die auswirkungen der belastung eines lebensraumes rositz ... · hidrocarburi alifatice. ori...

Die Auswi rkungen der Be las tung e ines Lebensraumes

Ros i tz -Thür ingen/Deutsch land mi t Teer und se iner

Dekontaminat ion auf den Mangan- , Z ink- , Kupfer - und

Molybdänt ranspor t in der Nahrungsket te des Menschen

Editor: Ioan Crăciun

Tehnoredactare: Nazâru Iulian

Editura Ars Docendi – Universitatea din Bucureşti EDITURĂ CU PROFIL ACADEMIC ŞI CULTURAL, RECUNOSCUTĂ DE CNCSIS

Şos. Panduri 90, sector 5, Bucureşti Tel./Fax: +4 021 410 25 75

E-mail: [email protected]

Gutachter 1. Prof. Dr. M. Anke

2. Prof. Dr. W. Merbach 3. Prof. Dr. A. Vădineanu

Tag des Rigorosums 02 März 1999

Tag der öffentlichen Verteidigung 25 März 1999

Foto coperta: prof. dr. dr. M. Anke

Copyright © Aurora Daniela Neagoe, 2008 Tipărit la Tipografia Editurii „Ars Docendi“

Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României NEAGOE, AURORA Die Auswirkungen der Belastung eines Lebensraumes (Rositz, Thütringen) mit Teer und seiner Dekontamination auf den Mangan-, Zink-, Kupfer- und Molybdäntransport in der Nahrungskette des Menschen / Aurora Neagoe. - Bucureşti : Ars Docendi, 2008 Bibliogr. ISBN 978-973-558-366-8 504.054:546.3

Dr. AURORA DANIELA NEAGOE Bukarest Universität, Fakultät für Biologie

Die Auswirkungen der Belastung eines Lebensraumes

Rositz-Thüringen/Deutschland mit Teer und seiner Dekontamination auf den Mangan-, Zink-, Kupfer- und Molybdäntransport in

der Nahrungskette des Menschen

Dissertat ion

zur Er langung des akademischen Grades doctor rerum natural is (Dr . rer . nat . )

vorgelegt dem Rat der Biologisch-Pharmazeutischen Fakul tät der Fr iedr ich-Schi l ler -Universi tät Jena

von Diplomchemiker in Aurora Neagoe

Dr. AURORA DANIELA NEAGOE Universitatea din Bucureşti, Facultatea de Biologie

Efectul contaminării cu gudron a zonei Rositz-Thuringia/Germania şi al decontaminării termice

asupra conţinutului de mangan, zinc, cupru şi molibden din vegetaţie si asupra transferului acestor microelemente către populaţia umană

Teză de doctorat

Pentru obţinerea gradului academic de doctor în ştiintele naturii (Dr. rer. nat.)

Facultatea de Biologie şi Farmacie, Universitatea Friedrich-Schiller Jena/Germania

