Einfluss von Mykorrhizapilzen und assoziativen Bakterien auf die Bioverfügbarkeit von Nähr- und Schadelementen bei Kulturpflanzen auf Schwermetall belasteten Böden

Abstract

In Freiland- und Gefäßversuchen sollten Aufnahme der Schwermetalle (SM) und Wuchsverhalten an Kulturpflanzen im Hinblick auf die Wirkung von arbuskulären Mykorrhizapilzen (AM) Glomus intraradices, des Bakterienstammes Pseudomonas fluorescens (RA56) und als Dualinokulation auf Schwermetall belasteten Böden untersucht werden. Als Versuchspflanzen wurden Mais (Zea maize L.) und Weidelgras (Lolium multiflorum L.) und zusätzlich die Sonnenblume (Helianthus annuus L.) in Gefäßversuchen eingesetzt. Die Schwermetallkonzentrationen in den Böden lagen zwischen 0,5 und 56 mg Cd/kg TS, 17 und 650 mg Cu/kg TS und 110 und 1870 mg Zn/kg TS. Der Sonnenblumenertrag konnte im Gefäßversuch auf dem hoch belasteten Boden mit 36 mg Cd/kg TS, 556 mg Cu/kg TS und 1270 mg Zn/kg TS durch den AM-Pilz um 220 % und in der Dualinokulation um 348 % signifikant zur Kontrolle gesteigert werden. Gleichzeitig erhöhte die AM die Cd-Aufnahme um 29 % und die Dualinokulation um 66 %. Trotz der hohen Cd-Konzentrationen wiesen die Pflanzen mit Pilzbehandlungen keine Schäden auf. Der Maisertrag wurde durch AM und Bakterien im Feldversuch und als Dualinokulation in den ersten beiden Versuchsjahren bis zu 47 % gefördert. Im dritten Versuchsjahr kam es zu einer Ausbreitung der Mykorrhiza auf der gesamten Fläche, so dass eine Wuchsförderung auch auf den Kontrollparzellen statt fand. Durch die Variabilität der Cd -Gesamtgehalte auf der Versuchsfläche war der Vergleich der Aufnahmeraten zwischen den Varianten nur über den Cd-Transferfaktor möglich. In den oberirdischen Pflanzenteilen des Maises zeichneten deutlich eine Abnahme und in die Wurzeln eine Zunahme des Cd-Transfers ab. Gleichzeitig wurden die Mykorrhizainfektionen an den Maiswurzeln erhöht. Durch die Anwendung der Mykorrhiza in Kombination mit den Pseudomonaden können im Mais über mehrere Anbaujahre das Cd in das Erntegut reduziert werden mit gleichzeitiger Ertragserhöhung.

Influence of Mycorrhiza fungi and associate bacteria on the availability of nutrients and heavy metal in culture plants on heavy metal soils The heavy metal uptake and the influence on plant growing in culture plants is analysed in this study. Field- and pot experiments were done. An emphasis of this study was focused on the effect of the arbuscular Mycorrhiza (AM) fungi Glomus intraradices, the bacteria Pseudomonas fluorescens (RA56) and as dual inoculation. Maize (Zea maize L.) and Italien rye (Lolium multiflorum L.) were used and in addition sunflowers (Helianthus annuus L.) in the pot experiments. The concentrations of heavy metals in the soil were measured between 0.5 and 56 mg Cd/kg dry weight (d.w.), 17 and 650 mg Cu/kg d.w. and 110 and 1870 mg Zn/kg d.w. The yield of sunflowers was increased significantly up to 220% with AM fungi in the pot experiments. Cd-absortion increased by 29% in the soil with 36 mg Cd/kg d.w., 556 mg Cu/kg d.w. and 1270 mg Zn/kg d.w. in those pot experiments. With AM and Pseudomonades the yield was increased significantly up to 348% compared to the control group, the Cd-absortion increased by 66%. In spite of high Cd-concentrations, the plants showed no damages. The yield of maize was increased up to 47% due to AM fungi and Pseudomonades in singular and dual inoculation in the field experiments during the first and second year. In the third year, the AM fungi were spread over the whole area and no differences of yield were found. Because of the heterogeneous concentrations of Cd in the field area the comparison of Cd assimilation was allowed only by analysis of the transfer factor in the variants. Within the experimental years, the AM infection rate and the Cd-transfer was increased in the maize roots. On the other hand, the Cd translocation rate was decreased in the shoots. The reduction of Cd rate in monocotyledonous plants and an increase of yield are estimated for long term application of the AM fungi with Pseudomonades.