg/kg) war weitaus mehr Acetat erforderlich als zur Erhöhung des Cd-


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Gehaltes im Boden (4,9 mg/kg rarr 51,5 mg/kg). Durch gleichzeitige Zugabe der organischen Schadstoffe auch in Kombination mit Cd (Varianten [RefB + Cu, PCB], [RefB + Cu, BaP], [RefB + Cd, Cu, PCB], [RefB + Cd, Cu, BaP], [RefB + Cd, Cu, PCB, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP]) wurde diese Atmungsanregung sogar noch verstärkt. Nach dreimonatiger Lagerung der Böden war dieser Effekt zwar nicht mehr nachweisbar, die Bodenatmung bei den Cu-Anreicherungen mit Ausnahme der Varianten [RefB + Cu, PCB] und [RefB + Cu, PCB, BaP] aber noch um 25 % höher als bei RefB. Die signifikante Abnahme der Cellulosezersetzung bei allen Cu-Belastungen nach der Kontamination wurde auch nach Alterung der Böden bestätigt.

Desweiteren konnte im Boden der Cu-Varianten zu den Meßzeiten (a) und (b) ein starker Rückgang der Nitrifikation (geringere Bildung von Nitrat-N) nachgewiesen werden (Tab. 12).

Tabelle 12: Mineralisierbarer Stickstoff (Nmin) im schwachbelasteten Rieselfeldboden RefB und dessen Anreicherungsvarianten unmittelbar nach der Kontamination (a) und nach dreimonatiger Alterung der Böden (b)

gewertet.-->

Nmin (Nitrat-N + Ammonium-N)

in mg/kg TS bei (a)

Nmin (Nitrat-N + Ammonium-N)

in mg/kg TS bei (b)

RefB

9,2 (6,6 + 2,6)

10,8 (7,4 + 3,4)

RefB + PCB

12,3 (10,1 + 2,2)

13,3 (10,6 + 2,7)

RefB + BaP

11,9 (9,3 + 2,6)

13,4 (10,6 + 2,8)

RefB + Cd

12,1 (9,4 + 2,7)

16,3 (13,6 + 2,7)

RefB + Cu

6,3 (2,3 + 4,0)

6,1 (1,7 + 4,4)

RefB + Cd, PCB

11,8 (9,2 + 2,6)

17,6 (14,8 + 2,8)

RefB + Cu, PCB

8,9 (2,4 + 6,5)

9,5 (1,7 + 7,8)

RefB + Cd, BaP

13,2 (10,7 + 2,5)

28,0 (16,7 + 11,3)

RefB + Cu, BaP

8,4 (0,6 + 7,9)

9,4 (1,6 + 7,8)

RefB + Cd, Cu, PCB

8,9 (0,6 + 8,3)

9,8 (2,1 + 7,7)

RefB + Cd, Cu, BaP

9,8 (1,3 + 8,5)

9,6 (1,6 + 8,0)

RefB + Cd, Cu, PCB, BaP

10,4 (2,6 + 7,8)

10,8 (5,6 + 5,2)

RefB + Cd, PCB, BaP

11,8 (8,7 + 3,1)

14,4 (10,9 + 3,5)

RefB + Cu, PCB, BaP

9,8 (0,6 + 9,2)

8,9 (0,6 + 8,3)

LSD 0,05 Nmin

2,5

4,8

LSD 0,01 Nmin

3,5

6,7


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Die Gesamtmenge an mineralisierbarem Stickstoff im Boden (Nmin) verringerte sich aber nur bei der Cu-Einzelstoffanreicherung von RefB, bei den Cu-Mischanreicherungsvarianten ([RefB + Cu, PCB], [RefB + Cu, BaP], [RefB + Cu, PCB, BaP], [RefB + Cd, Cu, PCB], [RefB + Cd, Cu, BaP] und [RefB + Cd, Cu, PCB, BaP]) wurde die geringere Bildung von Nitrat-N durch eine erhöhte Ammonifikation (Bildung von Ammonium-N) kompensiert. Die Anreicherung von RefB einzeln mit Cd bzw. PCB 52 bzw. BaP und kombiniert führte zu einer gegenüber RefB teilweise signifikant höheren N-Mineralisierung aufgrund erhöhter Bildung von Nitrat-N.

4.2. Phytotoxizität in Böden

Zur Vorabeinschätzung des von den zugeführten Schadstoffen Cd, Cu, PCB 52 und BaP ausgehenden Gefährdungspotentials wurden im wäßrigen Bodenauszug der 14 Versuchsvarianten beim Keimrollentest mit Silomais und Sommerroggen die Haupt- und Nebenwurzellängen sowie die Anzahl der Nebenwurzeln bestimmt (Tab. 13).

Tabelle 13: Wurzellänge (cm) und Anzahl (Anz.) der Nebenwurzeln von Silomais und Som- merroggen beim Keimtest (8 d) mit dem schwachbelasteten Rieselfeldboden RefB und dessen Anreicherungsvarianten nach dreimonatiger Alterung der Böden

Länge der HW

SiMa SoRo

mittl. Länge der NW

SiMa SoRo

Anz. NW/Keimpflanze

SiMa SoRo

RefB

28,1 16,8

17,2 12,9

2,0 2,6

RefB + PCB

29,1 16,7

17,2 12,2

1,7 2,8

RefB + BaP

28,7 16,8

17,8 13,3

1,9 2,9

RefB + Cd

29,6 16,6

16,7 12,5

2,1 2,7

RefB + Cu

29,6 16,0

17,4 11,4

2,2 3,0

RefB + Cd, PCB

30,0 15,4

16,9 11,8

1,8 2,8

RefB + Cu, PCB

28,9 17,7

18,4 13,4

2,2 3,1

RefB + Cd, BaP

27,6 16,8

16,0 11,6

1,7 2,8

RefB + Cu, BaP

26,8 15,6

15,9 11,2

2,2 3,7

RefB + Cd, Cu, PCB

29,0 15,4

16,9 11,2

2,2 3,5

RefB + Cd, Cu, BaP

29,1 15,9

17,6 12,6

2,1 3,1

RefB + Cd, Cu, PCB, BaP

29,2 16,5

17,0 11,7

2,3 3,2

RefB + Cd, PCB, BaP

29,0 16,5

16,4 11,4

1,8 2,9

RefB + Cu, PCB, BaP

28,8 18,2

18,4 13,0

2,2 3,4

LSD 0,05

2,5 2,8

2,5 2,2

0,5 0,4

LSD 0,01

3,4 3,9

3,4 2,9

0,6 0,5

Legende: HW = Hauptwurzel; NW = Nebenwurzeln; SiMa = Silomais; SoRo = Sommerroggen


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Der Vergleich von RefB mit dessen Einzelstoff- und Mischanreicherungen ergab keine gesicherten Unterschiede im Haupt- und Nebenwurzellängenwachstum. Sommerroggen zeigte bei den mit Cu angereicherten Varianten eine gegenüber RefB signifikant verstärkte Ausbildung von Nebenwurzeln.

4.3. Pflanzentests

4.3.1. Mittel der Versuchsjahre und Pflanzen

4.3.1.1. Biomasseerträge

Die ermittelten Störungen der mikrobiellen Aktivität (gemessen an Cellulosezersetzung und N-Mineralisierung) im Boden aller Cu-Varianten gingen mit signifikanten Ertragsdepressionen der Versuchspflanzen auf diesen Anreicherungen (Abb. 5) einher.

Abbildung 5: Biomasseertrag im Gefäßversuch auf RefB und dessen Anreicherungsvarianten sowie auf dem hochbelasteten Rieselfeldboden GB und dem unbelasteten Vergleichsboden NB (Mittel von zwei Vegetationsjahren und drei Pflanzenarten)

Die geprüften Fruchtarten reagierten hier mit sichtbaren Pflanzenschäden (eisenmangelähnliche Chlorosen, Blattrand- und Blattspreiten- oder Totalnekrosen, Verkrüppelungen) bis hin zum Absterben einzelner Pflanzen. Es kam zur Ausbildung zahlreicher kurzer Nebenwurzeln. Die Einzelstoffanreicherung von RefB mit PCB 52 bzw. BaP führte bei der Gesamtpflanze


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(Wurzel/Knolle + Sproß) zu keiner negativen Ertragssbeeinflussung. Dagegen konnten sowohl auf der Cd-Einzelstoffanreicherung als auch auf allen kombiniert mit Cd und organischen Schadstoffen angereicherten Varianten von RefB gesicherte Ertragsstörungen (Wurzel/Knolle > Sproß) ermittelt werden. Neben den Biomasseerträgen der Pflanzen auf den Versuchsvarianten wurde in Abb. 5 auch deren Trockenmasse im Gefäß auf dem kombiniert hochbelasteten Rieselfeldboden GB und dem unbelasteten Vergleichsboden NB dargestellt (vgl. mit Ausführungen unter Kapitel 3.4.). Dabei zeigten sich ähnlich hohe Erträge der Versuchspflanzen auf RefB und NB. Die Ertragsdepressionen auf der Einzelstoff-anreicherung von RefB mit Cu und auf dessen Cu-Mischanreicherungsvarianten waren in der Tendenz vergleichbar mit denen auf GB, wobei die hohe N-Nachlieferung im GB-Boden (vgl. Nt-Gehalt von GB in Tab. 8 und RefB in Tab. 6) hier vermutlich zu höheren Erträgen führte.

4.3.1.2. Anreicherung von Schwermetallen in den Pflanzen

Der künstlich erhöhte SM-Gehalt im Boden führte zu höheren SM-Gehalten in den Pflanzen, da bei erhöhter Zufuhr von SM-Ionen in der Regel auch deren pflanzenverfügbarer Anteil zunimmt. So konnte für Cu (Tab. 14) in den unterirdischen Pflanzenteilen eine 12-fache und im Sproß eine 4-fache Konzentrationszunahme festgestellt werden (vgl. Pflanzengehalte auf den Varianten [RefB] und [RefB + Cu]).

Tabelle 14: Cu-Gehalte der Pflanzen in mg/kg TS (Mittel von zwei Vegetationsjahren und drei Pflanzenarten; unterird. = Wurzel/Knolle) und Cu-Transferfaktoren für den Übergang Boden/unterird. (TFBo-u) sowie unterird./Sproß (TFu-Sp) im Gefäßversuch auf RefB und dessen Anreicherungsvarianten

RefB*

RefB+PCB

RefB+BaP

RefB+Cd

RefB+Cu**

RefB+Cd,PCB

RefB+Cu,PCB

unterird.

46,3

46,0

54,5y

54,0y

541

52,8

710xx

Sproß

8,0

6,4

6,8

8,3

33,2

7,5

41,6xx

TFBo-u

0,75

0,75

0,88

0,88

1,03

0,86

1,35

TFu-Sp

0,17

0,14

0,12

0,15

0,06

0,14

0,06

RefB+Cd,BaP

RefB+Cu,BaP

RefB+Cd,Cu,PCB

RefB+Cd,Cu,BaP

RefB+Cd,Cu,PCB,BaP

RefB+Cd,PCB,BaP

RefB+Cu,PCB,BaP

unterird.

55,5yy

637xx

855xx

723xx

637xx

43,6

760xx

Sproß

8,7

44,2xx

56,5xx

37,4xx

65,8xx

12,1yy

35,3

TFBo-u

0,90

1,21

1,63

1,37

1,21

0,71

1,44

TFu-Sp

0,16

0,07

0,07

0,05

0,10

0,28

0,05

* RefB ist Bezugsbasis für nicht mit Cu angereicherte Varianten (y, yy = signifikant bei 5 %, 1 % zu RefB) ** RefB + Cu ist Bezugsbasis für alle Cu-Anreicherungen (x, xx = signifikant bei 5 %, 1 % zu RefB + Cu)


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Der Cu-Transfer vom Boden in die unterirdischen Pflanzenteile nahm zwar bei höherem Cu-Gehalt im Boden zu, der Cu-Weitertransport in den Pflanzensproß dagegen ab (vgl. TFBo-u undTFu-Sp auf den Varianten [RefB] und [RefB + Cu] in Tab. 14).