Neagoe Aurora Daniela

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung und Aufgabenstellung 1

1.1 Einleitung 1

1.2 Aufgabenstellung 5

2 Material und Methoden 6

2.1 Das Untersuchungsgebiet Rositz 6

2.2 Entnahme und Aufarbeitung der Bodenprobe 9

2.3 Das Sammeln der Wild- und Kulturpflanzen 9

2.4 Durchführung der Gefäßversuche im Gewächshaus 10

2.5 Die Duplikatstudie mit erwachsenen Mischköstlern aus Rositz 10

und Kontrollgebiet Jena

2.6 Die Probenvorbereitung 11

2.7 Die Bestimmung der Spurenelemente Mangan, Zink, Molybdän 12

und Kupfer

2.8 Auswertung und biostatistische Verrechnung der Ergebnisse 15

3 Ergebnisse der Untersuchungen 16

3.1 Mangan 16

3.1.1 Literaturüberblick 16

3.1.2 Der Mangangehalt der Böden des teerbelasteten Rositzer 22

Lebensraumes

3.1.2.1 Die Mangankonzentration des Bodens auf sechs Rositzer 22

Werkstandorten

3.1.2.2 Die Mangankonzentation des Bodens unterschiedlicher 22

Bodenhorizonte auf dem Werksgelande

3.1.2.3 Die Mangankonzentrationen teerkontaminierten und termisch 23

dekontaminierten Böden des Werksgelandes

3.1.2.4 Die Mangankonzentration der in dem Gefäßversuchen 24

verwendeten Böden

3.1.3 Die Auswirkungen des Anbaues von Hafer, Senf und Spinat auf 25

teerbelasteten Rositzer Boden und seines Glührückstandes auf

den Mangantransfer in den Nahrungskette

3.1.3.1 Hafer 25

3.1.3.2 Senf 30

3.1.3.3 Spinat 33

3.1.4 Der Mangangehalt verschiedener Wild- und Kulturpflanzen des 35

teerbelasteten Lebensraumes Rositz

3.1.5 Der Manganverzehr erwachsener Mischköstler der Lebensräume 37

Jena und Rositz

3.2 Zink 39


3.2.2 Der Zinkgehalt des Böden des teerbelasteten Rositzer 46

Lebensraumes

3.2.2.1 Die Zinzkonzentration des Bodens auf sechs Rositzer Werkstandorten 46

3.2.2.2 Die Zinkkonzentration des Bodens unterschiedlicher Boden- 47

horizonte auf dem Werkgelände

3.2.2.3 Die Zinkkonzentration teerkontaminierter und termisch dekonta- 48

minierter Böden des Werksgeländes

3.2.2.4 Die Zinkkonzentration der in den Gefäßversuchen verwendeten Böden 48


teerbelasteten Rositzer Bodens und seines Glührückstandes auf den

Zinktransfer in der Nahrungskette

3.2.3.1 Hafer 49

3.2.3.2 Senf 50

3.2.3.3 Spinat 51

3.2.4 Der Zinkgehalt verschiedener Wild- und Kulturpflanzen des terbelas- 52

teten Lebensraumes Rositz

3.2.5 Der Zinkverzehr erwachsener Mischköstler der Lebensräume Jena 54

und Rositz

3.3 Kupfer 56

3.3.1 Literarurüberblick 56

3.3.2 Der Kupfergehalt der Böden des teerbelasteten Rositzer Lebens- 61

raumes

3.3.2.1 Die Kupferkonzentration der Böden auf sechs Werkstandorten 61

3.3.2.2 Die Kupferkonzentrationen der Böden unterschiedliche Boden- 62

horizonte auf dem Rositzer Werksgelände

3.3.2.3 Die Kupferkonzentration teerkontaminierter und dekontaminierter 63

Böden des Rositzer Werksgeländes

3.3.2.4 Die Kupferkonzentration der im Gefäßversuchen verwendeten Bö- 64

den



den Kupfertransfer in dee Nahrungskette

3.3.3.1 Hafer 64

3.3.3.2 Senf 66

3.3.3.3 Spinat 66

3.3.4 Der Kupfergehalt verschiedener Wild- und Kulturpflanzen 67

desteerbelasteten Lebensraumes Rositz

3.3.5 Des Kupferverzehr erwachsener Mischköstler des Lebensraumes 70

Rositz in Vergleich zum Kontrollgebiet Jena

3.4 Molybdän 73


3.4.2 Der Molybdängehalt der Böden des teerbelasteten Rositzer 78

Lebensraumes

3.4.2.1 Die Molybdänkonzentration der Böden auf sechs Werkstandorten 78

3.4.2.2 Die Molybdänkonzentration des Bodens unterschiedlicher Boden- 79

horizonte auf dem Werksgelände

3.4.2.3 Die Molybdänkonzentration teerkontaminierter und termisch dekonta- 80

minierter Böden des Werksgeländes

3.4.2.4 Die Molybdänkonzentration der in den Gefäßversuchen verwendeten 81

Böden



den Kulturpflanzen in der Nahrungskette

3.4.3.1 Hafer 82

3.4.3.2 Senf 83

3.4.3.3 Spinat 83

3.4.4 Der Molybdängehalt verschiedener Wild- und Kulturpflanzen des 84

teerbelasteten Lebensraumes Rositz

3.4.5 Der Molybdänverzehr erwachsener Mischköstler des Lebensraumes 87

Rositz im Vergleich zum Kontrollgebiet Jena

4. Diskussion der Ergebnisse und Schluβfolgerungen 90

4.1 Mangan 91

4.2 Zink 92

4.3 Kupfer 94

4.4 Molybdän 95

5 Zusammenfassung 97

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis AAS Atomabsorptionsspektroskopie

cv Variationskoeffizient

HCL Saltzsäure

ICP-OES Optische Emmissionsspektroskopie mit indultiv gekoppeltem Plasma

n Anzahl

PAK Polycyklische aromatische Kohlenwasserstoffe

PAK EPA der amerikanischen Umweltschutzbehörde ''Environmental Protec-

Protection Agency''

PAK TVO Polycyklische aromatische Kohlenwasserstoffe der Trinkwasser-

Verordnung (6)

s Standardabweichung

TLL Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft

TS Trockensubszanz

TVO Trinkwasserveeordnung

TVW Teerverarbeitungswerk

x Aritmetischer Mittelwert

I

Prefaţă

Acest studiu a fost realizat in cadrul unor proiecte finanţate de Ministerul Cercetării

din Germania (Bundesministerium für Bildung und Forschun - BMBF), obţinute de o

echipă de cercetare din domeniul Ecotoxicologiei si Ştiintei Alimentaţiei, echipă

coordonată de Prof. dr. dr. hc. Manfred Anke (foto).

Personalitate recunoscută pe plan mondial in domeniul

biogeochimiei metalelor grele, Prof. Anke a reuşit sa îndrume paşii

multor generaţii de doctoranzi pe drumul ştiintei si cercetării. Pe

perioada derularii activitaţilor de cercetare, doctoranzii s-au simţit

ca într-o familie ceva mai numeroasă, in care Prof. Anke li se

adresa astfel: “meine liebe Spuren- und Ultraspurenelemenete”. Doctoranzii straini

ajungeau în general în Germania fară a putea rosti o vorbă în limba lui Goethe si

Schiller. Toţi aveau insă obligaţia să frecventeze cursurile de ecotoxicologie susţinute

de Prof. Anke, încă de la începutul stagiului doctoral. Aşadar, după luni de trudă,

ajungeau să inţeleagă şi mai mult decat atât, să se bucure de privilegiul de a audia

aceste prelegeri de ecotoxicologie prezentate cu multă dăruire de catre profesor.

Iniţiativa si creativitatea doctoranzilor, şi in general a cercetatorilor erau foarte

apreciate de Profesor insă, ele trebuiau deopotrivă să fie imbinate cu hărnicie şi

meticulozitate. Altfel spus, cine a reuşit să ducă la bun sfarşit stagiul doctoral sub

coordonarea Profesorului rămâne inoculat cu microbul cercetării pe tot restul vieţii.

După încetarea activităţii didactice, Profesorul a continuat şi continuă să scrie carţi şi

să ne onoreaze cu prezenţa şi discursurile lui despre elemente în urme, la

evenimentele ştiintifice unde nu de puţine ori este invitat de onoare. În anul 1994 a

primit la Timişoara titlul de doctor honoris cauza, înmânat de comitetul de organizare

a simpozionului international “Metal Elements in Environmental Biology and

Medicine”. Prelegerile Profesorului sunt totdeauna mult aşteptate şi savurate de

tinerii şi mai puţin tinerii cercetători. Cert este că nu există “metalist” care să nu fi

aflat măcar de existenţa celui mai mare dintre “metaliştii” contemporani, cel care face

II

de altfel parte şi din comitetul de experţi în cadrul organismelor WHO (World Health

Organization) si FAO (Food and Agriculture Organization).

Exigent si deopotrivă prietenos, Profesorul Anke are uşile larg deschise pentru foştii

doctoranzi, angajaţi şi in general cercetători şi cadre didactice. Un astfel de profesor,

este cu sigurantă un model şi rămâne în amintirea multor generaţii.

O dată cu apariţia acestui volum exprim mulţumiri care nu vor fi niciodată suficiente,

şi sentimentul de gratitudine distinsului Profesor dr. dr. hc. Manfred Anke, autoritate

şi notorietate în domeniul biogeochimiei elementelor în urme.

Neagoe Aurora

III

Cuvânt înainte

De peste nouăzeci de ani zona ALTENBURG din THURINGIA/GERMANIA, zonă în

care este amplasat ROSITZ, posedă cea mai importantă industrie cocsochimică şi

petrochimică din estul Germaniei, industrie care a funcţionat între 1917 şi 1990.

Neglijenţa în producţie şi ignoranţa au dus la evacuarea în solurile din zonă a unor

cantităţi imense de reziduuri, gudroane şi produşi secundari. Într-o zonă de 5 km2

există numeroase gropi neamenajate rezultate prin exploatarea la zi a cărbunelui

brun care conţin peste 1 milion de m3 de asemenea produşi secundari în care,

estimativ, sunt 26 t hidrocarburi aromate policiclice PAH, 50 t fenoli, 25000 t

hidrocarburi alifatice. Ori efectele mutagene şi cencerigene ale PAH sunt de mult

cunoscute. Principalul component foarte activ este benzo(a)pirenul. Zona Rositz nu

a fost contaminată în mod direct cu metale grele, însă procesul tehnologic de

obţinere si prelucrare a grudonului a indus o contaminare suplimentara cu metale,

reflectată si de produşii secundari. Se cunoaşte de asemenea, efectul poluant al unor

metale grele care prin bioacumulare pătrund în lanţul trofic.

Subiectul tezei de doctorat a doamnei dipl. chim. Aurora NEAGOE face parte dintr-un

program mai amplu de studiere a potenţialului de bioacumulare / bioconcentrare atât

a compuşilor organici cât şi a celor anorganici în lanţul trofic, zona ROSITZ fiind un

caz extrem şi tipic cu valoare de exemplu-pilot şi pentru alte zone similare.

Elucidarea transferului către populaţia umană a Mn, Zn, Cu şi Mo prin producătorii

primari a impus evaluarea cantitativă a acestor metale în sol - principalul

compartiment de stocare, precum şi analiza asimilării lor de către plante din flora

spontană sau din cea cultivată. Ca o concluzie urma să se recomande soluţii optime

de management al mediului în termeni de tehnologii de decontaminare şi utilizare a

solului decontaminat.

Tema tezei de doctorat este actuală, importantă şi pentru România prin valoarea ei

de exemplu-pilot, este interdisciplinară dar fundamentată pe chimie, în special pe

circuitele biogeochimice ale metalelor. Caracterizarea distribuţiei metalelor în

ecosistemele studiate pe lanţul sol-plante-populaţia umană apare logică şi necesară,

impusă de elucidarea prin alte cercetări a căilor sol-apă freatică-apă de suprafaţă-

IV

ihtiofaună-populaţie umană sau sol-atmosferă-zone rurale-populaţie umană. Sesizăm

compartimentul ţintă: populaţia umană.

Structura tezei

Teza de doctorat prezentată de domana Aurora NEAGOE cuprinde exact 100 de

pagini, aşa cum prevede legea germană, şi este structurată pe cinci capitole:

1. Scopul programului de cercetare, obiective şi activităţi

2. Materiale şi metode. Caracterizarea zonei ROSITZ, analiza solului, culturi de

plante - test pe diferite amestecuri de soluri poluate şi nepoluate. Determinări

analitice.

3. Rezultele cercetărilor structurate pentru fiecare metal pe subdiviziunile:

3.1 Referat de literatură

3.2 Determinări analitice în sol pe orizonturi diferite

3.3 Determinări analitice în solul utilizat pentru experimentele pe plante

3.4 Evaluarea asimilării metalului studiat de către plantele: ovăz, muştar alb şi

spanac şi prelucrarea statistică a rezultatelor

4. Discuţii asupra rezultatelor şi concluzii

5. Rezumatul general cu privire asupra fiecărui metal în parte

Teza de doctorat este întregită de o bogată literatură însumând 268 lucrări citate din

care 34 sunt ale conducătorului ştiinţific. Prin prezentarea literaturii studiate se

subliniază marea importanţă a subiectului tezei pentru diferite ecosisteme din lume

poluate similar şi experienţa conducătorului ştiinţific în domeniu.

Autoarea, doamna dipl. chim. Aurora NEAGOE a valorificat o parte din rezultatele

obtinute în timpul stagiului doctoral, în 13 lucrări dintre care în 4 lucrări este prim

autor.

Capitolul 1 Introducere

În acest capitol se trec în revistă cercetările întreprinse sistematic de colectivele

Universităţii “Friedrich Schiller” din Jena, inclusiv de colectivul profesorului

conducător ştiinţific, Prof. Dr. Dr. h.c. Manfred Anke, asupra lanţurilor trofice în ce

priveşte benzo(a)pirenul şi alte PAH.

V

Planul de lucru (pag. 5) a cuprins următoarele etape de cercetare:

1.1 Analiza cantitativă a Mn, Zn, Cu, Mo în solul contaminat cu gudron, în

dependenţă de locul şi adâncimea de la care au fost prelevate probele

1.2 Determinarea metalelor în probe medii de sol din Rositz înainte şi după

decontaminarea termică (prin ardere în cuptoare cu propan la 1000-1200oC)

1.3 Examinarea transferului microelementelor Mn, Zn, Cu şi Mo în plantele: ovăz,

muştar, spanac prin cultivarea acestora în cinci tipuri de substrat solid

1.4 Evaluarea manifestărilor de carenţă sau de intoxicare a plantelor cu metale

Prezentarea conţinutului în microelemente în plante furajere, legume, plante

aromate, seminţe şi fructe din zona Rositz în comparaţie cu zone pedologic similare

luate ca martor. Efectuarea unor studii duplicat cu subiecţi din zona Rositz şi Jena

pentru examinarea asimilării microelementelor în cele două zone.

Capitolul 2 Material şi metode

În circa 10 pagini se stabilesc:

modalităţile de prelevare a probelor de sol

prelevarea probelor de plante din flora spontană şi cea cultivată din zona

Rositz şi dintr-o zonă pedologic similară din Jena-Ronnenburg.

Probele au constat din mere, pere, gulioare, pătrunjel, praz, cartofi, morcov, ceapă,

mărar, completate în 1996 cu castraveţi, boabe de grâu, secară şi orz de primăvară,

seminţe de rapiţă, trifoi roşu, trifoi alb, grâu verde şi porumb verde pentru furaj ;

experimentele au fost efectuate utilizand urmatoarele specii de plante : ovăz, muştar,

spanac.

Substraturile din variantele experimentale au fost următoarele:

sol martor din zona Jena

sol contaminat cu gudron din zona Rositz

reziduul decontaminării după ardere

amestec format din 50% sol contaminat cu gudron din Rositz şi 50% sol

martor

amestec format din 50% reziduu de la calcinare şi 50% sol martor

Numărul de repetiţii a fost 6. S-au evaluat:

VI

producţia de masă verde

cantitatea de substanţă uscată

dezvoltarea rădăcinilor

studiul duplicat pe persoane adulte, între 20 şi 70 de ani, 10 femei şi 10

bărbaţi din zona Rositz şi din Jena. S-a urmărit evaluarea conţinutului de

microelemente din alimentele solide şi lichide ingerate.

Pentru analiza chimică s-au folosit metode spectrale de emisie, de abosrbţie atomică,

spectrofotometrie de flacără după o mineralizare cu apă regală.

Capitolul 3 Rezultate

În acest capitol pentru fiecare metal se expun:

3.1 Cercetarea literaturii cu privire la provenienţa, conţinutul şi importanţa metalului în

soluri şi plante

3.2 Conţinutul metalului cercetat în solul contaminat cu gudron din zona Rositz

3.3 Conţinutul în solul decontaminat prin ardere

3.4 Conţinutul în solurile folosite în testul pe plante

3.5 Influenţa transferului de metal în circuitul nutriţional asupra dezvoltării şi

producţiei culturilor de ovăz, muştar, spanac.

3.6 Măsurători biometrice şi analiza plantelor test

Capitolul 4 Discuţii şi interpretări şi Capitolul 5 Concluzii

Problema centrală de elucidat prin teza de doctorat a fost aceea de a stabili

aprovizionarea locală, respectiv supraaprovizionarea cu microelementele importante

pentru viaţă: Mn, Zn, Cu şi Mo. A doua problemă, subsidiară, a fost să se stabilească

dacă reziduul de la calcinarea solului contaminat poate fi folosit în cultura plantelor.

Transferul microelementelor din sol prin plante în nutriţia populatiei umane nu este

cunoscut şi teza de doctorat aduce o importantă contribuţie originală în această

situaţie ecologic-punctuală.

Cercetările întreprinse concluzionează că între ecosistemele studiate nu există

diferenţe semnificative în ce priveşte concentraţile în sol ale celor patru elemente

analizate;

Cum era de aşteptat, concentraţia de metale scade cu adâncimea;

VII

Se constată o distribuţie corelată în sol între Zn şi Cu, distinctă de a celorlalte

două metale;

Mn şi Zn sunt acumulate în producătorii primari în timp ce Mo şi Cu sunt

concentrate;

Factorul de acumulare/concentrare scade în ordinea Cu > Mo > Zn > Mn;

În alimentaţia zilnică, aportul de metale depinde major de bunurile produse pe

plan local pentru Zn, Mn, Mo, dar nu şi pentru Cu;

Nu s-a constatat nici un efect toxic asupra populatiei umane; concentraţiile de

metal în plantele din zona Rositz sunt mai mici decât cele din zona de control;

Aportul de metale din alimentaţie se încadrează în limite normale;

Decontaminarea termică conduce la creşterea puternică a conţinutului de metale

şi induce mărirea cantităţii de metal asimilat de plante;

Reziduurile de la decontaminare pot fi folosite în industria materialelor de

construcţii.

_____________________________________

Din examinarea tezei de doctorat prezentată de doamna Aurora NEAGOE se pot

concluziona următoarele:

1 Tema luată în lucru se înscrie în preocupările de cercetare fundamentală şi

aplicată a mediului şi exemplul concret ales are valoare de studiu pilot putând fi

extins la numeroase cazuri similare;

2 Dizertaţia dă răspuns, argumentat prin cele 2000 de analize efectuate, la

problemele din enunţ;

3 Cercetarea ştiinţifică efectuată a fost condusă după un plan riguros pe lanţul sol

contaminat-plante-populaţie umană;

4 Se demonstrează că există corelaţii între etapele din circuitul studiat;

5 Confruntarea datelor experimentale obţinute, bine prelucrate statistic, cu cele din

literatură este corectă şi ingeniosă;

6 Se demonstrează că după decontaminarea termică reziduul nu mai este apt

pentru cultura plantelor, singur sau în amestec cu un sol necontaminat, nici a

celor din flora spontană şi nici a celor cultivate.

VIII

7 Se recomandă utilizarea reziduului ca materie primă în industria de construcţii

8 Aportul de metale în nutriţia populaţiei umane din zonă este satisfăcător, el

încadrându-se în limite normale

Având în vedere că prin studiul sistematic fundamental şi aplicativ autoarea a

dovedit:

capacitate de selecţie şi sistematizare a unui vast material bibliografic (peste 265

de lucrări)

orientare, discernământ îi pregătirea teoretică superioară în alegerea variantelor

experimentale; cunoaşterea în profunzime a multor tehnici experimentale şi

analitice aplicate;

o foarte bună încadrare în echipa care a realizat întregul program de studiu

capacitate de sinteză, corelare ingenioasă şi prelucrare statistică a datelor

experimentale

contribuţii originale în transferul microelementelor din sol în plante şi alimentaţa

populaţiei umane;

posibilităţi sigure de redactare, frazare clară şi extrem de concisă;

prezentare grafică corectă şi elegantă a cercetăilor;

Consider că teza de doctorat este la bun nivel şiinţific, completă şi demonstrează pe deplin calităţăile de cercetător ştiinţific ale Doamnei Aurora NEAGOE. Dacă susţinerea publică a acestei teze s-ar fi făcut la Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, teza ar fi fost admisă cu calificativul foarte bine. Facultatea de Chimie Industrială Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti Prof. Dr. Ing. Gheorghe C. Constantinescu

Teză de doctorat, autor Aurora Daniela Neagoe

IX

1 Analiza critică a cunoaşterii

Cadrul general: deteriorarea sistemelor ecologice

Deteriorarea sistemelor ecologice reprezintă modificarea structurală a acestora

care determină reducerea ofertei de bunuri şi servicii. O formă particulară de

deteriorare este poluarea, adică modificarea structurii unităţii hidrogeomorfologice

la nivelul componentelor fizico-chimice şi chimice. În funcţie de intensitatea poluării,

capacitatea de dispersie a poluantului, particularitaţile fizico-chimice şi

biodegradabilitatea sa, acest tip de deteriorare se poate manifesta la diferite scări

spatio-temporale.

O situaţie particulară este interceptarea fluxurilor de poluanţi de către populaţia

umană, caz în care problema capătă dimensiuni nu doar ecologice/economice, ci şi

sociale, prin afectarea stării de sănătate a populaţiei.

Contaminarea cu gudron

Contaminarea cu gudron reprezintă o formă de deteriorare prin poluare cu efecte

pe plan local (ecosistemic sau al complexelor de ecosisteme locale, în funcţie de

intensitatea poluării), datorită capacităţii reduse de dispersie a compuşilor care intră

în structura sa. Acest tip de deteriorare a mediului este specific zonelor industriale

în care se desfaşoară activităţi de prelucrare a cărbunelui şi petrolului.

Tabelul 1 prezintă aspecte particulare ale acestui tip de deteriorare în zona

industrială Rositz. Se poate constata că în cazul zonei Rositz, dincolo de reducerea

ofertei de bunuri si servicii a sistemelor naturale şi seminaturale este afectată şi

starea de sănătate a populaţiei umane.

Contaminarea cu metale Metalele grele sunt printre poluanţii ubicuitari, fiind distribuite la nivelul tuturor

compartimentelor. În acelasi timp, toate metalele sunt natural întâlnite la nivelul


X

unor concentraţii de fond. Fiecare metal poate fi caracterizat de un factor de

perturbare

antropogena, definit ca raportul dintre intrările naturale anuale globale şi cele

antropice. Pb, Cd, Cu si Zn au cei mai ridicaţi factori de perturbare antropogenă, şi

intră în categoria metalelor de primă importanţă ecotoxicologică, alături de Hg, care

are un factor subunitar, dar este foarte toxic. Poluarea cu metale are multiple surse,

între care cele asociate activitaţilor industriale sunt de primă importanţă. Scara de

manifestare este locală in cazul ecosistemelor terestre, datorită posibilitaţilor reduse

de dispersie, dar poate deveni regională în cazul antrenării poluanţilor în sistemele

fluviale.

