Phytoremediation Altmayer [Kompatibilit tsmodus] · 10.01.2014 2 Hintergründe Phytoextraktion Erfahrungen Fazit Altmayer, Bogs Phytoremediation – eine Möglichkeit zur Sanierung

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– eine Möglichkeit zur Sanierung kupferbelasteter (Weinbergs)-Böden?

Dr. Bernd Altmayer, DLR Rheinpfalz, Abteilung Phytomedizin, 67435 Neustadt

Prof. Dr. Jochen Bogs, Dualer Studiengang Weinbau und Oenologie, 67435 Neustadt

Fachgespräch „Kupfer im Pflanzenschutz“, Berlin 05.12.2013

Phytoremediation

ErfahrungenErfahrungen FazitFazitHintergründeHintergründe PhytoextraktionPhytoextraktion

Folie 2Altmayer, Bogs Phytoremediation – eine Möglichkeit zur Sanierung kupferbelasteter (Weinbergs-)Böden, Fachgespräch Kupfer, Berlin Dez. 2013

Kupferbelastete Weinbergsböden

HintergründeHintergründe

�� Über hundert Jahre Einsatz von Kupfermitteln Über hundert Jahre Einsatz von Kupfermitteln

�� In Gebieten mit langer Weinbautradition sind In Gebieten mit langer Weinbautradition sind Böden mit GesamtBöden mit Gesamt--Kupfergehalten > 60 mg Cu/kg Kupfergehalten > 60 mg Cu/kg Boden häufig Boden häufig

�� GesamtGesamt--Kupfergehalte liegen zwischen 20 und Kupfergehalte liegen zwischen 20 und über 1000 mg Cu/kg Boden.über 1000 mg Cu/kg Boden.

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Denkbare Gegen- und Sanierungsmaßnahmen


�� Stoppen der Kupferzufuhr?Stoppen der Kupferzufuhr?

�� Verringerung der Bioverfügbarkeit? Verringerung der Bioverfügbarkeit? •• Erhöhung pHErhöhung pH--Wert, HumusgehaltWert, Humusgehalt

•• Zugabe adsorptiver Materialien wie z. B. TonZugabe adsorptiver Materialien wie z. B. Ton

•• Effekte nicht vorhersehbar, evt. umkehrbarEffekte nicht vorhersehbar, evt. umkehrbar

�� Boden austauschen/mischen?Boden austauschen/mischen?•• horizontal oder vertikal mischenhorizontal oder vertikal mischen

•• Entfernen von 10 cm Oberboden:Entfernen von 10 cm Oberboden:

�� Phytoremediation?Phytoremediation?

25 x /ha!

bei 40 t Zuladung



Reduzierung von Belastungen durch Kupfer - Strategiepapier


�� Verzicht auf Kupfermittel Verzicht auf Kupfermittel

�� Einsatz von Ersatzmitteln Einsatz von Ersatzmitteln

�� Verringerte AufwandmengenVerringerte Aufwandmengen»» Optimierter Einsatz (z. B. Prognosemodelle, verbesserte Optimierter Einsatz (z. B. Prognosemodelle, verbesserte

Applikationstechnik, neue Formulierungen)Applikationstechnik, neue Formulierungen)

»» indirekter Pflanzenschutz (z. B. pflanzenbauliche indirekter Pflanzenschutz (z. B. pflanzenbauliche Maßnahmen, optimierte Bestandsführung)Maßnahmen, optimierte Bestandsführung)

»» resistente, robuste Sortenresistente, robuste Sorten

Warum nicht auch:Warum nicht auch:

�� Erhöhung des Kupferentzugs aus der Fläche?Erhöhung des Kupferentzugs aus der Fläche?

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Phytoremediation


Kupferentzug: Im Rahmen einer Promotionsarbeit an der Uni Hohenheim (Katie Mackie) werden die Möglichkeiten untersucht, durch spezialisierte Begrünungsmischungen dem Weinbergsboden Kupfer zu entziehen. Hierzu wurde auf 1500 m2 ein entsprechender zweijähriger Feldversuch angelegt.

http://www.ithaka-institut.org/de/ct/57-R%C3%BCckblick-2012---Jahresbericht



Phytoremediation


� Sanierung von schadstoffbelasteten Böden oder von Wasser mit Hilfe von Pflanzen

� Unterschiedliche Verfahren, die direkt oder indirekt dazu beitragen die Schadstoffe selbst oder ihre Schädlichkeit zu reduzieren

� Phytoextraktion: verstärkte Aufnahme von Schadstoffen und Anreicherung in der Biomasse (Hyperakkumulation), Speicherung in unter- und/oder oberirdischen Organen

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Sanierung durch Phytoextraktion?

