Remobilisierung von Metall(oid)en durch Biomethylierung aus Böden und Sedimenten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Böden und limnische Sedimente sollten in diesem Teilprojekt untersucht werden, speziell hinsichtlich der Entstehung flüchtiger und gelöster bzw. desorbierbarer alkylierter Metall(oid)spezies, welche die lokalen Ökosysteme beeinflussen können. Während die höchsten Konzentrationen dieser Spezies in Acker- und Gartenböden vorgefunden wurden (Monomethyl-As und –Sb bis zu 56 µg/kg), wiesen Böden von Industriebrachen die niedrigsten Werte auf. Man erklärt sich diese Beobachtungen durch die erhöhte biologische Aktivität kultivierter Böden bzw. durch Kontamination anthropogener Böden mit bakteriotoxischen Metall(oid)en. Die Aktivität der Biomethylierung nimmt mit zunehmender Bodentiefe und damit üblicherweise zunehmendem mineralischen Charakter (gleichzeitig Abnahme der organischen Substanz) ab; entsprechende Abhängigkeiten von Bodenparametern wie pH-Wert, Wassergehalt oder Temperatur konnten dagegen nicht festgestellt werden. Als hinsichtlich ihres Organometall(oid)gehalts besonders interessant erwiesen sich besonders jene Sedimente, die durch anthropogene Nutzung geprägt sind. Im Sediment von Schönungsteichen von Kläranlagen wurden bis zu 28 µg/kg an MMAs, 18 µg/kg an MMSb, 8 µg/kg an MMSn sowie 86 µg/kg an MBSn und 11 µg/kg an DBSn bezogen auf das Trockengewicht nachgewiesen. Die höchsten Organometall(oid)konzentrationen fanden sich in den Sedimentfraktionen, die die höchsten Gehalte an Huminsubstanzen und die kleinsten Korngrößen aufwiesen (große Oberfläche). Der Frage ob es eine jahreszeitliche Abhängigkeit der Konzentration an metalloidorganischen Spezies in den Partikelfrachten eines Fließgewässers gibt, wurde mit Unterstützung des Ruhrverbandes Rechnung getragen. Die Studie, vorgenommen an einem Sedimentationsbecken der Ruhr (Höhe Hattingen), konnte eine verstärkte Biomethylierung von As im Frühjahr und Sommer in der Fließendenwelle und für Sb über die Verlagerung von feinpartikulärem Material zu Zeiten der Niederschlagmaxima aus Böden, belegen. In einer begleitenden experimentellen Inkubationsstudie (SOFIE) wurde die Speziierung von As und Sb an Sedimentporenwasser, gewonnen durch Mikrofiltration (100 nm), nach anorganischer Dotierung ermittelt. Das Sediment war ungestört und das Porenvolumen entsprechend, über den Inkubationszeitraum erhalten. Es wurden Konzentrationen bis zu 4.3 µg/L für DMAs und 2.7 µg/L für DMSb gemessen. Derartige Kolloidsysteme im Porenwasser sind hochgradig bioverfügbar. Weiterhin wurde herausgefunden, dass die Biomethylierung durch Euthrophierung und Versauerung des Gewässers begünstigt wird und für As schneller abläuft als für Sb. Im Experiment traten die dimethylierten Spezies häufiger auf als die entsprechenden monomethylierten im Freiland. Dies könnte möglicherweise mit dem Effekt des begrenzten Zeitfensters des Experiments erklärt werden. Zur Einschätzung der ökotoxikologischen Relevanz wurden Tests an zwei höheren Wasserpflanzen (Lemna minor, Wolffia arrhiza) und einer Grünalge (Selenastrum capricornutum) durchgeführt. Es wurde die Toxizität von AsV, AsIII, MMAsV, MMAsIII, DMAsV, TMAsV, SbIII, SbV und TMSbV getestet. Die höchste Toxizität zeigte MMAsIII, gefolgt von AsIII.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(Siehe online unter https://doi.org/10.5194/bgd-5-1361-2008)