Zona Rositz nu a fost contaminată în mod direct cu metale grele. Procesul

tehnologic de obţinere si prelucrare a grudonului poate induce însa o contaminare a

acestora cu metale, reflectată si de produşii secundari. Datorită faptului ca impactul

PAHs este mult mai puternic, efectul poluării cu metale nu a putut fi decelat în mod

direct. S-a impus, ca urmare, efectuarea unui studiu cu privire la distribuţia şi

acumularea metalelor în sistemul actual.

Un aspect important este ca una dintre tehnologiile de remediere propuse pentru

eliminarea compusilor organici din solul poluat este tratarea termică

(decontaminarea). Aceasta duce la creşterea concentraţiilor metalelor, ceea ce ar

putea restricţiona utilizarea solului decontaminat pentru practici agricole datorita

posibilei bioacumulări (pentru a testa această ipoteză au fost efectuate experimente

de bioacumulare a metalelor din solul decontaminat).

Tabelul 1 Situaţia contaminării cu gudron în zona industrială Rositz

Tipul de

deteriorare

Contaminarea solurilor cu gudron şi produsi secundari ai

prelucrării acestuia.

Sursa deteriorării,

istoricul problemei

Rositz a fost cel mai mare centru de prelucrare a cărbunelui şi

petrolului din landul Thuringia. Din 1917 pâna la inchiderea

fabricilor, in 31.12.1990, au fost prelucrate în zona 19 mil. tone

gudron si 10 mil. tone petrol. Neglijenţa in producţie, ignoranţa

şi distrugerile din timpul celui de al doilea razboi mondial au


XI

provocat contaminarea solurilor cu reziduuri obţinute în urma

prelucrării gudronului şi unele sarje de producţie necorespunză

toare.

Intensitatea

deteriorării

Pe o suprafaţa de 5 km2 sunt amplasate numeroase gropi

neamenajate care conţin intre 48.000 si 1.400.000 m3 de

produşi secundari. Pentru exemplificare, se estimează ca în cea

mai mare dintre ele se află 26t PAH, 50t fenoli, 25.000t

hidrocarburi alifatice.

Componente

toxice, căi de

transfer către om

şi efecte

constatate

În gudron şi produsii săi secundari există, alaturi de fenoli şi

hidrocarburi aromatice usoare, hidrocarburi policiclice aromate (PAH). Numeroşi reprezentanţi ai PAH sunt mutageni şi cancerigeni, reprezentantul cu acţiunea cea mai puternică

fiind benzo(a)pirenul. Zonele unde au funcţionat întreprinderile

chimice sunt intensiv utilizate ca suprafeţe agricole. Conţinutul

de benzo(a)piren din legumele cultivate pe solul din Rositz a

fost considerabil mai mare decat cel din zone de control. În

acest context, a apărut ca necesară efectuarea unui studiu cu

privire la potenţialul de bioacumulare / bioconcentrare a

substanţelor organice şi anorganice în lantul trofic. O altă cale

de interceptare a compusilor organici este prin inhalare. La

temperaturi specifice sezonului estival mirosul zonelor puternic

contaminate produce o stare generală proastă locuitorilor si

efecte pe termen lung cum ar fi incidenţa crescută a cancerului

de piele, laringeal si bronhial. De asemenea, substantele au

pătruns în apa subterană, care este utilizată în consumul

casnic.

Concluziile analizei critice a cunoaşterii

În urma analizei, din care mai sus au fost prezentate doar principalele coordonate,

s-au diferenţiat urmatoarele concluzii:


XII

Generale

1. Poluarea cu gudron reprezintă o problemă la scară locală in zone cu industrie

carbo-petrochimica

2. Metalele grele reprezintă o clasă importantă de poluanti stabili, cu efecte la scări

spatio-temporale diferite in funcţie de metal, intensitatea si localizarea poluarii.

Cu referire la zona Rositz

3. Zona Rositz este puternic poluată cu gudron şi produsi secundari ai acestuia cu

efecte importante asupra stării de sănătate a populaţiei.

4. Poluarea cu metale a sistemului actual nu este directă dar este posibilă ca

urmare a particularitaţilor proceselor tehnologice implicate.

5. Efectele poluării cu metale sunt mascate de cele ale contaminării mult mai

intense cu gudron.

6. Unele dintre modalităţile de eliminare a poluanţilor organici din sol conduc la o

creştere substanţială a concentraţiilor de metale, ceea ce ar putea împiedica

utilizarea solului astfel decontaminat, în scopuri agricole.

7. Principalul compartiment implicat în stocarea poluanţilor organici si anorganici în

zona Rositz este solul.

8. Principalele căi de transfer către populatia umana, sunt aeriană, prin apa

freatică şi prin producătorii primari, în cazul poluantilor organici, şi prin

producătorii primari în cazul metalelor.

Direcţii de cercetare identificate

1. Caracterizarea circuitelor biogeochimice ale poluanţilor organici (hidrocarburi

alifactice, aromatice usoare şi grele, fenoli) în complexul de ecosisteme Rositz si

a cailor de interceptare de către populaţia umană.

2. Caracterizarea circuitelor biogeochimice ale metalelor toxice (Zn, Cu, Ni, Cr, Mo.

Cd, Se, Pb. V. Hg) şi a celor implicate in controlul comportamentului acestora

(Fe, Al, Mn, Ti, Mg, Na, K, Rb) în complexul de ecosisteme Rositz, precum şi a

căilor de interceptare de către populaţia umană.

3. Identificarea soluţiei optime de management al mediului, în termeni de tehnologii

de decontaminare şi utilizare a solului decontaminat.


XIII

Aceste direcţii au conturat programul de cercetare pe termen lung cu multiple surse

de finanţare (de la nivel local la nivel european) “ROSITZ”, dezvoltat si implementat

de Universitatea Friedrich-Schiller Jena. Datorită faptului că ordinea prioritaţilor a

fost în primul rând de ameliorare a stării de sănătate a populaţiei umane şi abia în

al doilea rând de reconstrucţie a sistemelor deteriorate, design-ul programului s-a

axat pe caracterizarea acelor etape din circuitele biogeochimice locale direct

implicate în transferul poluantilor către consumatorii umani (figura 1). În cadrul

acestui program se integrează programul individual de cercetare, care s-a axat pe

următoarele direcţii particulare:

1. Caracterizarea circuitelor biogeochimice ale unor metale toxice (Zn, Cu, Mo) sau

implicate în controlul comportamentului acestora (Mn) în complexul de

ecosisteme Rositz, precum si a căilor de interceptare de către populaţia umană.

2. Caracterizarea efectului tratării termice a solului poluat asupra distribuţiei

metalelor si a potenţialului de acumulare a acestora în producătorii primari.

2 Scopul programului de cercetare

• Să elucideze efectele contaminării cu gudron asupra bioacumulării unor metale precum şi implicaţiile decontaminării prin tratare termică.

În urma implementării programului cu scopul de mai sus, au fost avute în vedere

următoarele rezultate:

• dezvoltarea bazei de cunostinţe cu privire la circuitele biogeochimice ale

metalelor respective

• fundamentarea unor soluţii de management al mediului în zona Rositz

3 Obiective si activităţi

Pentru atingerea scopului programului de cercetare au fost diferenţiate urmatorele

obiective operaţionale:

1. Caracterizarea distribuţiei metalelor în compartimentele sol, producători primari

şi consumatori umani.

2. Caracterizarea efectului decontaminării asupra distribuţiei metalelor în sol şi a


XIV

potenţialului de acumulare în producători primari.

3. Propunerea de soluţii pentru managementul mediului din zona Rositz.

Tabelul 2 prezintă activitaţile generale şi specifice fiecărui obiectiv care au fost

derulate în cadrul programului individual de cercetare. Prima activitate derulată, pe

baza careia au fost organizate celelalte activităţi ale programului de cercetare a fost

identificarea sistemului.

Identificarea sistemului Rositz Zona Rositz constituie un complex local de ecosisteme. Suprafata totală este de

452ha. Elementele structurale ale complexului sunt ecosisteme din următoarele

categorii:

• ecosisteme antropice: sisteme agricole amplasate pe locul fostelor zone

industriale, localităţi rurale, zone de depozitare a reziduurilor industriale şi

menajere.

• ecosisteme naturale: păduri, păşuni.

Tipul de relatie dintre ecosisteme pe care s-a pus accentul a fost cel de transfer de

metale dinspre celelalte categorii de ecosisteme către populaţia umana din

localităţi. La nivelul ecosistemelor din structura complexului local Rositz au fost

diferenţiate modelele homomorfe corespunzatoare. Dintre compartimentele

ecosistemelor au fost investigate doar cele direct legate de problema avută în

vedere, adică starea de sănătate a populaţiei umane, şi anume:

• solul - principal compartiment în stocarea metalelor

• producătorii primari - principal compartiment în transferul către consumatorii

umani

• consumatorii umani - compartiment ţintă


XV

Figura 1 Elemente din structura modelului homomorf al complexului Rositz

relevante pentru organizarea programelor de cercetare integrator (“Rositz”) şi

individual. Compartimentele şi fluxurile marcate cu * au fost adresate în programul

individual în cadrul obiectivului 1.

Tabelul 2 Activităţi desfaşurate în cadrul programului individual de cercetare

Activiţăţi generale (A)

A1 Identificarea sistemului Rositz.

A2 Organizarea spaţio-temporală a programului de cercetare.

A3 Valorificare prin publicare a rezultatelor.

Activiăţi specifice (B)

Obiectivul 1 B1 Prelevarea probelor din compartimentele sol şi vegetaţie

B2 Aplicarea metodei “Duplicat “ pentru estimarea aportului de

metale în hrană şi a concentraţiei în consumatorii umani

B3 Caracterizarea parametrilor de control ai comportamentului

metalelor

B4 Pregatirea preliminară a probelor

B5 Analiza metalelor prin ICP-OES, AAS-GF, AAS-F.

B6 Prelucrarea şi interpretarea datelor

Obiectivul 2 B7 Decontaminarea probelor de sol prin tratare termica

B8 Program experimental pentru investigarea efectelor

decontaminării asupra acumulării metalelor în producătorii primari.

Obiectivul 3 B9 Analiza posibilitaţilor de utilizare a solului decontaminat.

Zona Rositz (complex local de ecosisteme)

Ecosistem terestru (i = 1…n)

Sol* Plante*Apa

freatică

Ecosistem acvatic Apa de

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Localităţi

Populaţie umană “Coşul

zilinic”*

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Aer


XVI

Organizarea spaţială şi temporală Prelevarea s-a făcut din 6 ecosisteme, astfel alese încat sa acopere diversitatea

ecosistemelor implicate în transferul de metale către consumatorii umani (terenuri

agricole, păşuni, păduri). Toate ecosistemele investigate s-au situat în zone

puternic poluate.

Pentru a avea termen de comparaţie, programul de prelevare s-a extins în zone

comparabile din punct de vedere al unitaţii hidrogeomorfologice, dar fără impact

antropic de acest tip.

Programul s-a defăsurat pe o perioadă de doi ani: 1995-1996, cu prelevare în

sezonul de vegetaţie şi în afara acestuia.

Metode Prelevarea probelor

La prelevarea probelor din ecosistemele cercetate au fost utilizate metode specifice

compartimentelor investigate, cu precauţiile necesare prelevării de probe în

vederea analizei metalelor grele. Solul a fost prelevat pe cinci adâncimi, in patru-

şase replicate. Plantele sălbatice şi de cultură au fost prelevate din fiecare tip de

ecosistem, criteriul de alegere a speciilor fiind nu cel de dominanţă, ci de utilizare

ca aliment de către populaţia locala. În cazul în care existau specii comune între

ecosisteme, s-a alcatuit o singură probă mixta, avand în vedere ca populaţia locală

nu discriminează în alimentaţie între bunurile provenind de la diferitele ecosisteme.

Pentru prelevarea probelor de alimente s-a utilizat metoda “Duplicat” recomandată

de Organizaţia Mondială a Sănătăţii. Procedura este urmatoarea: un numar de cate

20 de persoane, din zona Rositz şi zona de control (Jena), cu o distribuţie

echilibrată pe vârste şi sexe sunt finanţate sa işi procure alimente în cantitate dublă

faţa de necesar. Jumătate din acestea au constituit proba pentru analiza de metale.

De asemenea, persoanele au furnizat pentru analiză şi probe de fecale şi urină.

Alimentaţia a fost liber aleasă. Nu a fost permis consumul de medicamente.

Produsele alimentare au provenit atât din zona cu impact, cât şi din supermarket.


XVII

Diferenţa majoră faţă de metoda Basket, alternativă, este că în cazul acesteia din

urmă alimentaţia este impusă.

Decontaminarea probelor de sol

Ca metodă de eliminare a poluanţilor organici din sol a fost utilizata arderea în

cuptoare cu injector de propan, la temperatura de 1000oC. Prin arderea gudronului

temperatura ajunge la 1200 oC. După răcire, reziduurile au fost analizate pentru

metale si utilizate în programul experimental.