�� Schadstoff pflanzenverfügbar?Schadstoff pflanzenverfügbar?

�� Sanierung einer Brache oder im Bestand? Sanierung einer Brache oder im Bestand?

�� Geeignete Pflanzen? Geeignete Pflanzen? (Standortbedingungen, Verträglichkeit, (Standortbedingungen, Verträglichkeit,

Konkurrenz?)Konkurrenz?)

�� Schadstoffaufnahme und Schadstoffaufnahme und ––speicherung?speicherung?

�� Biomassebildung und Schadstoffgehalt Biomassebildung und Schadstoffgehalt

�� Ernte, Entsorgung, Nutzung?Ernte, Entsorgung, Nutzung?

�� Entzug im Verhältnis zur Belastung?Entzug im Verhältnis zur Belastung?

PhytoextraktionPhytoextraktion



Pendant zur eierlegenden Wollmilchsau?


Quelle: http://kamelopedia.mormo .org/index.php/Datei :Wollmilchsau.jp g

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Phytoextraktion von Kupfer (Literaturangaben ohne Chelatorzugabe)


Pflanze Kupfergehalt Spross mg/kg

Kupfergehalt Wurzel mg/kg

Quelle Land

Zea may s Mais Topf 7,1 – 17,2 23,4 - 584 Brun et al. 2001 F

Dacty lis glomerata Knäuelgras Feld 3,5 – 12,2 - Brun et al. 1998 F

Poa annua Einj. Rispengras Feld 10,9 – 11,4 - Brun et al. 1998 F

Rumex acetosella

Kl. Sauer-ampfer Feld 9,78 – 32,7 Brun et al. 1998 F

Hirschfeldia incana Grausenf Topf 355 97 Poschenrieder et al. 2001 E

Sedum sediforme

Nizza-Mauerpfeffer Topf 406 639 Poschenrieder et al. 2001 E

Brassica juncea Brauner Senf Topf 2-8 30 - 180 Ma et al. 2009 P



Literatur Phytoremediation, u. a.

�� Wenig Literatur zur Phytoextraktion in WeinbergenWenig Literatur zur Phytoextraktion in Weinbergen

�� Diplomarbeit Maike Brinkmann (1997): Kupferzehrende Diplomarbeit Maike Brinkmann (1997): Kupferzehrende Begrünung im WeinbergBegrünung im Weinberg

�� U. Pietrzak, N.C. Uren (2011): Remedial options für copperU. Pietrzak, N.C. Uren (2011): Remedial options für copper--contaminated vineyard soilscontaminated vineyard soils

�� Review: K.A. Mackie, T. Müller, E. Kandeler (2012) Review: K.A. Mackie, T. Müller, E. Kandeler (2012) Remediation of copper in vineyards Remediation of copper in vineyards

�� Wird teilweise auch als ungeeignet angesehen (Robinson et Wird teilweise auch als ungeeignet angesehen (Robinson et al., 2009)al., 2009)


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Gedanken

�� Phytoextraktion: schwierig, aber nicht hoffnungslosPhytoextraktion: schwierig, aber nicht hoffnungslos

�� Wenig erforscht unter PraxisbedingungenWenig erforscht unter Praxisbedingungen

�� Als zusätzliche Option denkAls zusätzliche Option denk-- und machbar?und machbar?

�� Kupfergehalte in Weinbergsböden nicht überall hochKupfergehalte in Weinbergsböden nicht überall hoch

�� Phytoextraktion im Bestand als Möglichkeit eine weitere Phytoextraktion im Bestand als Möglichkeit eine weitere CuCu--Akkumulierung zu vermeiden Akkumulierung zu vermeiden

�� Flurbereinigung/Neuanlage: tief rigolen, dann Flurbereinigung/Neuanlage: tief rigolen, dann Phytoextraktion?Phytoextraktion?