Deutlich höher sowohl in der unterirdischen Biomasse als auch im Sproß lagen die Cu-Gehalte der Pflanzen auf den Versuchsvarianten, die kombiniert mit Cu und organischen Schadstoffen angereichert wurden (vgl. in Tab. 14 die Variante [RefB + Cu] mit den Varianten [RefB + Cu, PCB], [RefB + Cu, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP]). Der Cu-Transfer in die Wurzeln bzw. Knollen war auch hier erhöht, die Cu-Weitergabe an den Pflanzensproß blieb dagegen gleich (vgl. TFBo-u und TFu-Sp in Tab. 14).

Auch auf den Mischanreicherungsvarianten ([RefB + Cu, Cd, PCB], [RefB + Cd, Cu, BaP] und [RefB + Cd, Cu, PCB, BaP]) konnten gegenüber der Cu-Einzelstoffanreicherung signifikant erhöhte Cu-Gehalte der Versuchspflanzen bestimmt werden, der Cu-Transfer in die oberirdischen Pflanzenteile blieb wieder annähernd gleich.

Wenn RefB mit Cd bzw. (und) BaP angereichert wurde, waren höhere Cu-Gehalte in der unterirdischen Biomasse nachweisbar (vgl. in Tab. 14 die Varianten [RefB + Cd], [RefB + Cd, BaP] und [RefB + BaP] mit [RefB]).

Auf dem kombiniert hochbelasteten Rieselfeldboden GB wurden im Gefäßversuch niedrigere Cu-Gehalte der Pflanzen als auf den mit Cu in gleicher Höhe angereicherten Varianten von RefB bestimmt (Cu-Gehalt der Pflanzen auf GB: unterirdisch = 402 mg/kg TS; Sproß = 18,4 mg/kg TS; TFBo-u = 0,76 und TFu-Sp = 0,05), da frisch zugeführte SM leichter aufgenommen werden als langjährig angereicherte SM. Der Vergleichsboden NB verursachte im Pflanzensproß mit 6,0 mg/kg TS einen ähnlichen Cu-Gehalt wie RefB, dagegen unterirdisch mit 27,1 mg/kg TS einen deutlich niedrigeren Cu-Gehalt (TFBo-u = 1,10 und TFu-Sp = 0,22) aufgrund seines 2,5-fach geringeren Cu-Gesamtgehaltes im Boden.

Die zu Beginn des 1. und 2. Vegetationsjahres ermittelten mobilen und leicht nachlieferbaren Cu-Anteile (Summe wird als pflanzenverfügbarer Anteil bezeichnet) im Boden der einzelnen Versuchsvarianten (Abb. 6) zeigen, daß eine signifikant erhöhte Cu-Mobilität bei den kombiniert mit Cu und organischen Schadstoffen angereicherten Varianten gegenüber der Cu-Einzelstoffanreicherung vorhanden war (vgl. in Abb. 6 die mobile Fraktion der Varianten [RefB + Cu, PCB], [RefB +Cu, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP] mit [RefB + Cu]).


38

Diese Cu-Mobilisierung im Boden erklärt die bereits beschriebenen höheren Cu-Gehalte der Pflanzen auf diesen Varianten bzw. den höheren Cu-Transfer vom Boden in die unterirdischen Pflanzenteile.

Im Boden der Mischanreicherungsvarianten (RefB + Cd, Cu, organische Schadstoffe) konnte gegenüber der Cu-Einzelstoffanreicherung keine erhöhte Cu-Mobilität nachgewiesen werden (vgl. in Abb. 6 die mobile Fraktion der Varianten [RefB + Cd, Cu, PCB], [RefB + Cd, Cu, BaP] und [RefB + Cd, Cu, PCB, BaP] mit [RefB + Cu]). Ebenso nicht bei der Anreicherung von RefB mit Cd bzw. (und) BaP (vgl. in Abb. 6 die mobile Fraktion der Varianten [RefB + Cd], [RefB + BaP] und [RefB + Cd, BaP] mit [RefB]). Die bereits erwähnten einerseits gegenüber RefB + Cu und andererseits gegenüber RefB signifikant höheren Cu-Gehalte der Pflanzen bzw. Cu-Gehalte in der unterirdischen Biomasse scheinen hier andere Ursachen zu haben (z. B. Aufnahmeantagonismen).

Abbildung 6: Mobiles (NH4NO3-Extrakt) und leicht nachlieferbares (NH4OAc-Extrakt) Cu im schwachbelasteten Rieselfeldboden RefB und dessen Anreicherungsvarianten sowie im hochbelasteten Rieselfeldboden GB und im Vergleichsboden NB jeweils zu Vegetationsbeginn (Mittel des 1. und 2. Jahres)

Im kombiniert hochbelasteten Rieselfeldboden GB konnte gegenüber den mit Cu in gleicher Höhe angereicherten Varianten von RefB eine niedrigere Cu-Verfügbarkeit für Pflanzen aufgrund deutlich geringerer leicht nachlieferbarer Anteile nachgewiesen werden (vgl. in Abb. 6 die leicht nachlieferbare Fraktion der Cu-Belastungen von RefB mit GB). Der hohe Corg-Gehalt


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von GB (vgl. Tab. 8 unter Kapitel 3.4.) führte hier auch bei saurer Bodenreaktion zu einer Cu-Festlegung, die niedrigere Cu-Gehalte in den Pflanzen bewirkte.

Der Vergleichsboden NB zeigte zwar geringere mobile Cu-Anteile als RefB aber höhere leicht nachlieferbare Anteile (vgl. in Abb. 6 die mobile und leicht nachlieferbare Cu-Fraktion von NB und RefB), so daß trotz ihres verschiedenen Cu-Gesamtgehaltes, auf beiden Böden ähnliche Cu-Gehalte im Sproß auftraten.

Der durch Zufuhr von Cd-Ionen künstlich erhöhte Cd-Gehalt im Boden führte ähnlich wie bei Cu zu einer 11-fachen Konzentrationszunahme in den unterirdischen Pflanzenteilen, aber auch zu einer 10-fachen Konzentrationszunahme im Sproß (vgl. in Tab. 15 Pflanzengehalte auf den Varianten [RefB] und [RefB + Cd]). Der Cd-Transfer vom Boden in die unterirdischen Pflanzenteile und auch die Cd-Weitergabe an den Pflanzensproß war höher als bei Cu.

Im Gegensatz zu den Cu-Gehalten waren die Cd-Gehalte der Versuchspflanzen auf den kombiniert mit Cd und organischen Schadstoffen angereicherten Varianten ähnlich denen auf der Cd-Einzelstoffanreicherung von RefB (vgl. in Tab. 15 die Varianten [RefB + Cd, PCB], [RefB + Cd, BaP] und [RefB + Cd, PCB, BaP] mit [RefB + Cd]) und nur auf den Mischanreicherungen (RefB + Cd, Cu, organische Schadstoffe) wurden signifikant erhöhte Cd-Gehalte der Pflanzen gegenüber der Variante [RefB + Cd] ermittelt.

Tabelle 15: Cd-Gehalte der Pflanzen in mg/kg TS (Mittel von zwei Vegetationsjahren und drei Pflanzenarten; unterird. = Wurzel/Knolle) und Cd-Transferfaktoren für den Über- gang Boden/unterird. (TFBo-u) sowie unterird./Sproß (TFu-Sp) im Gefäßversuch auf RefB und dessen Anreicherungsvarianten

RefB*

RefB+PCB

RefB+BaP

RefB+Cd**

RefB+Cu

RefB+Cd,PCB

RefB+Cu,PCB

unterird.

9,0

8,6 y

12,1 y

95,0

19,3 yy

93,2

20,0 yy

Sproß

11,6

11,5

9,8

114

10,3

102

11,5

TFBo-u

1,84

1,76

2,47

1,84

3,94

1,81

4,08

TFu-Sp

1,29

1,34

0,81

1,20

0,53

1,09

0,58

RefB+Cd,BaP

RefB+Cu,BaP

RefB+Cd,Cu,PCB

RefB+Cd,Cu,BaP

RefB+Cd,Cu,PCB,BaP

RefB+Cd,PCB,BaP

RefB+Cu,PCB,BaP

unterird.

93,7

23,5 yy

311 xx

194 xx

172 xx

74,9 xx

18,9 yy

Sproß

107

9,3

127

100

161 xx

124

14,7 yy

TFBo-u

1,82

4,80

6,04

3,77

3,34

1,45

3,86

TFu-Sp

1,14

0,40

0,41

0,52

0,94

1,66

0,78

* RefB ist Bezugsbasis für nicht mit Cd angereicherte Varianten (y, yy = signifikant bei 5 %, 1 % zu RefB) ** RefB + Cd ist Bezugsbasis für alle Cd-Anreicherungen (x, xx = signifikant bei 5 %, 1 % zu RefB + Cd)


40

Hier lag der Cd-Transfer vom Boden in die Wurzeln bzw. Knollen sogar doppelt bis dreifach höher als bei der Cd-Einzelstoffanreicherung von RefB, die Cd-Weitergabe an die oberirdischen Pflanzenteile war dagegen teilweise sogar über die Hälfte geringer (vgl. in Tab. 15 TFBo-u und TFu-Sp auf diesen Varianten).

Diese Cu-Wirkung im Boden konnte durch deutlich höhere Cd-Gehalte der Wurzeln bzw. Knollen (und doppelt so hohe TFBo-u) auf den einzeln mit Cu und in Kombination mit organischen Schadstoffen angereicherten Varianten ([RefB + Cu], [RefB + Cu, PCB], [RefB + Cu, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP]) gegenüber RefB bestätigt werden. Auf der Variante [RefB + Cu, PCB, BaP] waren außerdem signifikant erhöhte Cd-Gehalte im Pflanzensproß nachweisbar.

Auf dem kombiniert hochbelasteten Rieselfeldboden GB konnten mit 128 mg/kg TS unterir-disch ähnliche Cd-Gehalte der Pflanzen wie auf den mit Cd in gleicher Höhe angereicherten Varianten von RefB nachgewiesen werden. Im Pflanzensproß lagen dagegen die Cd-Gehalte auf GB mit 50,4 mg/kg TS niedriger. Die Pflanzen auf dem Vergleichsboden NB zeigten deutlich geringere Cd-Gehalte in Wurzel, Knolle und im Sproß als auf RefB (Cd-Gehalt auf NB: unterirdisch = 2,0 mg/kg TS; Sproß = 1,9 mg/kg TS), aufgrund seines \|[ap ]\| 5-fach niedrigeren Cd-Gesamtgehaltes im Boden.

Die zu Beginn des 1. und 2. Vegetationsjahres ermittelten mobilen und leicht nachlieferbaren Cd-Anteile im Boden der einzelnen Versuchsvarianten (Abb. 7) zeigen, daß im Boden der Cu-Einzelstoffanreicherung und der kombiniert mit Cu und organischen Schadstoffen angereicherten Varianten gegenüber RefB höhere mobile und signifikant erhöhte leicht nachlieferbare Cd-Anteile vorhanden waren (vgl. in Abb. 7 die mobile und leicht nachlieferbare Fraktion der Varianten [RefB + Cu], [RefB + Cu, PCB], [RefB + Cu, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP] mit [RefB]). Zugeführtes Cu in höherer Konzentration (526 mg/kg TS) führte damit zur Erhöhung der Pflanzenverfügbarkeit von Cd in niedriger Konzentration (4,9 mg/kg TS) im Boden.

Auch im Boden der Mischanreicherungen (RefB + Cd, Cu, organische Schadstoffe) wurden gegenüber der Einzelstoffanreicherung von RefB mit Cd und den kombiniert mit Cd und organischen Schadstoffen angereicherten Varianten höhere mobile und leicht nachlieferbare Cd-Anteile bestimmt (vgl. in Abb. 7 die mobile und leicht nachlieferbare Fraktion der Varianten [RefB + Cd, Cu, PCB], [RefB + Cd, Cu, BaP] und [RefB + Cd, Cu, PCB, BaP] mit [RefB +


41

Cd], [RefB + Cd, PCB], [RefB + Cd, BaP] und [RefB + Cd, PCB, BaP]).

Abbildung 7: Mobiles (NH4NO3-Extrakt) und leicht nachlieferbares (NH4OAc-Extrakt) Cd im schwachbelasteten Rieselfeldboden RefB und dessen Anreicherungsvarianten sowie im hochbelasteten Rieselfeldboden GB und im Vergleichsboden NB jeweils zu Vegetationsbeginn (Mittel des 1. und 2. Jahres)

Im kombiniert hochbelasteten Rieselfeldboden GB konnte gegenüber den mit Cd in gleicher Höhe angereicherten Varianten von RefB zwar eine gleich hohe Cd-Mobilität nachgewiesen werden, aber die leicht nachlieferbaren Cd-Anteile waren geringer (vgl. in Abb. 7 die mobile und leicht nachlieferbare Cd-Fraktion von GB mit den Cd-Belastungen). Dies erklärt die ähnlichen Cd-Gehalte in den Wurzeln bzw. Knollen auf GB und den Cd-Anreicherungen von RefB sowie die niedrigeren Cd-Gehalte im Pflanzensproß auf GB, bei dem der anthropogene SM-Eintrag bereits einer langfristig pedogenen Immobilisation unterworfen ist. Der Vergleichsboden NB zeigte fast identische mobile und leicht nachlieferbare Cd-Anteile wie RefB (vgl. in Abb. 7 die mobile und leicht nachlieferbare Cd-Fraktion von NB und RefB). Aufgrund seines niedrigen Cd-Gesamtgehaltes im Boden war hier natürlich die absolut pflanzenverfügbare Cd-Menge deutlich geringer als im RefB-Boden, was zu den bereits beschriebenen niedrigeren Cd-Gehalten in den Pflanzen auf NB führte.

4.3.1.3. Anreicherung von PCB 52 und BaP in den Pflanzen

Zur Pflanzenaufnahme der organischen Schadstoffe im Versuch können nur die Ergebnisse auf


42

den einzeln mit PCB 52 bzw. BaP und in Kombination mit Cd angereicherten Varianten dargestellt werden, da auf allen Cu-Anreicherungsvarianten die Erträge der geprüften Fruchtarten (vgl. Abb. 5 in Kapitel 4.3.1.1.) so gering waren, daß sie zur Bestimmung von PCB 52 bzw. BaP in den Pflanzen nicht ausreichten. Für die Versuchspflanze Kartoffel konnten nur aus dem ersten Vegetationsjahr Werte berücksichtigt werden, da im zweiten Jahr auch hier die geringe Biomassebildung eine Bestimmung im Kraut und in der Knolle nicht zuließ. Eine statistische Sicherung der ermittelten Werte zu den PCB 52- und BaP-Gehalten war aufgrund von Substanzmangel (oft mußten die Pflanzenproben der vier Wiederholungen von einer Versuchsvariante für eine Doppelbestimmung zusammengelegt werden) nicht möglich.

Bei höherem PCB 52-Gehalt im Boden wurden erhöhte PCB 52-Gehalte in den Wurzeln bzw. Knollen gefunden, dagegen keine erhöhten Sproßgehalte (vgl. in Tab. 16 die Pflanzengehalte auf [RefB] und [RefB + PCB]). Während der PCB 52-Transfer vom Boden in die unterirdischen Pflanzenteile annähernd gleich blieb, nahm die PCB 52-Weitergabe an den Pflanzensproß bei höherem PCB 52-Gehalt im Boden deutlich ab (vgl. in Tab. 16 die TFBo-u und TFu-Sp). Auf der kombiniert mit Cd und PCB 52 angereicherten Variante konnten gegenüber der PCB 52-Einzelstoffanreicherung erhöhte PCB 52-Gehalte im Sproß und erhöhte TFu-Sp ermittelt werden (vgl. in Tab. 16 die Sproßgehalte und TFu-Sp auf [RefB + Cd, PCB] und [RefB + PCB]). Bei gleichzeitiger Anreicherung von RefB mit Cd, PCB 52 und BaP lagen diese noch höher (vgl. in Tab. 16 die Sproßgehalte und TFu-Sp auf [RefB + Cd, PCB, BaP] und [RefB + PCB]).

Tabelle 16: PCB 52-Gehalte der Pflanzen (unterird. = Wurzel/Knolle) und Transferfaktoren für PCB 52 beim Übergang Boden/unterird. (TFBo-u) sowie unterird./Sproß (TFu-Sp) im Gefäßversuch auf RefB und dessen PCB 52-Anreicherungsvarianten

RefB

RefB+PCB

RefB+Cd,PCB

RefB+Cd,PCB,BaP

unterird.* (mg/kg TS)

0,03

0,44

0,40

0,33

Sproß* (µg/kg TS)

2,58

2,00

2,48

4,34

TFBo-u

1,500

1,470

1,333

1,100

TFu-Sp

0,086

0,005

0,006

0,013

* Mittelwerte von zwei Vegetationsjahren von Roggen und Mais bzw. bei Kartoffel Werte aus einem Jahr

Auf dem kombiniert hochbelasteten Rieselfeldboden GB wurden im Gefäßversuch in den un-terirdischen Pflanzenteilen 0,10 mg PCB 52/kg TS (TFBo-u = 0,33) und im Sproß 4,44 µg PCB 52/kg TS (TFu-Sp = 0,04) ermittelt. Hier lagen die PCB 52-Gehalte in den Wurzeln bzw. Knollen deutlich niedriger als auf der für PCB 52 in gleicher Höhe angereicherten Variante von


43

RefB. Grund dafür dürfte die starke Bindung von PCB 52 an die Humusfraktion im Boden GB (Humusgehalt: 14,5 %) sein. Im Pflanzensproß war der PCB 52-Gehalt auf dem kombiniert belasteten GB-Boden ähnlich wie auf der Mischanreicherung [RefB + Cd, PCB, BaP] und auch die PCB 52-Weitergabe (TFu-Sp) von unterirdischen Pflanzenteilen an den Sproß lag wieder deutlich höher als bei der PCB 52-Einzelstoffanreicherung von RefB.

Für BaP wurden bei höherem Gehalt im Boden neben erhöhten BaP-Gehalten in den Wurzeln bzw. Knollen auch höhere Gehalte im Sproß der Versuchspflanzen gefunden (vgl. in Tab. 17 die Pflanzengehalte auf [RefB] und [RefB + BaP]). Der BaP-Transfer vom Boden in die unterirdischen Pflanzenteile war bei höherem BaP-Gehalt im Boden ähnlich wie auf RefB, die BaP-Weitergabe an den Pflanzensproß dagegen um die Hälfte niedriger (vgl. in Tab. 17 die TFBo-u und TFu-Sp auf [RefB] und [RefB + BaP]). Anders wie bei PCB 52 konnten für BaP auf den kombiniert angereicherten Varianten [RefB + Cd, BaP] und [RefB + Cd, PCB, BaP] keine erhöhten Sproßgehalte gegenüber der BaP-Einzelstoffanreicherung ermittelt werden. Die BaP-Weitergabe von der Wurzel bzw. Knolle an den Sproß war zwar auf [RefB + Cd, BaP] höher als auf [RefB + BaP] degegen auf [RefB + Cd, PCB, BaP] gleich (vgl. in Tab. 17 TFu-Sp).

Tabelle 17: BaP-Gehalte der Pflanzen (unterird. = Wurzel/Knolle) und Transferfaktoren für BaP beim Übergang Boden/unterird. (TFBo-u) sowie unterird./Sproß (TFu-Sp) im Gefäßversuch auf RefB und dessen BaP-Anreicherungsvarianten

RefB

RefB+BaP

RefB+Cd,BaP

RefB+Cd,PCB,BaP

unterird.* (mg/kg TS)

0,08

0,68

0,49

0,66

Sproß* (µg/kg TS)

4,41

15,23

14,36

12,93

TFBo-u

0,67

0,76

0,54

0,73

TFu-Sp

0,06

0,02

0,03

0,02

* Mittelwerte von zwei Vegetationsjahren von Roggen und Mais bzw. bei Kartoffel Werte aus einem Jahr

Auf dem kombiniert hochbelasteten Rieselfeldboden GB wurden im Gefäßversuch in den unterirdischen Pflanzenteilen 0,34 mg BaP/kg TS und im Sproß 8,14 µg BaP/kg TS gefunden. Die BaP-Gehalte in den Wurzeln bzw. Knollen und im Sproß lagen somit deutlich niedriger als auf der für BaP in gleicher Höhe angereicherten Variante von RefB. Der BaP-Transfer vom Boden in die unterirdischen Pflanzenteile war mit TFBo-u = 0,38 ebenfalls um die Hälfte niedriger, die BaP-Weitergabe an den Pflanzensproß (TFu-Sp = 0,02) dagegen gleich. Auch BaP ist wie schon für PCB 52 beschrieben, im Boden GB stark an die Humusfraktion gebunden.


44

4.3.2. Mittel der Versuchsjahre in Abhängigkeit von der Pflanzenart

4.3.2.1. Biomasseerträge

Beim Vergleich der Erträge der Versuchspflanzen (Abb. 8) untereinander, konnte die fruchtartspezifische Reaktion der getesteten Pflanzen auf die Belastung im Boden ermittelt werden. Während Roggen in drei Vegetationsjahren auf den einzeln mit Cd, BaP bzw. PCB 52 angereicherten Varianten von RefB und deren Mischanreicherungen keine negative Ertragsbeeinflussung zeigte, reagierte der Mais hier mit signifikanten Ertragsminderungen. Die Cd-Einzelstoff-anreicherung von RefB erzeugte beim Mais einen 30 %-igen Ertragsrückgang, der gesichert geringer war, wenn neben Cd auch PCB 52 bzw. (und) BaP zu RefB gegeben wurde. Für die Versuchspflanze Kartoffel wurden in den zwei Vegetationsjahren gesicherte Ertragseinbußen um fast 50 % durch Anreicherung von RefB mit Cd auch in Kombination mit PCB 52 und BaP ermittelt.

Abbildung 8: Biomasseertrag in Abhängigkeit von der Pflanzenart im Gefäßversuch auf RefB und dessen Anreicherungsvarianten sowie auf dem hochbelasteten Rieselfeldboden GB und dem unbelasteten Vergleichsboden NB (Mittel von drei bzw. bei Kartoffel von zwei Vegetationsjahren)

Die auf allen Cu-Einzelstoff- und Mischanreicherungsvarianten aufgetretenen signifikanten


45

Ertragsdepressionen aller drei Fruchtarten waren am deutlichsten bei der Kartoffelpflanze. Beim Mais war die Ertragsminderung gesichert geringer, wenn neben Cu auch BaP bzw. BaP in Kombination mit Cd zu RefB gegeben wurden (vgl. in Abb. 8 die Varianten [RefB + Cu, BaP] und [RefB + Cd, Cu, BaP] mit [RefB + Cu]). Die Versuchspflanze Roggen zeigte eine signifikant geringere Ertragsdepression bei kombinierter Anreicherung von RefB mit Cu und PCB 52 (vgl. in Abb. 8 die Variante [RefB + Cu, PCB] und [RefB + Cu]).

4.3.2.2. Anreicherung von Schwermetallen in den Pflanzen

Wie schon unter Kapitel 4.3.1.2. beschrieben, führte die Anreicherung von RefB mit Cu bzw. Cd zu erhöhten Cu- bzw. Cd-Gehalten bei allen drei geprüften Fruchtarten (Tab. 18 für Cu und Tab. 19 für Cd). Die Kartoffelpflanze wies deutlich niedrigere SM-Gehalte in der unterirdischen und deutlich höhere SM-Gehalte in der oberirdischen Biomasse gegenüber den anderen beiden Versuchspflanzen auf.