Programul experimental

Experimentul a avut ca obiectiv evidenţierea efectului solului contaminat şi

decontaminat asupra dezvoltării unor specii de plante şi asupra acumulării de

metale în acestea. Au fost stabilite cinci variante experimentale, după cum

urmează:

1. sol de control (provenind din zona de control)

2. sol contaminat (provenind din zona Rositz)

3. sol decontaminat (din zona Rositz, fara poluanti organici)

4. amestec 50% control + 50% contaminat

5. amestec 50% control + 50% decontaminat

La debutul şi finalul experimentului au fost determinate conţinutul de metale în sol şi

pH-ul. Pentru fiecare din cele cinci variante au fost utilizate trei specii de plante

(ovăz, mustar, spanac), cultivate şi recoltate succesiv. Înainte de fiecare cultură au

fost aplicate cantităţi egale de fertilizatori. Recoltarea s-a facut in stadii diferite de

vegetatie, şi anume acelea la care speciile sunt consumate, şi probele au fost

analizate pentru conţinutul de metale. La momentul recoltării au fost determinate

biomasa şi modul diferenţiat de dezvoltare între variante. Fiecare variantă

experimentală a avut şase replicate.

Mineralizarea

Probele de sol (control, contaminat, decontaminat şi din progamul experimental) au

fost aduse în soluţie prin mineralizare cu apă regală.

Plantele şi probele de alimente au fost prelucrate astfel: uscare la 60o C,


XVIII

omogenizare, uscare la 105o C, calcinare la 450o C (3-28 zile, funcţie de specie),

mineralizare cu HCl 25%, diluare, fierbere la 80 o C, filtrare.

Metoda de mineralizare uscată a fost comparată cu mineralizarea umeda şi s-a

constatat ca nu sunt diferenţe semnificative.

Determinarea metalelor

Au fost analizate un numar de peste 2000 de probe. Pentru fiecare determinare au

existat trei replici analitice. Exactitatea determinărilor a fost asigurata prin utilizarea

controlului ARC/CL (“total diet reference material”). La o abatere faţă de control de

>5% s-a făcut recalibrarea aparatului. Pb, Cd, Al, Ni, Cr, au fost analizate prin

spectrometrie de absorbţie atomică (sistem cu cuptor de grafit). Se, Hg, As au fost

analizate prin spectrometrie de absorbtie atomica (spectrometru cu sistem hidrura).

Na, K au fost analizate prin flam-fotometrie. Mn, Zn, Cu, Mo, Fe, V, Ti au fost

analizate prin spectrometrie de emisie (sistem cu plasmă cuplată inductiv). Mg a

fost determinat prin spectrometrie de absorbtie atomică (sistem cu flacară). Dintre

toate probele şi metalele analizate, pentru programul individual au fost utilizate

rezultatele provenind de la analiza a 900 probe pentru cele patru metale mentionate

(Mn, Zn, Cu, Mo). În cazul Cu şi Zn spectrometria de emisie (utilizată ca metodă de

bază pentru aceste metale) a fost comparată cu spectrometria de absorbţie atomică

(sistem cu flacară). S-au obţinut diferenţe în limitele a 5% pentru Zn si 4% pentru Cu.

Rezultate şi discuţii

Pentru a putea interpreta în context rezultatele programului individual, sunt

prezentate mai întâi concluziile preliminare ale programului integrator, programul

“Rositz”.

Programul “Rositz”

Concluzii pe direcţia dezvoltării bazei de cunostinţe:

• Experimente de bioacumulare în teren utilizând diferite specii vegetale au

evidenţiat ca PAHs nu se acumuleaza din sol mai mult decât în zone de control,

exceptând benzo(a) pirenul. Interceptarea de către consumatorul uman este de

asemenea, semnificativ mai mare pentru acelaşi compus. Calea majoră de


XIX

transfer a poluanţilor organici către populaţia umană este cea aeriană, prin

inhalare. Nu au fost evidenţiate efecte negative ale metalelor din solul

nedecontaminat asupra stării de sănătate a populaţiei, ci chiar, pentru unele

metale, s-a constatat o carenţă.

Concluzii pe direcţia managementului mediului:

• Dintre variantele de decontaminare a solului contaminat cu gudron din zona

Rositz testate (ardere, extracţie, spălare si biodegradare), s-a optat pentru

procedeul termic deoarece substanţele organice sunt eliminate complet. Dată

fiind concentrarea metalelor in sol ca urmare a aplicării acestei metode de

decontaminare, se impune un studiu suplimentar pentru a vedea care sunt

modalităţile posibile de utilizare a reziduurilor.

Studiul suplimentar menţionat a constat în experimentul din programul individual de

cercetare.

Programul individual de cercetare

Tabelul 3 prezintă sintetic principalele rezultate la obiectivele 1 si 2. Tabelele 4-9 şi

figurile 2-6 furnizează detalii cu privire la unele din rezultatele prezentate în tabelul 3.

Tabelul 4 susţine afirmaţia că nu există diferenţe semnificative între concentraţia de

metale din solul din cele şase situri. Excepţie face situl numarul trei, care prezintă o

contaminare mai puternică cu Zn decât celelalte situri. Orizonturile inferioare ale

solului sunt in medie, mai sărace în metale decât orizonturile superioare, fapt

ilustrat de figura 2.Tabelul 5 si figura 3 ilustrează rezultatele analizelor probelor de

plante de cultură din zona Rositz. Se constată că domeniul de variaţie al

concentraţiilor de metale se incadrează în cel din literatură si că există o ditribuţie a

metalelor Mn, Mo si Cu pentru majoritatea speciilor pozitiv corelată.

Tabelele 6, 7 si 8 prezintă rezultatele analizelor probelor de alimente furnizate de

aplicarea metodei Duplicat, precum si estimarea aportului zilnic total si raportat la

kg corp. Testele statistice aplicate indica diferenţe semnificative între zona Rositz şi

cea de control in cazul Mn, Mo si Zn, concentraţiile din zona Rositz fiind in toate

cazurile mai mici. Mai puţine diferenţe se constată între sexe (cazul Zn la aportul


XX

zilnic şi al Mo la concentraţia în alimente).

Decontaminarea termică a solului din toate siturile şi adâncimile de prelevare a

determinat creşterea concentraţiilor de metal a reziduurilor obţinute (tabelul 9). În

urma experimentului s-a constatat că dezvoltarea plantelor a fost inhibată de:

conţinutul de poluanţi organici in cazul solului contaminat, şi de structura modificată

a solului în cazul solului decontaminat (figura 4). În timp s-a constat normalizarea

structurii solului, ca urmare a acumularii de materie organică provenită de la

rădăcinile culturilor recoltate numai suprateran.

Acumularea metalelor în diferitele variante experimentale a depins de: tipul de

metal, pH-ul solului şi de specia de plantă. O situaţie particulară a apărut in cazul

Mn acumulat în ovăz. Ovăzul a manifestat puternice simptome de carenţă, în

condiţiile în care concentraţia scăzută de Mn din solul contaminat s-a asociat cu un

pH, care reduce biodisponibilitatea Mn. Creşterea concentraţiei de metal în sol ca

rezultat al decontaminării a indus o creştere a concentraţiei în plante pentru toate

speciile, în cazul Mn si Mo, la unele specii în cazul Zn şi pentru nici o specie în

cazul Cu.

