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Zusammenfassung Band 28

Frank Liebe (1999): Spurenelemente in Böden und Pflanzen Nordrhein-Westfalens - Gehalte verschiedener chemischer Fraktionen in Böden und deren Beziehungen zur Bodenreaktion und den Gehalten in Pflanzen

 

Im Rahmen eines vom Ministerium für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft (MURL NRW) geförderten Vorhabens wurden - verteilt über Nordrhein-Westfalen - 335 Bodenproben von 260 Standorten entnommen, um eine Bewertung der stark variierenden Gehalte an Spurenelementen vorzunehmen. Die ausgewählten Standorte sind charakterisiert durch verschiedene Nutzungen (Ackerland, Grünland, Wald, Haus- und Kleingärten, Altlasten, städtische Freiflächen und Spielplätze) sowie durch sehr unterschiedliche Spurenelementgehalte (nicht oder wenig belastete bis extrem belastete Standorte). Sie umfassen ein breites Spektrum an Ausgangssubstraten, Bodentypen und Bodeneigenschaften, sind jedoch nicht flächenrepräsentativ für Nordrhein-Westfalen. Zur Kennzeichnung des Transfers der Spurenelemente in Pflanzen wurden parallel zu den Bodenproben an verschiedenen Standorten Pflanzenproben, vor allem Weizenkorn von Ackerflächen (N = 89) und Grünkohl von Haus- und Kleingärten (N = 17) entnommen. Die Bestimmung der Gesamtgehalte der Elemente erfolgte für die Boden- und Pflanzenproben mit dem Königswasseraufschluß (für Thallium: HNO3-Aufschluß). Die potentiell mobilisierbare, nachlieferbare Fraktion wurde unter Anwendung eines Cocktails aus 0,025 M EDTA, 1 M NH4OAc und 0,1 M NH2OH.HCl (pH 4,6) bestimmt. Als Extraktionsmittel für die mobile Fraktion wurde 1 M NH4NO3 (Boden-Lösungsverhältnis 1:2,5) eingesetzt. Die Elementkonzentrationen in der Bodenlösung wurden in Bodensättigungsextrakten gemessen. Mit verschiedenen spektrometrischen Verfahren (AAS, ICP-OES) wurden in den Extrakten und Aufschlüssen 18 Elemente analysiert (Al, As, Be, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Sn, Tl, V, Zn). Die untersuchten Elemente weisen starke Unterschiede im Hinblick auf ihre Gesamtgehalte, ihre extrahierbaren Anteile am Gesamtgehalt, ihre Mobilität und Verfügbarkeit auf. Hohe Anteile der mobilisierbaren Fraktion (EDTA-Cocktail) am Gesamtgehalt werden vor allem bei den Elementen Cd, Co, Cu, Mn und Pb erzielt (> 30 %). Die Anteile der mobilen Fraktion am Gesamtgehalt sind bei den Elementen Al, As, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Hg, Pb, Sb, Sn und V niedrig und liegen meist unter 0,1%, während diese bei Ni, Zn, Cu, Mn, Cd und Tl bis zu 3,5 % reichen. Die Anteile der wasserlöslichen Fraktion am Gesamtgehalt liegen bei allen untersuchten Elementen, mit Ausnahme von Cd auf den stark versauerten Waldböden (1,3 %), im Mittel der Proben unter 0,1 %. In den Pflanzenproben liegen die Spurenelementgehalte in der Regel in häufig vorkommenden Bereichen. Die mit den verschiedenen Extraktionsmethoden ermittelten Elementgehalte der Böden sind dann z.T. eng miteinander korreliert, wenn die entsprechenden Fraktionen ähnliche Bindungsformen erfassen. Vor allem die Güte der Beziehungen zwischen den gesamten und den EDTA-Cocktail-extrahierbaren Elementgehalten ist bei einer Vielzahl von Elementen ausgezeichnet (Cd, Co, Cu, Mn, Pb, Zn). Ebenso konnten für eine Reihe von Elementen (As, Cd, Co, Cr, Pb, Sb, Mn und Zn) sehr hoch signifikante und enge bis sehr enge Zusammenhänge zwischen den NH4NO3-extrahierbaren Elementgehalten und den Konzentrationen in der Bodenlösung (Bodensättigungsextrakt) festgestellt werden. Multiple Korrelationsrechnungen belegen, daß bei einigen Elementen (Al, Be, Cd, Mn, Pb und Zn) die NH4NO3-extrahierbaren Elementgehalte als Funktion der Gesamtgehalte bzw. der EDTA-extrahierbaren Elementgehalte und der Bodenreaktion definiert werden können. Ebenfalls konnte für einige Elemente ein starker Einfluß des pH-Wertes der Böden auf die Elementkonzentration in der Bodenlösung (BSE) nachgewiesen werden. Für As, Cd, Cu, Mn, Ni, Pb, Tl, V und Zn bestehen hoch bis sehr hoch signifikante Beziehungen zwischen den NH4NO3-extrahierbaren Gehalten und den Pflanzengehalten (Weizenkorn und / oder Grünkohl und/oder Porree und/oder Gras). Daraus kann geschlossen werden, daß bei den erwähnten Elementen die NH4NO3-Extraktion zur Prognose von Pflanzengehalten eingesetzt werden kann. Das vorliegende Datenmaterial wurde weiterhin dazu benutzt, um Vorschläge für substratspezifische Hintergrundgehalte abzuleiten. Häufigkeitsverteilungen von Elementgehalten in Böden wurden mit Hilfe der Kerndichteschätzung ausgewertet. Für Bodenproben, deren Elementgesamtgehalte auf den geogenen Grundgehalt und ubiquitäre Stoffeinträge zurückzuführen sind, können nach diesem Verfahren in der Regel substratspezifische Hintergrundgehalte ausgewiesen werden. In ähnlicher Weise ableitbar sind typische NH4NO3-extrahierbare Elementgehalte für nicht bzw. wenig belastete Böden. Da die Gesamtgehalte und insbesondere die Bodenreaktion bei vielen Elementen einen starken Einfluß auf die Höhe der mobilen Gehalte ausüben, werden diese jeweils für verschiedene Gesamtgehalte und differenziert nach pH-Stufen angegeben.

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