Simultane Minimierung der Arsen Mobilisierung und N2O Emission in Reisfeldböden

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Andreas Kappler; Professorin Dr. Christiane Zarfl
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431072007

Reis ist eine wichtige Nahrungsquelle für Millionen von Menschen in Asien. Die Qualität des Reises wurde oft wegen der Anreicherung von giftigem Arsen, welches sich durch die Bewässerung mit kontaminiertem Wasser in den Reiskörnern ansammelt, diskutiert. In vielen Regionen ist die Verunreinigung des Wassers mit Arsen natürlichen Ursprungs. Arsen wird durch Auswaschen von arsenreichen Gebirgszügen im Grundwasser akkumuliert. Traditioneller Nassreisanbau verhindert die Versorgung des Bodens mit Sauerstoff und erzeugt reduzierende Bedingungen, unter welchen mobiles reduziertes Arsen(III) im Pflanzengewebe aufgenommen und in den Reiskörnern angesammelt werden kann. Der Nassreisanbau hat weiterhin Auswirkungen auf die Produktion von Treibhausen wie N2O. Unter anoxischen Bedingungen kann N2O durch chemische und biotische Denitrifikationsprozesse erzeugt werden. Die Anwendung von Stickstoffdünger verschiebt die Redoxbedingungen im Reisfeldboden in Richtung Denitrifikation. Die mikrobielle Denitrifikation bewirkt die Bildung von Nitrit als Zwischenprodukt und N2 oder N2O als Endprodukt der Reaktion. In Eisen-reichen, reduzierten Reisfeldböden reagiert gelöstes Eisen (II) während des Prozesses der Chemodenitrifikation mit Nitrit und produziert eine enorme Menge des Treibhausgases N2O. Bei der Chemodenitrifikation bilden sich allerdings auch Eisen(III)-minerale, welche durch ihre hochreaktive Oberflächen Arsen sorbieren und somit immobilisieren können. In früheren Studien konnte gezeigt werden, dass die Bildung von Eisen(III)-mineralen im Reisfeldboden die Anreicherung an Arsen in den Reiskörnern vermindern kann. Die Anwendung von weniger oder keinem Stickstoffdünger im Nassreisanbau würde zu einer Verschiebung der Redoxbedingungen in Richtung Eisen(III)-Reduktion führen. Die mikrobielle Eisen(III)-Reduktion löst teilweise Eisen(III)-Minerale und re-mobilisiert somit toxisches Arsen im Boden, verhindert allerdings die Bildung von N2O durch (Chemo)Denitrifikation.Im beantragte Forschungsprojekt liegt der Fokus darauf den Einsatz von Stickstoffdünger so zu optimieren, dass man minimale Mengen an klimaschädlichem N2O im Reisfeldboden produziert und zeitgleich maximal die Immobilisierung von gesundheitsschädlichem Arsen durch Eisen(III)-Mineralbildung anstrebt. In diesem Zusammenhang werden wir experimentelle Datenerfassung mit theoretischer Umweltsystemanalyse kombinieren, um von den experimentellen Bedingungen Rückschlüsse auf natürliche Systeme im großen Maßstab zu ziehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen