Schwermetalle Flashcards
Schwermetalle
bei erhöhten Gehalten in der Bodenlösung toxisch
-> Schwermetall-kontaminierte Standorte
= azonale Pedobiome
Blei
- > absorptive Bindung an die ZW des Rindenparenchyms
- > Transportschranke Endodermis
Spurenelemente von Bedeutung
- Zink -> Speicherung in der Vakuole
- Kupfer -> verminderte Membranpermeabilität
- Nickel -> Speicherung in der Vakuole
- Kobalt
- Chrom
Indikatoren
(Zeigerpflanzen)
zur „vegetationsökologischen Prospektion“
natürlicher oberflächennaher Schwermetalllagerstätten (Erzen) schon in historischer Zeit verwendet.
Vorkommen
natürliche, geogene und oberflächennahe Schwermetalllagerstätten
anthropogene, Abbau bedingte, Schwermetall-kontaminierte Bergbauanlagen und Bergbaufolgelandschaften
Galmei
alter bergmännischer Sammelbegriff für schwefelfreie Zinkerze
- vor allem ZnCO3 = Zinkspat = Smithsonit
- seltener auch Zn2[SiO4] = Willemit
Serpentinit
(seltenes, meist dunkelgrünes Gestein)
• hohe Gehalte von Chrom und Nickel
Physiologische Reaktion
= Anpassungen
• Anreicherung der Schwermetallionen in der Pflanze
• Hyperakkumulatoren
= mehr als 1g/kg Schwermetall im Trockengewicht
z. B. Zink-Hyperakkumulatoren
z. B. Zink- & Blei-Hyperakkumulatoren
• Akkumulatoren
= weniger als 1g/kg Schwermetall im Trockengewicht
Wirkung auf die Pflanzen
Wie beim Salz führt ein Überangebot von einem oder mehreren wasserlöslichen Schwermetallen im Boden zu physiologischen Störungen und letztlich zur Toxizität
• Schwermetalle wirken im Cytoplasma toxisch
• Ein Überangebot wirkt daher als selektierender Stressor
• Es bilden sich Sippen (Taxa) heraus, die den edaphischen (bodenabhänigen) Stressparameter „Schwermetalle“in unterschiedlicher Weise tolerieren
-> schwermetalltolerante Arten
= Chalkopyhten
= Metallophyten
= Schwermetallpflanzen
Hyperakkumulatoren
Armeria halleri – Galmei-Grasnelke
-> Zink- & Blei-Hyperakkumulator
Thlaspi alpestre - Galmei-Hellerkraut
-> Zink-Hyperakkumulator
Einfluss des Ionenangebotes
Einfluss des Ionenangebotes im Wurzelraum auf die Ertragsbildung (nach Wallnöfer & Engelhardt 1984)
Abbildung
Schwermetall-Toleranzen
• elementspezifisch
= nur gegenüber einem bestimmten Ion
• artspezifisch
= unterschiedliche Pflanzenarten zeigen unterschiedliche Toleranzen
• durch unterschiedliche physiologische Reaktionen
gekennzeichnet
• nie als generelle Schwermetall-Toleranz ausgeprägt
• allenfalls schwach als Ko-Toleranzen oder multiple Toleranzen ausgeprägt
Aufnahme der Schwermetalle
• erschwert durch hohe Calcium- und Phosphat-Gehalte
• erleichtert durch hohe Protonen-Gehalte
• Wurzelexsudate können an Bodenpartikel adsorbierte
Schwermetallionen mobilisieren aber
diese können sie auch im perirhizalen Raum komplexieren und so deren Aufnahme erschweren
• die Aufnahme von Schwermetallionen durch mit den Wurzeln verbundene Mykorrhiza erschwert
Verteilung der Schwermetalle in den Pflanzen
• Allokationsmechanismen kaum bekannt
• Akkumulation
- in der Wurzel höher als im Spross und dessen Anhangsorganen
- in Früchten selbst bei hoher Schwermetallbelastung
nahezu nicht vorhanden
- stark in den epidermalen Vakuolen der Blätter, aber nicht in den Stomata
- sehr stark in den Blattemergenzen (Blatthaaren) wie bei Halophyten
- Hyperakkumulatoren reichern wohl stark im Blattmesophyll an (Zn & Cd)
Phytoremediation
verschiedene Verfahren zur Nutzung der Akkumulation bei der biogenen Reinigung kontaminierter Standorte
• Phytodegradation
= Unschädlichmachung hochmolekularer, organischer Verbindung
- nicht bei Schwermetallen
-> z. B. bisweilen bei der Beseitigung von Sprengstoffen
• Phytostabilisierung
= Verminderung der Bioverfügbarkeit
-> z. B. Beseitigung von Radionukliden auf Bergbauhalden
• Rhizofiltration
= Aufnahme von Schadstoffen durch Pflanzenwurzeln
-> z. B. Reinigung von Abwässern
• Phytoextraktion
= Aufnahme von Schadstoffen durch Hyperakkumulatoren
- nach unterschiedlicher Zahl an Ernte-Wiederholungen können Kontaminationen deutlich vermindert werden
-> z. B. Beseitigung von Schwermetallen mit anschließender Veraschung der aufnehmenden Pflanzen