Tabelle 18: Cu-Gehalte der Pflanzen (mg/kg TS) im Gefäßversuch auf RefB und dessen Anrei- cherungsvarianten in Abhängigkeit von der Pflanzenart (Mittel von drei bzw. bei Kartoffel von zwei Jahren)

RefB*

RefB

+PCB

RefB

+BaP

RefB

+Cd

RefB

+Cu**

RefB

+Cd,PCB

RefB

+Cu,PCB

R-Wurzel

M-Wurzel

K-Knolle

R-Sproß

M-Sproß

K-Kraut

59,6

48,3

9,8

4,3

4,2

14,9

56,6

55,5

9,0

4,0

4,2

10,7

69,0

59,4 y

10,8

3,9

4,2

11,7

70,1

63,6 yy

8,9

3,8 y

4,7 y

15,9

561

949

20,5

10,8

6,1

78,0

86,9 yy

56,7 y

8,3

5,7 yy

4,7 y

14,1

912 xx

963

35,1

16,1

21,2 xx

98,0 xx

RefB

+Cd,BaP

RefB

+Cu,BaP

RefB+Cd,

Cu,PCB

RefB+Cd,

Cu,BaP

RefB+Cd,

Cu,PCB,BaP

RefB+Cd,

PCB,BaP

RefB+Cu,

PCB,BaP

R-Wurzel

M-Wurzel

K-Knolle

R-Sproß

M-Sproß

K-Kraut

88,2 yy

51,9

7,2 y

4,4

4,9 y

16,7

976 xx

661 xx

38,8

22,9 xx

15,6 xx

92,9 xx

1014 xx

1097 xx

21,3

27,8 xx

33,8 xx

120 xx

1024 xx

594 xx

25,2

22,0 xx

21,1 xx

63,3 xx

973 xx

553 xx

51,4

25,1 xx

62,5 xx

105 xx

49,8

70,7 yy

12,2 y

4,1

4,9 y

27,2 yy

1066 xx

826 xx

31,7

16,2

43,8 xx

36,2 xx

Legende: R-.... = Roggen...., M-.... = Mais...., K-.... = Kartoffel....

* RefB ist Bezugsbasis für nicht mit Cu angereicherte Varianten (y, yy = signifikant bei 5 %, 1 % zu RefB) ** RefB + Cu ist Bezugsbasis für alle Cu-Anreicherungen (x, xx = signifikant bei 5 %, 1 % zu RefB + Cu)


46

Zugehörige Cu- bzw. Cd-Transferfaktoren für den Übergang Boden/unterirdische Pflanzenteile (TFBo-u) sowie für den Übergang unterirdische Biomasse/Pflanzensproß (TFu-Sp) in Abhängigkeit von der geprüften Pflanzenart sind in den Tab. 18 und 19 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht aufgeführt, sondern dem Anhang 1 und 2 zu entnehmen.

Die im Mittel der Versuchsjahre und Pflanzen beschriebenen signifikant erhöhten Cu-Gehalte der Pflanzen (unter- und oberirdisch) auf den Varianten, die neben Cu auch mit organischen Schadstoffen angereichert wurden, konnten für die Maiswurzel nicht nachgewiesen werden. Hier kam es teilweise sogar zu gesichert niedrigeren Cu-Gehalten gegenüber der Einzelstoffanreicherung von RefB mit Cu (vgl. in Tab. 18 die Varianten [RefB + Cu, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP] mit [RefB + Cu]).

Auch auf den Mischanreicherungsvarianten [RefB + Cd, Cu, BaP] und [RefB + Cd, Cu, PCB, BaP] reagierte die Maiswurzel mit signifikant niedrigeren Cu-Gehalten im Vergleich zu [RefB + Cu]. Da aber die Cu-Gehalte im Maissproß auf allen diesen Varianten gegenüber der Cu-Einzelstoffanreicherung deutlich erhöht waren und die Transferfaktoren für die Cu-Weitergabe von der Maiswurzel an den Maissproß (TFu-Sp im Anhang 1) doppelt bis vierfach und bei der Variante [RefB + Cd, Cu, PCB, BaP] sogar elffach höher lagen, kann man hier insgesamt von einer erhöhten Cu-Aufnahme bzw. -Verlagerung in oberirdische Pflanzenteile sprechen.

Für die Versuchspflanze Kartoffel wurden auf den Varianten [RefB + Cd, Cu, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP] signifikant niedrigere Cu-Gehalte im Kraut im Vergleich zur Variante [RefB + Cu] bestimmt. Die Cu-Gehalte der Knollen lagen hier aber höher als auf der zugehörigen Cu-Einzelstoffanreicherung von RefB und die Transferfaktoren für den Cu-Übergang vom Boden in die Kartoffelknolle (TFBo-u im Anhang 1) ebenfalls.

Auch bei den Cd-Gehalten der Versuchspflanzen (Tab. 19) auf allen Cu-Varianten stellte die Kartoffelpflanze wiederum eine Ausnahme dar. Die Cd-Transferfaktoren (TFBo-u und TFu-Sp) im Anhang 2 unterstreichen dies.

Der Mais zeigte im Vergleich zum Roggen deutlich höhere Cd-Gehalte im Sproß und auch die Cd-Transferfaktoren für den Übergang Wurzel/Sproß (TFu-Sp im Anhang 2) waren beim Mais fast dreifach höher als beim Roggen auf den Cd-Anreicherungsvarianten ([RefB + Cd], [RefB + Cd, PCB], [RefB + Cd, BaP] und [RefB + Cd, PCB, BaP]). Bereits Diez und Rosopulo


47

(1978) fanden in den vegetativen Organen des Mais ein starkes Cd-Anreicherungsvermögen. 13 - 35 ppm Cd in der Maispflanze führen nach Klein et al. (1981) bereits zu 25 - 50 %-igen Ertragsdepressionen, was im vorliegenden Versuch bestätigt werden konnte (vgl. mit Abb.8).

Tabelle 19: Cd-Gehalte der Pflanzen (mg/kg TS) im Gefäßversuch auf RefB und dessen Anrei- cherungsvarianten in Abhängigkeit von der Pflanzenart (Mittel von drei bzw. bei Kartoffel von zwei Jahren)

RefB*

RefB

+PCB

RefB

+BaP

RefB

+Cd**

RefB

+Cu

RefB

+Cd,PCB

RefB

+Cu,PCB

R-Wurzel

M-Wurzel

K-Knolle

R-Sproß

M-Sproß

K-Kraut

12,3

9,3

2,4

1,8

2,2

30,6

9,4 y

13,6

1,8 y

1,5

1,9

30,5

11,5

17,9 yy

1,6 yy

1,5

2,3

25,9

133

131

9,4

13,5

38,7

287

15,4 yy

51,3 yy

1,3 yy

3,7 yy

5,7 yy

18,1 yy

144

117

18,2

13,3

30,6

256

16,5 yy

45,7 yy

4,1 yy

4,4 yy

15,5 yy

17,3 yy

RefB

+Cd,BaP

RefB

+Cu,BaP

RefB+Cd,

Cu,PCB

RefB+Cd,

Cu,BaP

RefB+Cd,

Cu,PCB,BaP

RefB+Cd,

PCB,BaP

RefB+Cu,

PCB,BaP

R-Wurzel

M-Wurzel

K-Knolle

R-Sproß

M-Sproß

K-Kraut

136

115

9,2

13,9

36,6

263

25,6 yy

37,6 yy

1,9

7,2 yy

7,4 yy

14,1 yy

298 xx

496 xx

13,2

84,2 xx

159 xx

146 xx

217 xx

304 xx

11,6

75,8 xx

73,0 xx

128 xx

234 xx

293 xx

19,2

78,0 xx

224 xx

199 xx

92,8 xx

131

19,1

16,9

37,2

312

20,9 yy

35,7 yy

1,5 yy

5,2 yy

16,7 yy

24,1

Legende: R-.... = Roggen...., M-.... = Mais...., K-.... = Kartoffel....

* RefB ist Bezugsbasis für nicht mit Cd angereicherte Varianten (y, yy = signifikant bei 5 %, 1 % zu RefB) ** RefB + Cd ist Bezugsbasis für alle Cd-Anreicherungen (x, xx = signifikant bei 5 %, 1 % zu RefB + Cd)

4.3.2.3. Anreicherung von PCB 52 und BaP in den Pflanzen

Bei höherem PCB 52-Gehalt im Boden konnten die unter Kapitel 4.3.1.3. beschriebenen erhöhten PCB 52-Gehalte in der unterirdischen Biomasse sowie die niedrigeren PCB 52-Gehalte im Sproß bei allen drei Versuchspflanzen bestätigt werden (vgl. in Tab. 20 die Pflanzengehalte auf [RefB] und [RefB + PCB]). Auch die gegenüber der PCB 52-Einzelstoffanreicherung von RefB höheren PCB 52-Gehalte im Sproß auf den Mischanreicherungen [RefB + Cd, PCB] und [RefB + Cd, PCB, BaP] und die erhöhten Transferfaktoren für die PCB 52-Weitergabe an den Pflanzensproß (TFu-Sp) wurden bei jeder geprüften Fruchtart nachgewiesen.

Es zeigte sich aber eine deutlich niedrigere Kontamination der Kartoffelknolle gegenüber den


48

Wurzeln von Roggen und Mais. Außerdem wies das Kartoffelkraut im Vergleich zur oberirdischen Biomasse der beiden anderen Fruchtarten höhere PCB 52-Gehalte (auch höhere TFu-Sp) auf.

Tabelle 20: PCB 52-Gehalte der Pflanzen in Abhängigkeit von der Pflanzenart und Transfer- faktoren für PCB 52 beim Übergang Boden/unterirdische Biomasse (TFBo-u) sowie unterirdische Biomasse/Sproß (TFu-Sp) im Gefäßversuch auf RefB und dessen PCB 52-Anreicherungsvarianten

RefB

RefB+PCB

RefB+Cd,PCB

RefB+Cd,PCB,BaP

Roggenwurzel* (mg/kg TS)

Roggensproß* (µg/kg TS)

TFBo-u

TFu-Sp

0,04

0,83

2,000

0,020

0,69

0,72

2,300

0,001

0,68

1,09

2,267

0,002

0,63

1,14

2,100

0,002

Maiswurzel* (mg/kg TS)

Maissproß* (µg/kg TS)

TFBo-u

TFu-Sp

0,04

2,91

2,000

0,073

0,38

1,27

1,267

0,003

0,31

1,36

1,033

0,004

0,18

2,59

0,600

0,014

Kartoffelknolle** (mg/kg TS)

Kartoffelkraut** (µg/kg TS)

TFBo-u

TFu-Sp

0,004

4,00

0,200

1,000

0,04

4,00

0,133

0,100

0,02

5,00

0,067

0,250

0,03

9,30

0,100

0,310

* Mittelwerte von zwei Vegetationsjahren; ** Werte aus einem Jahr

Für BaP konnten die unter Kapitel 4.3.1.3. ermittelten erhöhten Gehalte der Pflanzen (sowohl in der unterirdischen Biomasse als auch im Sproß) bei höherem BaP-Gehalt im Boden nur bei Roggen und der Versuchspflanze Kartoffel nachgewiesen werden (vgl. in Tab. 21 die Pflanzengehalte auf [RefB] und [RefB + BaP]). In der Maiswurzel lag zwar der BaP-Gehalt auf der Variante [RefB + BaP] höher, der BaP-Gehalt im Maissproß war hier jedoch deutlich niedriger als auf RefB. Der BaP-Transfer vom Boden in die Roggen- bzw. Maiswurzel war bei höherem BaP-Gehalt im Boden erhöht, die BaP-Weitergabe an den Roggen- bzw. Maissproß dagegen zehnfach niedriger (vgl. in Tab 21 die TFBo-u und TFu-Sp auf [RefB] und [RefB + BaP]).

Wie schon für PCB 52 wurden im Kartoffelkraut weitaus höhere BaP-Gehalte als im Sproß (Ausnahme auf [RefB] Maissproß > Kartoffelkraut) und in der Kartoffelknolle niedrigere BaP-Gehalte als in den Wurzeln von Roggen und Mais bestimmt.

Im Mittel der Versuchsjahre und Pflanzen wurden keine erhöhten BaP-Gehalte im Sproß der Versuchspflanzen ermittelt, wenn RefB neben BaP auch mit Cd und PCB 52 angereichert wur-


49

de. Dies konnte nun für die einzelnen Pflanzenarten nicht bestätigt werden. Die Sproßgehalte von Roggen und Mais waren hier höher als bei der BaP-Einzelstoffanreicherung von RefB, ebenso die BaP-Weitergabe von den Wurzeln an den Pflanzensproß (vgl. in Tab. 21 die Sproßgehalte und TFu-Sp auf den Varianten [RefB + Cd, BaP] und [RefB + Cd, PCB, BaP] mit [RefB + BaP]). Neben BaP gleichzeitig zugeführtes Cd und PCB 52 im Boden führen demnach zu einer höheren BaP-Verlagerung in oberirdische Pflanzenteile. Da bei der Variante [RefB + Cd, PCB, BaP] auch der BaP-Transfer vom Boden in die Roggen- bzw. Maiswurzel gegenüber der Variante [RefB + Cd, BaP] erhöht war, wird auch die BaP-Aufnahme in Wurzeln durch gleichzeitig mit BaP und Cd dem Boden zugeführtem PCB 52 gefördert.

Tabelle 21: BaP-Gehalte der Pflanzen in Abhängigkeit von der Pflanzenart und Transferfaktoren für BaP beim Übergang Boden/unterirdische Biomasse (TFBo-u) sowie unterirdische Biomasse/Sproß (TFu-Sp) im Gefäßversuch auf RefB und dessen BaP-Anreicherungsvarianten

RefB

RefB+BaP

RefB+Cd,BaP

RefB+Cd,PCB,BaP

Roggenwurzel* (mg/kg TS) Roggensproß* (µg/kg TS)

TFBo-u

TFu-Sp

0,12

1,30

1,000

0,011

1,10

1,52

1,222

0,001

0,72

1,51

0,800

0,002

0,82

2,91

0,911

0,003

Maiswurzel* (mg/kg TS)

Maissproß* (µg/kg TS)

TFBo-u

TFu-Sp

0,07

8,74

0,583

0,125

0,58

5,06

0,644

0,009

0,50

5,96

0,556

0,012

0,82

8,28

0,911

0,010

Kartoffelknolle** (mg/kg TS)

Kartoffelkraut** (µg/kg TS)

TFBo-u

TFu-Sp

0,005

3,18

0,042

0,636

0,01

39,1

0,011

3,910

0,01

35,6

0,011

3,560

0,02

27,6

0,022

1,380

* Mittelwerte von zwei Vegetationsjahren; ** Werte aus einem Jahr

4.3.3. Unterschiede zwischen den Vegetationsjahren und Pflanzen

4.3.3.1. Biomasseerträge

Die Versuchspflanze Roggen (Abb. 9) reagierte im 1. und 2. Vegetationsjahr ähnlich auf allen Versuchsvarianten (für die fruchtartspezifische Reaktion auf die jeweilige Bodenbelastung vergleiche mit Ausführungen unter Kapitel 4.3.2.1.). Im 3. Jahr zeigte Roggen auf der Cu-Einzelstoffanreicherung von RefB und den kombiniert mit Cu und organischen Schadstoffen angereicherten Varianten deutlich höhere Erträge als in den beiden Jahren zuvor (vgl. in Abb. 9 über die Jahre die Varianten [RefB + Cu], [RefB + Cu, PCB], [RefB + Cu, BaP] und [RefB +


50

Cu, PCB, BaP]). Auf den Varianten [RefB + Cu] und [RefB + Cu, PCB, BaP] konnte hier sogar eine signifikant höhere Biomassebildung gegenüber RefB ermittelt werden. Im Gegensatz dazu reagierte der Roggen im 3. Jahr nicht mit einer erhöhten Biomasseproduktion im Vergleich zu den beiden Vorjahren, wenn RefB neben Cu und organischen Schadstoffen auch mit Cd angereichert wurde.

Abbildung 9: Ertrag von Roggen im Gefäßversuch auf RefB und dessen Anreicherungsvarian- ten sowie auf dem hochbelasteten Rieselfeldboden GB und dem unbelasteten Vergleichsboden NB (Vergleich der Mittelwerte des 1. und 2. Jahres mit dem 3. Vegetationsjahr)

Die bei der Versuchspflanze Roggen vorgenommenen Bestandesbonituren verdeutlichen diese Unterschiede zwischen den Vegetationsjahren nochmal (siehe Anhang 3) und zeigen eine gesichert höhere Wuchshöhe und mittlere Kornzahl je Ähre im 3. Jahr auf den Varianten [RefB + Cu], [RefB + Cu, PCB] und [RefB + Cu, PCB, BaP] gegenüber den beiden Vorjahren.

Allgemein konnte im vorliegenden Versuch für die Roggenpflanze bei ungestörter Entwicklung (schwache Bodenbelastung) im Gefäß mit optimaler Nährstoff- und Wasserversorgung 90 %


51

der gebildeten Biomasse als oberirdisch erntefähiger Ertrag mit einem Verhältnis Stroh zu Korn von 1,2 : 1 bestimmt werden. Die einzelnen Werte zum Roggenertrag in den drei Vegetationsjahren auf den Versuchsvarianten sind im Anhang 4 aufgeführt.

Die Fruchtart Mais (artspezifische Reaktion auf die jeweilige Bodenbelastung bereits unter Kapitel 4.3.2.1. beschrieben) reagierte im 1. und 2. Vegetationsjahr fast identisch. Im 3. Jahr waren beim Mais deutliche Ertragseinbußen auf allen Varianten auch auf dem unbelasteten Vergleichsboden NB zu verzeichnen (Abb. 10). Ansonsten konnte für die Maispflanze im vorliegenden Gefäßversuch bei ungestörter Entwicklung (schwache Bodenbelastung) sowie optimaler Nährstoff- und Wasserversorgung 75 % der gebildeten Biomasse als oberirdisch erntefähiger Ertrag mit einem Verhältnis Kolben / Blatt / Stengel von 1 : 1,7 : 2,5 ermittelt werden. Die einzelnen Werte zum Maisertrag in den drei Vegetationsjahren auf den Versuchsvarianten sind im Anhang 5 aufgeführt.

Abbildung 10: Ertrag von Mais im Gefäßversuch auf RefB und dessen Anreicherungsvarianten sowie auf dem hochbelasteten Rieselfeldboden GB und dem unbelasteten Vergleichsboden NB (Vergleich der Mittelwerte des 1. und 2. Jahres mit dem 3. Vegetationsjahr)

Die Kartoffelpflanze (für fruchtartspezifische Reaktion auf die jeweilige Bodenbelastung ver-


52

gleiche mit Ausführungen unter Kapitel 4.3.2.1.) zeigte im 2. Vegetationsjahr auf allen Cu-Varianten ähnliche Erträge wie im 1. Jahr (Abb. 11). Auf der Einzelstoffanreicherung von RefB mit Cd und den Mischanreicherungen (RefB + Cd, organische Schadstoffe) waren mit Ausnahme der Variante [RefB + Cd, PCB, BaP] im 2. Jahr deutliche Ertragseinbußen gegenüber dem Vorjahr zu verzeichnen (vgl. in Abb. 11 über die Jahre die Varianten [RefB + Cd], [RefB + Cd, PCB] und [RefB + Cd, BaP]). Die Anreicherung von RefB einzeln mit PCB 52 bzw. BaP wirkte im 1. Jahr auf die Kartoffelpflanze ertragsstimulierend, führte dann im 2. Jahr zu einem geringeren Ertrag gegenüber RefB, der aber immer noch höher als auf dem unbelasteten Vergleichsboden NB im gleichen Jahr lag. Allgemein wurde für die Versuchspflanze Kartoffel im vorliegenden Gefäßversuch bei ungestörter Entwicklung 75 % der gebildeten Biomasse als erntefähiger Knollenertrag ermittelt. Die einzelnen Werte zum Kartoffelertrag in den zwei Vegetationsjahren auf den Versuchsvarianten sind im Anhang 6 aufgeführt.

Abbildung 11: Ertrag der Kartoffelpflanze im 1. und 2. Vegetationsjahr im Gefäßversuch auf RefB und dessen Anreicherungsvarianten sowie auf dem hochbelasteten Riesel- feldboden GB und dem unbelasteten Vergleichsboden NB


53

4.3.3.2. Schwermetallgehalte in den Pflanzen

Die für die Versuchspflanze Roggen im 3. Vegetationsjahr nachgewiesene erhöhte Biomassebildung auf der Cu-Einzelstoffanreicherung von RefB und den kombiniert mit Cu und organischen Schadstoffen angereicherten Varianten (vgl. mit Ausführungen unter Kapitel 4.3.3.1.) ging mit deutlich niedrigeren Cu-Gehalten der Pflanzen auf diesen Varianten gegenüber den beiden anderen Vegetationsjahren einher (vgl. im Anhang 7 über die Jahre die Cu-Gehalte von Roggen auf den Varianten [RefB + Cu], [RefB + Cu, PCB], [RefB + Cu, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP]). Im 3. Jahr lagen zwar die Cu-Gehalte sowohl unterirdisch als auch oberirdisch auf den Varianten (RefB + Cu, organische Schadstoffe) wieder höher als auf der zugehörigen Einzelstoffanreicherung von RefB mit Cu, aber vor allem in der Wurzel waren diese deutlich niedriger als in den Jahren zuvor.

Bei der Fruchtart Mais lagen die Cu-Gehalte nur auf den Varianten [RefB + Cu, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP] im dritten Jahr niedriger als in den beiden Vorjahren und waren in der Wurzel auch signifikant geringer als auf der Cu-Einzelstoffanreicherung von RefB im selben Jahr (vgl. im Anhang 8).

Für die Versuchspflanze Kartoffel konnten diese niedrigeren Cu-Gehalte der beiden anderen Fruchtarten im 3. Jahr auf den genannten Varianten nicht nachgewiesen werden, da die Kartoffelpflanze nur im 1. und 2. Vegetationsjahr geprüft wurde. Sie zeigte hier aber schon pflanzenorganspezifische Unterschiede (im Anhang 9). Während im 1. Jahr das Kartoffelkraut deutlich höher als die Knolle kontaminiert war, wurde im 2. Jahr ein höherer Cu-Gehalt in der Knolle auf der Variante [RefB + Cu] bzw. ein ähnlicher Cu-Gehalt in Kraut und Knolle auf der Variante [RefB + Cu, PCB, BaP] sowie nur noch ein 2-fach höherer Cu-Gehalt im Kraut auf den Varianten [RefB + Cu, PCB] und [RefB + Cu, BaP] bestimmt.

Vergleicht man nun die zu Beginn des dritten Vegetationsjahres ermittelten mobilen und leicht nachlieferbaren Cu-Anteile im Boden der Versuchsvarianten (Abb. 12) mit denen zu Beginn des 1. und 2. Vegetationsjahres (Abb. 6 unter Kapitel 4.3.1.2.) so wird deutlich, daß im Boden der Variante [RefB + Cu] im 3. Jahr eine um 5 % und im Boden der Varianten [RefB + Cu, PCB], [RefB + Cu, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP] eine um 3,5 % verringerte Cu-Verfügbarkeit für Pflanzen vorhanden war, was vermutlich zu den teilweise niedrigeren Cu-Gehalten in den Pflanzen im 3. Jahr führte.


54

Die signifikant erhöhte Cu-Mobilität bei den kombiniert mit Cu und organischen Schadstoffen angereicherten Varianten gegenüber der Cu-Einzelstoffanreicherung im 1. und 2. Jahr konnte zu Beginn des 3. Vegetationsjahres nicht mehr nachgewiesen werden (vgl. in Abb. 12 die mobile Fraktion der Varianten [RefB + Cu, PCB], [RefB + Cu, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP] mit [RefB + Cu]), hier war nur noch die leicht nachlieferbare Cu-Fraktion gesichert erhöht. Diese Tatsache erklärt auch bei der Maiswurzel die signifikant niedrigeren Cu-Gehalte auf den Varianten [RefB + Cu, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP] im Vergleich zur Einzelstoffanreicherung von RefB mit Cu.

Auffällig waren zu Beginn des 3. Jahres signifikant höhere mobile und leicht nachlieferbare Cu-Anteile im Boden der Mischanreicherungen (RefB + Cd, Cu, organische Schadstoffe) gegenüber [RefB + Cu]. Diese konnten zu Beginn des 1. und 2. Vegetationsjahres nicht nachgewiesen werden (vgl. mit Kapitel 4.3.1.2.). Auf diesen Varianten wurde im 3. Vegetationsjahr auch kein erhöhter Roggenertrag ermittelt (vgl. mit Abb. 9 unter Kapitel 4.3.3.1.).

Abbildung 12: Mobiles (NH4NO3-Extrakt) und leicht nachlieferbares (NH4OAc-Extrakt) Cu im schwachbelasteten Rieselfeldboden RefB und dessen Anreicherungsvarianten zu Beginn des 3. Vegetationsjahres

Im Gegensatz zu den Cu-Gehalten lagen die Cd-Gehalte von Roggen über die Jahre in ähnlicher Größenordnung und lassen keine besondere Tendenz erkennen (vgl. im Anhang 10).

Die gegenüber RefB signifikant höheren Cd-Gehalte auf [RefB + Cu], [RefB + Cu, PCB], [RefB + Cu, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP] konnten wie die gesichert erhöhten Cd-Gehalte


55

auf den Mischanreicherungen (RefB + Cd, Cu, organische Schadstoffe) gegenüber [RefB + Cd] in allen drei Vegetationsjahren nachgewiesen werden.

Für die Fruchtart Mais wurden insbesondere im 3. Jahr auf diesen Cu-Varianten höhere Cd-Gehalte als im 1. und 2. Vegetationsjahr bestimmt (vgl. im Anhang 11 über die Jahre den Cd-Gehalt auf allen Cu-Anreicherungsvarianten).

Die Cd-Gehalte der Kartoffelpflanze (im Anhang 12) ließen in den beiden durchgeführten Vegetationsjahren keine großen Unterschiede erkennen.

Vergleicht man nun wieder die zu Beginn des 3. Vegetationsjahres ermittelten mobilen und leicht nachlieferbaren Cd-Anteile im Boden der Versuchsvarianten (Abb. 13) mit denen des 1. und 2. Vegetationsjahres (Abb. 7 unter Kapitel 4.3.1.2.) so wird deutlich, daß im Boden der Cu-belasteten Varianten zwar im 3. Jahr nicht unbedingt eine höhere Cd-Verfügbarkeit für Pflanzen vorhanden war, aber erhöhte mobile Cd-Anteile auftraten.

Abbildung 13: Mobiles (NH4NO3-Extrakt) und leicht nachlieferbares (NH4OAc-Extrakt) Cd im schwachbelasteten Rieselfeldboden RefB und dessen Anreicherungsvarianten zu Beginn des 3. Vegetationsjahres

So konnte im Boden der Varianten [RefB + Cu], [RefB + Cd, Cu, BaP] und [RefB + Cd, Cu, PCB, BaP] im 3. Jahr eine um 5 %, im Boden der Varianten [RefB + Cu, PCB], [RefB + Cu, BaP] und [RefB + Cu, PCB, BaP] eine um 8 - 10 % und im Boden der Variante [RefB + Cd, Cu, PCB] sogar eine um 12 % höhere mobile Cd-Fraktion nachgewiesen werden, während die


56

leicht nachlieferbaren Cd-Anteile im Boden dieser Varianten zurückgingen. Diese Verschiebung zugunsten der mobilen Fraktion erklärt auch die höheren Cd-Gehalte von Mais im 3. Jahr gegenüber den beiden Vorjahren.

Da zu Beginn des 3. Vegetationsjahres gegenüber RefB signifikant erhöhte mobile Cd-Anteile im Boden der Cu-Einzelstoffanreicherung und der kombiniert mit Cu und organischen Schadstoffen angereicherten Varianten bestimmt werden konnten, kann die bereits unter Kapitel 4.3.1.2. getroffene Aussage, daß zugeführtes Cu in höherer Konzentration die Pflanzenverfügbarkeit von Cd in niedriger Konzentration im Boden steigert, bestätigt und abgesichert werden.

Die ebenfalls nachgewiesene erhöhte Cd-Verfügbarkeit für Pflanzen (vor allem aufgrund signifikant erhöhter mobiler Anteile) im Boden der Varianten [RefB + Cd, Cu, PCB], [RefB + Cd, Cu, BaP] und [RefB + Cd, Cu, PCB, BaP] gegenüber den Varianten [RefB + Cd], [RefB + Cd, PCB], [RefB + Cd, BaP] und [RefB + Cd, PCB, BaP] unterstreicht diese Cu-Wirkung auch bei gleichzeitiger Zufuhr von Cu und Cd.

4.3.3.3. PCB 52- und BaP-Gehalte in den Pflanzen

Für die Versuchspflanze Roggen konnten im 2. Vegetationsjahr auf den untersuchten Varianten in der oberirdischen Biomasse höhere PCB 52-Gehalte als im 1. Jahr bestimmt werden (vgl. im Anhang 13 über die Jahre).

Beim Mais waren die PCB 52-Gehalte sowohl in der Wurzel als auch in der oberirdischen Biomasse im 2. Jahr höher als im Ersten (vgl. im Anhang 13 über die Jahre).

Generell wurden auf allen untersuchten Varianten pflanzenteilspezifische Unterschiede bei der PCB 52-Aufnahme gefunden. In der unterirdischen Biomasse waren mit Ausnahme der Kartoffelpflanze auf RefB höhere Gehalte als in oberirdisch wachsende Pflanzenteilen nachzuweisen. Als Reihenfolge für die organspezifische Kontamination mit PCB 52 konnte relativ unabhängig vom PCB 52-Bodengehalt Korn < (Kolben \|[ap ]\| Stroh \|[ap ]\| Stengel) < Blatt < Kraut < Knolle < Wurzel ermittelt werden.

Auch für die BaP-Gehalte (im Anhang 14) konnten generell auf allen geprüften Versuchsvarianten pflanzenteilspezifische Unterschiede festgestellt werden. Vegetative Pflanzenteile wie Blätter und Stengel wiesen höhere BaP-Gehalte auf als generative Pflanzenteile wie z.B. Korn


57

und Kolben.

Auffällig waren im vorliegenden Versuch hohe BaP-Gehalte im 2. Jahr beim Maisblatt, die auf RefB und der Variante [RefB + Cd, PCB, BaP] noch höher als im ansonsten hochbelasteten Kartoffelkraut lagen.

Die organspezifische Kontamination mit BaP nahm abgesehen von dieser Ausnahme relativ unabhängig vom Bodengehalt in der Reihenfolge Korn < (Kolben \|[ap ]\| Stroh \|[ap ]\| Stengel) < Blatt < Knolle le Kraut < Wurzel zu.

4.4. Schadstoffgehalte im Boden nach Beendigung der Pflanzentests

4.4.1. Versuchsmittel

4.4.1.1. Schwermetallgehalte im Boden

Eine meßtechnisch erfaßbare Abnahme des jeweiligen SM-Gesamtgehaltes im Boden nach dreijährigem Anbau von Roggen und Mais bzw. nach zweijährigem Anbau von Kartoffeln im Gefäßversuch konnte nur für Cu bei allen Cu-Anreicherungsvarianten (in Tab. 22 die Varianten [RefB + Cu], [RefB + Cu, PCB], [RefB + Cu, BaP], [RefB + Cd, Cu, PCB], [RefB + Cd, Cu, BaP] und [RefB + Cd, Cu, PCB, BaP]) nachgewiesen werden.

Tabelle 22: Cd- bzw. Cu-Gehalt (mg/kg TS) sowie Cd- bzw. Cu-Abnahme (in % vom Aus- gangsgehalt) im schwachbelasteten Rieselfeldboden RefB und dessen Anreiche- rungsvarianten nach drei- bzw. zweijähriger Vegetation

RefB

RefB+PCB

RefB+BaP

RefB+Cd

RefB+Cu

RefB+Cd,PCB

RefB+Cu,PCB

Cd-Gehalt

4,7

4,7

5,0

53,5

5,2

57,8

5,6

(Cd-Abnahme)

(4,1)

(4,1)

(0)

(0)

(0)

(0)

(0)

Cu-Gehalt

59,9

62,7

62,6

61,4

432

62,5

467

(Cu-Abnahme)

(2,8)

(0)

(0)

(0)

(17,9)

(0)

(11,2)

RefB+Cd,BaP

RefB+Cu,BaP

RefB+Cd,Cu,PCB

RefB+Cd,Cu,BaP

RefB+Cd,Cu,PCB,BaP

RefB+Cd,PCB,BaP

RefB+Cu,PCB,BaP

Cd-Gehalt

57,3

5,2

61,0

55,0

59,8

59,2

5,9

(Cd-Abnahme)

(0)

(0)

(0)

(0)

(0)

(0)

(0)

Cu-Gehalt

69,3

470

479

465

471

67,1

490

(Cu-Abnahme)

(0)

(10,7)

(8,9)

(11,6)

(10,5)

(0)

(6,8)

Der auf 526 mg/kg TS Boden künstlich erhöhte Cu-Gehalt verringerte sich bei der Variante


58

[RefB + Cu] um \|[ap ]\| 18 % und bei allen kombiniert mit Cu und organischen Schadstoffen angereicherten Varianten sowie bei den Mischanreicherungen (RefB + Cd, Cu, organische Schad-stoffe) um ca. 10 %. Auch im kombiniert hochbelasteten Rieselfeldboden GB konnte nach drei- bzw. zweijähriger Vegetation im Gefäßversuch mit 490 mg Cu/kg Boden ein um \|[ap ]\| 7 % geringerer Cu-Gesamtgehalt ermittelt werden, für Cd nicht.

4.4.1.2. PCB 52- und BaP-Gehalte im Boden

Vergleicht man die PCB 52-Gehalte im Boden vor und nach zweijähriger Vegetation (Tab. 23), so konnte eine deutliche (um 40 %) Abnahme bei allen PCB 52-Anreicherungs-varianten von RefB ermittelt werden. Auch im kombiniert hochbelasteten Rieselfeldboden GB wurde nach zweijähriger Vegetation im Gefäßversuch mit 0,14 mg PCB 52/kg Boden ein um 53 % niedrigerer Gehalt bestimmt. Für den BaP-Gehalt im Boden (Tab. 23) war bei RefB sowie den Varianten [RefB + Cd, BaP], [RefB + Cu, BaP] und [RefB + Cd, Cu, BaP] im Mittel eine 40 %-ige bei den Varianten [RefB + BaP], [RefB + Cd, Cu, PCB, BaP] und [RefB + Cd, PCB, BaP] sogar eine 50 %-ige Abnahme zu verzeichnen. Im kombiniert hochbelasteten Rieselfeldboden GB konnte dagegen nach zweijähriger Vegetation im Gefäßversuch kein verringerter BaP-Gehalt nachgewiesen werden.

Tabelle 23: PCB 52- bzw. BaP-Gehalt (mg/kg TS) sowie PCB 52- bzw. BaP-Abnahme (in % vom Ausgangsgehalt) im schwachbelasteten Rieselfeldboden RefB und dessen PCB 52- bzw. BaP-Anreicherungsvarianten nach zweijähriger Vegetation

RefB

RefB+PCB

RefB+Cd,PCB

RefB+Cu,PCB

RefB+Cd,Cu,PCB

RefB+Cd,Cu,PCB,BaP

RefB+Cd,PCB,BaP

PCB 52-Gehalt

0,016

0,18

0,19

0,16

0,18

0,17

0,17

(PCB 52-Abnahme)

(20,0)

(40,0)

(36,7)

(46,7)

(40,0)

(43,3)

(43,3)

RefB

RefB+BaP

RefB+Cd,BaP

RefB+Cu,BaP

RefB+Cd,Cu,BaP

RefB+Cd,Cu,PCB,BaP

RefB+Cd,PCB,BaP

BaP-Gehalt

0,075

0,44

0,56

0,58

0,53

0,44

0,43

(BaP-Abnahme)

(37,5)

(51,1)

(37,8)

(35,6)

(41,1)

(51,1)

(52,2)

4.4.2. Schadstoffgehalte im Boden in Abhängigkeit von der geprüften Pflanzenart

4.4.2.1. Schwermetallgehalte im Boden

Da wie unter Kapitel 4.4.1.1. bereits im Versuchsmittel beschrieben, nur für Cu bei allen Cu-Anreicherungsvarianten eine deutliche Abnahme des Gesamtgehaltes im Boden ermittelt wer-


59

den konnte, sind an dieser Stelle die Einzelwerte in Abhängigkeit von der jeweiligen Pflanzenart auch nur für diese Varianten aufgeführt (Tab. 24).