Erste (Topf-)versuche

�� Standardboden (lehmiger Sand, Standardboden (lehmiger Sand, LUFA 2.2) mit Kupfersulfatlösung LUFA 2.2) mit Kupfersulfatlösung auf 60 bzw. 120 mg Cu/kg TS auf 60 bzw. 120 mg Cu/kg TS angereichert, unbehandelte angereichert, unbehandelte Kontrolle mit 14,4 mg Cu/kg TS Kontrolle mit 14,4 mg Cu/kg TS

�� Verschiedene Pflanzen in den Verschiedene Pflanzen in den Töpfen (K, 60, 120, dreifacher Töpfen (K, 60, 120, dreifacher Ansatz) im Gewächshaus bzw. der Ansatz) im Gewächshaus bzw. der Vegetationshalle kultiviertVegetationshalle kultiviert

�� Nach Wachstum CuNach Wachstum Cu--Gehalt in Gehalt in Wurzeln und Spross bestimmt Wurzeln und Spross bestimmt

ErfahrungenErfahrungen

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Getestete Pflanzen

�� Brassica juncea (Brauner Senf)Brassica juncea (Brauner Senf)

�� Fagopyrum esculentum (Echter Buchweizen)Fagopyrum esculentum (Echter Buchweizen)

�� Festuca ovina duriuscula (Härtlicher Schwingel)Festuca ovina duriuscula (Härtlicher Schwingel)

�� Hel ianthus annuus (Sonnenblume)Hel ianthus annuus (Sonnenblume)

�� Malva sylvestris (Wilde Malve)Malva sylvestris (Wilde Malve)

�� Raphanus sativus (Ölrettich)Raphanus sativus (Ölrettich)

�� Seca le cereale (Winterroggen) Seca le cereale (Winterroggen)

�� Sinapis alba (Gelbsenf)Sinapis alba (Gelbsenf)

�� Sorghum sudanense (Sudangras)Sorghum sudanense (Sudangras)

�� Vicia faba (Ackerbohne)Vicia faba (Ackerbohne)

�� Zea mays (Mais)Zea mays (Mais)




Getestete Pflanzen


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Aufarbeitung Wurzeln




Aufarbeitung Sprossteile


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Erste Ergebnisse

Kupferaufnahme Zea mays

bezogen auf die Trockenmasse

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

800,00

Kontrolle Kupfer 60 mg Kupfer 120 m g

mg

/k

g T

M

Spros s Wurzel n




Erste Ergebnisse

Durchschnittliche Kupferaufnahme in mg/kg TM3 Wiederholungen jeweils Doppelproben

Getestete PflanzenKontrolle 60 mg Cu 120 mg Cu

Spross Wurzel Spross Wurzel Spross Wurzel

Festuva ovina duriuscula 17,17 43,79 22,77 301,34 26,27 712,88

Helianthus annuus 27,58 52,65 27,18 151,07 24,09 257,45

Malva sylvestris 25,43 78,95 48,52 390,48 42,29 447,44

Raphanus sativus 13,78 38,43 20,82 225,08 41,47 342,44

Secale cereale 18,3 36,53 21,03 235,25 22,22 409,28

Sorghum sudanense 10,56 38,23 16,9 252,85 23,05 466,28

Zea mays 11,75 78,98 14,55 284,14 19,38 675,55


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Erste Ergebnisse

Cu-Gehalt Spross

mg/kg TG

Cu-Gehalt Spross

mg/kg FG

Cu-Gehalt

Wurzel mg/kg TG

Cu-Gehalt Wurzel

mg/kg FG

Kontrolle 11,75 2,26 78,98 9,53

60 mg Cu 14,55 3,16 284,14 41,98

120 mg Cu 19,38 3,83 675,55 169,61

Durchschnittliche Kupfergehalte Spross-/Wurzel von Zea mays




„Spekulationen“

Cu-Gehalt Mais Ø 500 mg/kg TM

Ertrag Energiemais TM Ø 14-18 t/ha

Ertrag Mais als Entzugspflanze 5 t/ha

Vollständige Entfernung 2,5 kg Cu/ha


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Zusammenfassung/Fazit

� Kupferentzug aus der Fläche ist im Strategiepapier bisher nicht berücksichtigt.

� Kupferentzug als Sanierungsmaßnahme setzt höhere Aufnahme von Cu in Pflanzen (oberirdische Teile?) und höhere Biomassebildung voraus.

� Eine Entzugsmaßnahme im Bestand ist bei Dauerkulturen vorstellbar, eventuell auch in Kombination mit anderen Maßnahmen, z. B. vertikale Durchmischung.

� Optimal geeignete Pflanzen müssen noch gefunden werden. Theoretisch wäre z. B. mit Mais ein Entzug von 2,5 kg Cu/ha möglich.

� Es sollte auch in dieser Richtung geforscht werden!

FazitFazit

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