Von allen Schwermetallen, die als Schadstoffe in landwirtschaftlich genutzten Böden vorkommen, stellt Arsen (As) die größte Gefahr für die menschliche Gesundheit dar. Ebenso wie ein häufiger Schadstoff in Ackerböden im Hochland, die fast 90 % der landwirtschaftlichen Böden der Welt ausmachen. In seiner fünfwertigen Form, bekannt als Arsenat [As(V)]As wird leicht von den in diesen Böden angebauten Pflanzen aufgenommen und gelangt durch sie in den menschlichen Körper.
Es wurden daher große Anstrengungen unternommen, um die Aufnahme von Schwermetallverunreinigungen durch in kontaminierten Böden angebaute Feldfrüchte zu verringern. Frühere Studien haben gezeigt, dass Calciummaterialien wie Calcit und Phosphogips bei der Immobilisierung von Schwermetallverunreinigungen wirksam sind. Ihre Wirksamkeit bei der Verringerung der As(V)-Verfügbarkeit für Feldfrüchte ist jedoch nicht klar.
Um diese Wissenslücke zu schließen, bewertete ein Forscherteam unter der Leitung von Professor Chang Oh Hong von der Pusan National University (PNU) in Korea die Wirksamkeit von Calcit und Phosphorgips bei der Reduzierung der Verfügbarkeit von As(V) für Nutzpflanzen. Ihre Ergebnisse wurden in der veröffentlicht Zeitschrift für gefährliche Materialien.
„Phosphogips ist ein Nebenprodukt, das bei der Erzeugung von Phosphatdünger entsteht, während Calcit ein sehr häufiges Mineral ist, das in Kalkstein vorkommt. Beide verändern im Wesentlichen den pH-Wert des Bodens, was wiederum die As(V)-Verfügbarkeit für Pflanzen beeinflusst . Frühere Studien haben sich jedoch weder mit der Wirkung von Calciummaterialien auf die Phytoverfügbarkeit von As(V) befasst, noch haben sie den Mechanismus untersucht, durch den dies auftreten kann. Diese Studie ist daher ein wichtiger Schritt in diese Richtung“, sagt Prof. Hong .
Dementsprechend versetzten die Forscher Proben von Ackerböden aus dem Hochland, die von einer Versuchsfarm an der PNU gesammelt wurden, mit As(V), um eine maximale Kontrolle über die Bodenbedingungen zu haben. Als nächstes fügten sie nach einer nassen Alterungsperiode, um die Entwicklung stabiler As-Ionen zu ermöglichen, entweder Calcit oder Phosphogips in unterschiedlichen Raten hinzu und ließen die Böden 8 Wochen lang zur Inkubation.
Bei der Durchführung einer chemischen Analyse der Böden nach der Inkubationszeit stellten die Forscher fest, dass Phosphorgips As(V) im Boden wirksamer immobilisiert als Calcit.
Sie schlugen vor, dass dies auf einen durch Phosphogips induzierten Mechanismus zurückzuführen ist, bei dem Sulfat (SO42-)-Ionen mit Hydrogenarsenat (HAsO42-)-Ionen ausgetauscht wurden, was wiederum zu einer verringerten As(V)-Verfügbarkeit führte. Der Substitutionsmechanismus eignete sich besonders gut für Ackerböden im Hochland, was die höhere Wirksamkeit von Phosphorgips erklärt.
Obwohl der Befund aufregend ist, ist Prof. Song vorsichtig, was seine Auswirkungen angeht. „Während unsere Studie zeigt, dass Phosphorgips ein optimaler Kalziumdünger zur Bodenverbesserung ist, sind noch weitere Untersuchungen erforderlich, um die langfristigen Auswirkungen seiner Verwendung zu sehen“, sagt er. „Unsere Ergebnisse bringen uns jedoch einen Schritt näher, landwirtschaftliche Produkte für den Verzehr sicher zu machen“, schließt Prof. Hong.
Mehr Informationen:
Hyun Ho Lee et al, Optimierung von Calciummaterialien zur Minimierung der Phytoverfügbarkeit von Arsenat in Ackerböden im Hochland basierend auf geochemischen Analysen, Zeitschrift für gefährliche Materialien (2023). DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.130927
Zur Verfügung gestellt von der Pusan National University