Tabelle 24: Cu-Gehalt (mg/kg TS) sowie Cu-Abnahme (in % vom Ausgangsgehalt) im Boden ausgewählter Anreicherungsvarianten des schwachbelasteten Rieselfeldbodens RefB nach dreijähriger Vegetation von Roggen und Mais bzw. nach zweijährigem Anbau von Kartoffeln

RefB+Cu

RefB+Cu,PCB

RefB+Cu,BaP

RefB+Cd,Cu,PCB

RefB+Cd,Cu,BaP

RefB+Cd,Cu,PCB,BaP

RefB+Cu,PCB,BaP

nach Roggen

Cu-Gehalt

354

462

467

460

448

418

472

(Cu-Abnahme)

(32,7)

(12,2)

(11,2)

(12,5)

(14,8)

(20,5)

(10,3)

nach Mais

Cu-Gehalt

511

487

480

499

486

480

528

(Cu-Abnahme)

(2,9)

(7,4)

(8,8)

(5,1)

(7,6)

(8,8)

(0)

nach Kartoffeln

Cu-Gehalt

432

451

464

478

462

515

470

(Cu-Abnahme)

(17,9)

(14,3)

(11,8)

(9,1)

(12,2)

(2,1)

(10,7)

Hier zeigte sich, daß der Cu-Gehalt bzw. die Cu-Abnahme im Boden nach dreijähriger Vegetation von Mais höher lag bzw. geringer war als nach dreijährigem Anbau von Roggen. Gründe dafür können die Ertragseinbußen von Mais im 3. Jahr auf allen Versuchsvarianten und die erhöhten Roggenerträge im 3. Jahr auf der Cu-Einzelstoffanreicherung von RefB und den kombiniert mit Cu und organischen Schadstoffen angereicherten Varianten (vgl. mit Ausführungen unter Kapitel 4.3.3.1.) sein.

Im kombiniert hochbelasteten Rieselfeldboden GB war dagegen der Cu-Gesamtgehalt nach Roggen- und Maisvegetation gleich. Auf GB konnte im 3. Vegetationsjahr auch kein erhöhter Roggenertrag nachgewiesen werden (vgl. mit Abb. 9 unter Kapitel 4.3.3.1.).

Nach nur zweijährigem Anbau der Kartoffelpflanze zeigte sich mit Ausnahme der Varianten [RefB + Cu] und [RefB + Cd, Cu, PCB, BaP] ein ähnlicher Cu-Gehalt bzw. eine ähnlich hohe Cu-Abnahme im Boden wie nach dreijähriger Vegetation von Roggen. Dies konnte auch im GB-Boden bestätigt werden.

4.4.2.2. PCB 52- und BaP-Gehalte im Boden

Die Abnahme des PCB 52-Gehaltes im Boden nach zweijähriger Vegetation war bei allen geprüften Versuchsvarianten relativ unabhängig von der Pflanzenart (Tab. 25). Auch beim kom-


60

biniert hochbelasteten Rieselfeldboden GB ergaben sich hier kaum Unterschiede.

Für den BaP-Gehalt nach zweijähriger Vegetation wurden nach der Ernte von Mais die höchsten Gehalte im Boden ermittelt (Tab. 25). Die Versuchspflanze Mais hatte gegenüber Roggen auf den Varianten [RefB], [RefB + PCB], [RefB + Cd, PCB] und [RefB + Cd, PCB, BaP] auch niedrigere BaP-Gehalte in der Wurzel (vgl. mit Tab. 21 unter Kapitel 4.3.2.3.).

Tabelle 25: PCB 52- bzw. BaP-Gehalt (mg/kg TS) sowie PCB 52- bzw. BaP-Abnahme (in % vom Ausgangsgehalt) im schwachbelasteten Rieselfeldboden RefB und dessen PCB 52- bzw. BaP-Anreicherungsvarianten nach zweijähriger Vegetation von Roggen, Mais und Kartoffeln

RefB

RefB+PCB

RefB+Cd, PCB

RefB+Cu,PCB

RefB+Cd, Cu, PCB

RefB+Cd,Cu, PCB, BaP

RefB+Cd, PCB, BaP

nach Roggen

PCB 52-Gehalt

0,018

0,21

0,20

0,14

0,18

0,15

0,18

(PCB 52-Abnahme)

(10,0)

(30,0)

(33,3)

(53,3)

(40,0)

(50,0)

(40,0)

nach Mais

PCB 52-Gehalt

0,015

0,15

0,20

0,16

0,16

0,16

0,16

(PCB 52-Abnahme)

(25,0)

(50,0)

(33,3)

(46,7)

(46,7)

(46,7)

(46,7)

nach Kartoffeln

PCB 52-Gehalt

0,016

0,18

0,17

0,18

0,19

0,20

0,18

(PCB 52-Abnahme)

(20,0)

(40,0)

(43,3)

(40,0)

(36,7)

(33,3)

(40,0)

RefB

RefB+BaP

RefB+Cd, BaP

RefB+Cu, BaP

RefB+Cd, Cu, BaP

RefB+Cd,Cu, PCB, BaP

RefB+Cd, PCB, BaP

nach Roggen

BaP-Gehalt

0,06

0,38

0,33

0,44

0,46

0,31

0,39

(BaP-Abnahme)

(50,0)

(57,8)

(63,4)

(51,2)

(48,9)

(65,6)

(56,7)

nach Mais

BaP-Gehalt

0,09

0,55

0,71

0,69

0,64

0,60

0,60

(BaP-Abnahme)

(25,0)

(38,9)

(21,1)

(23,3)

(28,9)

(33,3)

(33,3)

nach Kartoffeln

BaP-Gehalt

0,075

0,40

0,63

0,61

0,48

0,40

0,30

(BaP-Abnahme)

(37,5)

(55,6)

(30,0)

(32,2)

(46,7)

(55,6)

(66,6)

4.5. pH-Versuch

Für den Aufkalkungsversuch wurden nicht alle, nach abgschlossener zweijähriger Vegetation der Kartoffelpflanze zur Verfügung stehenden Gefäße verwendet, sondern nur einige Varianten ausgewählt. Die anderen sollten für anfallende Wiederholungsuntersuchungen als Rückstellgefäße dienen.

Sinnvoll erschien die Prüfung einer Boden-pH-Erhöhung bei den SM-Einzelstoffan-reicherungen von RefB und allen Varianten, die kombiniert mit SM und einem organischen Schadstoff angereichert wurden.


61

Es ist bekannt, daß pH-Änderungen vorrangig die SM-Verfügbarkeit im Boden beeinflussen. PCB 52 und BaP verhielten sich im Versuch bei ihrer gleichzeitigen Anreicherung mit SM hinsichtlich Pflanzenertrag, SM-Verfügbarkeit im Boden und SM-Aufnahme durch Pflanzen fast identisch (siehe Abb. 5 unter Kapitel 4.3.1.1., Tab. 14 und 15 unter Kapitel 4.3.1.2. sowie Abb. 6 und 7 unter Kapitel 4.3.1.2.), so daß nur das kombinierte Vorliegen von SM und einem der beiden organischen Stoffe interessierte.

Aufgekalkt (pH = 7) wurden deshalb die Varianten [RefB], [RefB + PCB], [RefB + Cd], [RefB + Cu], [RefB + Cd, PCB], [RefB + Cu, PCB] und [RefB + Cd, Cu, PCB] und anschließend Roggen parallel zu den ungekalkten Varianten (3. Vegetationsjahr bei pH = 5,3) im Gefäßversuch geprüft.

Die Bestandesbonituren zum Zeitpunkt der Ernte von Roggen (Tab. 26) zeigten deutliche Unterschiede zwischen den ungekalkten und gekalkten Versuchsvarianten auf.

Tabelle 26: Wuchshöhe und mittlere Kornzahl/Ähre von Roggen im 3. Jahr auf dem schwach- belasteten Rieselfeldboden RefB und ausgewählten Anreicherungsvarianten von RefB (Boden-pH = 5,3) sowie deren Aufkalkungen (Boden-pH = 7,0)

Wuchshöhe (cm)

pH = 5,3 pH = 7,0

mittlere Kornzahl/Ähre

pH = 5,3 pH = 7,0

RefB

148,4 156,7

35,3 55,0

RefB + PCB

146,3 164,7

37,7 52,3

RefB + Cd

157,7 161,7

38,7 50,7

RefB + Cu

153,3 87,7

40,7 6,0

RefB + Cd, PCB

154,3 155,0

38,3 54,7

RefB + Cu, PCB

159,0 74,0

37,0 0

RefB + Cd, Cu, PCB

0,1 0

0 0

LSDA = pH 0,05

4,6

1,4

LSDA = pH 0,01

6,2

1,9

LSDB = Belastungen 0,05

9,2

2,8

LSDB = Belastungen 0,01

12,4

3,8

LSDWW = Wechselwirkungen 0,05

13,0

4,0

LSDWW = Wechselwirkungen 0,01

(Wechselwirkungen AB rarr A,B,AB)

17,5

5,4

So war die Wuchshöhe und die mittlere Kornzahl je Ähre auf den Varianten [RefB + Cu] und


62

[RefB + Cu, PCB] bei einem Boden-pH von 7,0 signifikant niedriger als bei saurer Bodenreaktion (pH = 5,3).

Beide Varianten zeigten bei pH 7,0 auch eine gesichert geringere Wuchshöhe und mittlere Kornzahl je Ähre gegenüber den anderen Aufkalkungen und waren außerdem signifikant verschieden voneinander.

Die gegen 0 gehende Wuchshöhe (= Pflanzenausfall) von Roggen auf der Variante [RefB + Cd, Cu, PCB] bei pH 5,3 konnte auch bei pH 7,0 bestätigt werden.

Auf RefB und der PCB 52-Einzelstoffanreicherung von RefB reagierte die Versuchspflanze Roggen bei neutralem Boden-pH mit einer gesichert höheren Wuchshöhe und mittleren Korn-zahl je Ähre gegenüber einem Boden-pH von 5,3.

Bei Vorliegen von 51,5 mg Cd/kg TS im Boden (Varianten [RefB + Cd] und [RefB + Cd, PCB]) konnte nur eine signifikant höhere mittlere Kornzahl je Ähre bei pH 7,0 gegenüber pH 5,3 nachgewiesen werden.

Die Wuchshöhe von Roggen auf der Variante [RefB + PCB] und die mittlere Kornzahl je Ähre auf den Varianten [RefB + PCB], [RefB + Cd] und [RefB + Cd, PCB] waren bei pH 7,0 gesichert höher als bei RefB pH 5,3.

Die Darstellung des Roggenertrages auf den ungekalkten und im Vergleich dazu auf den gekalkten Versuchsvarianten (Abb. 14 mit Ausnahme der Variante [RefB + Cd, Cu, PCB] aufgrund ihres 0-Ertrages) spiegelt nochmal die Ergebnisse der Bestandesbonituren wieder.

Statistisch gesichert war auch hier die gegenüber RefB (pH 5,3) höhere Trockenmassebildung bei den Cd- bzw. (und) PCB 52-Anreicherungen von RefB durch die Anhebung des pH-Wertes im Boden auf 7,0.

Ebenso konnte ein signifikant niedriger Ertrag von Roggen auf den Cu-Varianten bei pH 7,0 gegenüber pH 5,3 und allen anderen Aufkalkungen nachgewiesen werden.

Diese Ertragsdepressionen auf den Varianten [RefB + Cu] und [RefB + Cu, PCB] bei pH 7,0 waren vergleichbar mit der geringen Biomasseproduktion von Roggen im 1. und 2. Vegetationsjahr auf selbigen Versuchsvarianten ohne Boden-pH-Anhebung (vgl. mit Abb. 9 unter Kapitel 4.3.3.1.).


63

Abbildung 14: Ertrag von Roggen im 3. Jahr auf dem schwachbelasteten Rieselfeldboden RefB und ausgewählten Anreicherungsvarianten von RefB sowie deren Aufkalkungen (pH 7); k.E. = kein Ertrag, LSDA = Grenzdifferenz pH, LSDB = Grenzdiffe- renz Belastungen, LSDWW = Grenzdifferenz Wechselwirkungen (AB rarr A, B, AB)

In Übereinstimmung mit den niedrigen Erträgen auf den Cu-Varianten bei pH 7,0 wurden hier signifikant höhere Cu-Gehalte in der Roggenwurzel gegenüber denen auf [RefB + Cu] und [RefB + Cu, PCB] bei pH 5,3 ermittelt (im Anhang 15 obere Abb.). Auch sie erreichten die Größenordnung der entsprechenden Gehalte aus dem 1. und 2. Vegetationsjahr ohne Aufkalkung (vgl. mit Cu-Gehalten von Roggen im Anhang 7).

Aber nicht nur die Cu-Gehalte sondern auch die Cd-Gehalte der Wurzeln waren auf diesen Varianten bei pH 7,0 signifikant höher als die zugehörigen bei pH 5,3 (im Anhang 15 untere Abb.). Gegenüber RefB mit demselben Cd-Gesamtgehalt im Boden von 4,9 mg/kg TS waren die Cd-Gehalte von Wurzeln und Stroh auf den Cu-Varianten bei pH 7,0 auch gesichert höher.

Auf den Cd-Anreicherungen [RefB + Cd] und [RefB + Cd, PCB] konnten in Übereinstimmung mit der erhöhten Biomassebildung bei Boden-pH 7,0 gegenüber pH 5,3 signifikant niedrigere Cd-Gehalte in der Roggenwurzel nachgewiesen werden (vgl. im Anhang 15 untere Abb.).


64

Die Bestimmung der mobilen und leicht nachlieferbaren Cd- bzw. Cu-Anteile im Boden der gekalkten Varianten zu Vegetationsbeginn und deren Vergleich mit den ungekalkten Varianten zeigte die Wirkung einer pH-Erhöhung auf die SM-Verfügbarkeit für Pflanzen im Boden bei den untersuchten Varianten auf (Tab. 27) und unterstreicht die Ergebnisse der Bestandesbonituren und Biomasseebildung.

Tabelle 27: Mobiles und leicht nachlieferbares (l. nl.) Cd bzw. Cu im schwachbelasteten Rieselfeldboden RefB und im Boden ausgewählter Anreicherungsvarianten von RefB sowie deren Aufkalkungen (pH 7) zu Beginn des 3. Vegetationsjahres

mobiles Cd l. nl. Cd

(%)*

mobiles Cu l. nl. Cu

(%)*

RefB pH 5,3

4,0 16,3

1,5 1,4

RefB pH 7

1,8 17,6

1,3 1,2

RefB + PCB pH 5,3

2,8 15,9

1,1 1,3

RefB + PCB pH 7

2,0 16,4

1,3 1,3

RefB + Cd pH 5,3

3,0 19,4

1,1 1,3

RefB + Cd pH 7

2,2 26,2

1,2 1,4

RefB + Cu pH 5,3

11,4 18,6

1,1 4,9

RefB + Cu pH 7

3,6 26,1

1,1 5,3

RefB + Cd, PCB pH 5,3

3,6 20,4

1,1 1,5

RefB + Cd, PCB pH 7

2,6 24,6

1,5 1,7

RefB + Cu, PCB pH 5,3

15,4 23,0

1,4 6,9

RefB + Cu, PCB pH 7

8,5 27,3

1,4 7,6

* vom jeweiligen SM-Gesamtgehalt im Boden

So führte die Kalkung bei den Cu-Anreicherungen von RefB zu erhöhten leicht nachlieferbaren Cu- und auch Cd-Anteilen im Boden. Die mobile Cd-Fraktion verringerte sich dagegen im Boden der Cu-Belastungen deutlich bei neutraler Bodenreaktion, lag aber immer noch höher als bei RefB pH 7.

Bei den Cd-Anreicherungen wie auch bei RefB und der Variante [RefB + PCB] führte die pH-Erhöhung zu einer Abnahme der Cd-Mobilität im Boden, während die leicht nachlieferbare Cd-Fraktion anstieg.


65

4.6. Freilandbeprobungen

Eine gute Übereinstimmung hinsichtlich Cd-, Cu-, PCB 52- und BaP-Gehalten im Boden war bei der schwachbelasteten Rieselfeldfläche aus dem Freiland mit Queckenaufwuchs (in Tab. 28 RefBFQ) und dem aus dieser Fläche für die Gefäßversuche gewonnenen Boden RefB (in Tab. 28 RefBGV) vorhanden, d.h. die Ausgangsbedingungen (Boden) für die Gewinnung von vergleichbaren Ergebnissen in Bezug auf die Schadstoffaufnahme von Pflanzen waren hier gut.

Vom SM-Niveau sowie hinsichtlich der PCB 52- bzw. BaP-Gehalte unterscheiden sich der kombiniert hochbelastete Rieselfeldboden GB aus dem Gefäßversuch und der GB-Boden aus dem Freiland mit Weizenaufwuchs doch sehr stark, begründet in der enormen Heterogenität der Rieselfeldflächen. Die Ausgangsbedingung Boden (Stoffbestand) bietet für den Vergleich der Schadstoffgehalte in Pflanzen hier nicht die besten Vorraussetzungen.

Der Weizen aus dem Freiland auf GB (in Tab. 28 GBFW) wurde den entsprechenden Gehalten von Roggen und Mais im Gefäßversuch auf GB (in Tab. 28 GBGV) gegenübergestellt. Die Kartoffelpflanze war im Gefäßversuch hinsichtlich ihrer Schadstoffgehalte eine Ausnahmeerscheinung und wurde deshalb auch bei der Gegenüberstellung der Pflanzengehalte aus dem Gefäßversuch und Freiland auf RefB nicht berücksichtigt.

Bei niedriger SM-Belastung im Boden lagen die SM-Gehalte der Wurzeln im Gefäßversuch unter denen aus dem Freiland (vgl. in Tab. 28 die Cd- bzw. Cu-Wurzelgehalte auf RefBGV und RefBFQ), nur der Transfer in den Pflanzensproß war für Cd im Gefäß doppelt so hoch wie auf der Freilandfläche (vgl. für Cd die TFu-Sp auf RefBGV und auf RefBFQ). Der Cu-Transfer von der Wurzel in oberirdische Pflanzenteile war auf RefBGV geringer als auf RefBFQ (vgl. für Cu die TFu-Sp auf RefBGV und auf RefBFQ).

Bei höherem SM-Gehalt im Boden lag dagegen der SM-Transfer in die Pflanzenwurzel bzw. die Weitergabe an den Sproß im Gefäßversuch höher bzw. annähernd gleich wie im Freiland (vgl. in Tab. 28 TFBo-u und TFu-Sp für Cd sowie Cu auf GBGV und auf GBFW).

Der PCB 52-Transfer in die Pflanzenwurzel war bei niedrigem Bodengehalt im Freiland höher als im Gefäß (vgl. TFBo-u für PCB 52 auf RefBGV und auf RefBFQ), die Weitergabe an den Pflanzensproß im Gefäß dagegen höher als im Freiland (vgl. TFu-Sp für PCB 52 auf RefBGV und auf RefBFQ).


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Für den höheren PCB 52-Gehalt im Boden konnte die PCB 52-Aufnahme der Pflanzen im Gefäß nicht mit der zugehörigen Freilandfläche verglichen werden, aufgrund des deutlich verschiedenen PCB 52-Gehaltes im Boden (vgl. in Tab. 28 den PCB 52-Bodengehalt von GBGV und GBFW). Der PCB 52-Gehalt von GBFW gleicht dem von RefBFQ und auch die Pflanzengehalte lagen auf beiden Böden in ähnlicher Größenordnung.

Tabelle 28: Cd-, Cu-, PCB 52- und BaP-Gehalte in Boden- und Pflanzenmaterial sowie dazu- gehörige Transferfaktoren beim Übergang der Schadstoffe Boden/unterirdische Biomasse (TFBo-u) und unterirdische Biomasse/Sproß (TFu-Sp) aus dem Gefäßver- such und Freilanduntersuchungen mit dem schwachbelasteten Rieselfeldboden RefB und dem hochbelasteten Rieselfeldboden GB

RefBGV

RefBFQ

GBGV

GBFW

Cd-Bodengehalt (mg/kg TS)

4,9

3,6

51,5

42,5

Cu-Bodengehalt (mg/kg TS)

61,6

46,0

526

313

Cd-Wurzelgehalt (mg/kg TS)

10,8*

12,2

143*

48,3

TFBo-u

2,20

3,39

2,78

1,14

Cd-Sproßgehalt (mg/kg TS)

2,0*

1,1

38,5*

11,5

TFu-Sp

0,18

0,09

0,27

0,24

Cu-Wurzelgehalt (mg/kg TS)

53,9*

104

449*

188

TFBo-u

0,88

2,26

0,85

0,60

Cu-Sproßgehalt (mg/kg TS)

4,2*

11,9

10,8*

15,8

TFu-Sp

0,08

0,11

0,02

0,08

PCB 52-Bodengehalt (mg/kg TS)

0,02

0,02

0,20

0,02

BaP-Bodengehalt (mg/kg TS)

0,12

0,10

0,90

0,26

PCB 52-Wurzelgehalt (mg/kg TS)

0,04**

0,05

0,11**

0,03

TFBo-u

2,00

2,50

0,55

1,50

PCB 52-Sproßgehalt (µg/kg TS)

1,89**

0,75

3,90**

1,10

TFu-Sp

0,05

0,02

0,04

0,04

BaP-Wurzelgehalt (mg/kg TS)

0,09**

0,07

0,32**

0,11

TFBo-u

0,75

0,70

0,36

0,42

BaP-Sproßgehalt (µg/kg TS)

5,02**

0,80

23,08**

3,72

TFu-Sp

0,06

0,01

0,07

0,03

Legende: RefBGV = Boden RefB aus Gefäßversuch, RefBFQ = Boden RefB aus Freiland mit Queckenauf- wuchs, GBGV = Boden GB aus Gefäßversuch mit Roggen- und Maisaufwuchs, GBFW = Boden GB aus Freiland mit Weizenaufwuchs

* Mittel von drei Vegetationsjahren Roggen und Mais

** Mittelwerte von zwei Vegetationsjahren Roggen und Mais

Für BaP war bei niedrigem Bodengehalt der Transfer in die Pflanzenwurzel im Gefäß und Freiland gleich (vgl. TFBo-u für BaP auf RefBGV und auf RefBFQ), die Weitergabe an den


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Pflanzensproß lag dagegen im Gefäß wie schon bei PCB 52 wieder höher als im Freiland (vgl. TFu-Sp für BaP auf RefBGV und auf RefBFQ).

Bei höherem BaP-Gehalt konnte trotz dreifach höherer BaP-Gehalte des Bodens im Gefäß gegenüber dem Freiland eine ähnliche BaP-Aufnahme in die Pflanzenwurzeln nachgewiesen werden (vgl. TFBo-u für BaP auf GBGV und auf GBFW). Die BaP-Weitergabe an den Pflanzensproß war im Gefäß höher als im Freiland (vgl. TFu-Sp für BaP auf GBGV und auf GBFW).


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