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XXIII

Tabelul 4 Conţinutul de elemente al solului contaminat din Rositz din cele şase

locuri de prelevare (medie pentru toate adâncimile)

Mn Zn Cu Mo

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1 (4) 161 265 55 40 14 15 1,63 1,59

2 (6) 135 248 49 22 4,2 10 1,03 0,79

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4 (4) 103 307 41 1,7 1,2 9,4 0,41 0,09

5 (4) 122 284 38 7,3 2,0 8,4 0.39 0,17

6 (4) 235 338 44 8,6 2,0 7,2 0.39 0,14

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Fp > 0,05 > 0,05 > 0,05 > 0,05

Figura 2 Distribuţia metalelor pe profil de adâncime.


XXIV

Tabelul 5 Conţinutul de metale în plante (probă mixtă pentru cele şase ecosisteme) Specie (n,n) Mn (mg/kg TS) Zn (mg/kg TS) Cu (mg/kg TS) Mo (µg/kg TS)

Zonă de

control Rositz Zonă de



control

Rositz

x (s) x (s) x (s) x (s) x (s) x (s) x (s) x (s)

Fasole (11,6) 29 (14) 12 (3,5) 37 (9.7) 32 (11) 7,4 (1.9) 5,0 (1.6) 4628 (2178) 4328 (2745)

Pere (2,8) 5,2 (2,9) 2,2 (0,69) 4,5 (2.0) 5,0 (1.4) 6,4 (3.6) 5,3 (1.3) 159 (66) 73 (31)

Arpagic (23,11) 36 (33) 18 (6,8) 29 (13) 29 (10) 5,3 (2.0) 10 (4.1) 2703 (2074) 3387 (2241)

Morcovi (20,12) 12 (6,2) 6,2 (1,6) 22 (7.1) 22 (4.3) 5,4 (2.7) 5,5 (2.2) 253 (123) 245 (154)

Pătrunjel (18,15) 41 (12) 25 (8,1) 43 (18) 36 (10) 21 (50) 82 (2.2) 3750 (2219) 2987 (1542)

Mere (24,15) 3,0 (2,2) 2, (0,61) 3,0 (1.8) 3,0 (3.2) 2,6 (0.93) 2,8 (1.0) 136 (123) 112 (44)

Cartofi decojiti (25,14) 7,6 (5,6) 5,6 (1,3) 17 (7.0) 15 (3.8) 6,4 (3.2) 4,2 (1.2) 576 (357) 436 (191)

Gulii (10,12) 10 (5,6) 7,5 (2,2) 25 (14) 30 (12) 4,1 (2.1) 5,3 (1.9) 1274 (1253) 881 (442)

Ceapă (24,8) 14 (11) 11 (2,8) 24 (7.4) 30 (7.5) 5,5 (2.5) 4,2 (1.3) 964 (1506) 699 (306)

Coji de cartofi (18,5) 8,5 (3,3) 6,9 (1,4) 18 (4.1) 15 (5.2) 8,0 (2.8) 5,7 (2.5) 521 (213) 4139 (114)

Castraveţi(15,7) 16 (5,6) 13 (2,7) 68 (33) 59 (13) 13 (4.0) 8,7 (1.8) 1752 (663) 1567 (512)

Praz (7,7) 13 (5,1) 13 (3,2) 19 (6.1) 37 (5.1) 5,0 (2.3) 8,1 (4.2) 608 (368) 950 (365)

Figura 3 Corelaţia dintre concentraţiile de Cu, Mn si Mo în plante

Teză

de

doct

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0,05

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315

324

241

66

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Ros

itz (4

9,49

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zi).

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70)

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5


XXVI

Tabelul 9 Conţinutul de metale în solul contaminat şi decontaminat (mg/kg s.u)

contaminat decontaminat n

s x x s

p

multiplicare prin

tratare termică

Mn 139 284 368 21 < 0,01 3

Zn 44 56 756 110 < 0,01 13

Cu 11 12 53 17 < 0,001 4

27;6

Mo 0,86 0,78 3,78 0,70 < 0,001 5

Figura 4 Concentraţia de Mo în solul şi plantele din cele şase variante experimen-

tale. Săgeata indica biomasa uscată supraterană la recoltare

Figura 5 Concentraţia de Zn în solul şi plantele din cele sase variante experimentale


XXVII

Figura 6 Concentraţia de Mn în solul si plantele din cele şase variante experimentale

5 Concluzii

Sunt prezentate mai jos principalele concluzii ale programului individual de

cercetare.

I. Pe direcţia dezvoltarii bazei de cunosţinte:

• nu există diferenţe semnficative între ecosistemele investigate în ce priveste

concentraţiile în sol ale celor patru metale analizate.

• toate metalele au tendinta să scadă în concentraţie cu adâncimea.

• zincul şi cuprul sunt distribuite corelat în sol şi nu sunt corelate cu celelalte

metale.

• unele metale sunt doar acumulate (Mn si Zn), altele concentrate în producatorii

primari (Mo si Cu).

• domeniul de variaţie al factorului de acumulare/concentrare scade în ordinea Cu,

Mo, Zn, Mn.

• aportul de metale în alimentaţia zilnică depinde major de bunurile produse pe

plan local pentru Zn, Mn, Mo, şi nu pentru Cu.


XXVIII

II. Rezultate direct relevante pentru asistarea managementului:

• Concentraţiile metalelor din sol în zona Rositz sunt mai mici ca în zona de control

în cazul Mn şi Cu şi sunt mai mari în cazul Zn si Mo, dar datorită parametrilor de

control (în special pH) care reduc biodisponibilitatea Zn si Mo, concentraţiile în

plantele din zona Rositz sunt în majoritatea cazurilor mai mici ca în zona de

control, ceea ce indică faptul ca nu apar efecte toxice asupra populaţiei umane.

• Aportul de metale din alimentaţie (cuprinzând atât produse locale cât şi din afara

sistemului) se incadrează în limitele normale.

• Creşterea concentraţiei în sol ca urmare a decontaminării termice, induce în

cazul Mn, Zn si Mo, creşterea concentraţiei în plantele de cultura.

• Reziduurile pot fi utilizate ca materie primă în construcţii şi nu pentru scopuri

agricole, atât datorită concentraţilor mari în unele metale, cât şi datorită

modificărilor structurale care au loc în urma arderii.

D i s s e r t a t i o n vo n D i p l o m c h e m i k e r i n A u r o r a N e a g o e

1

1 Einleitung und Aufgabenstellung 1.1 Einleitung

Der Landkreis ”Altenburger Land” trägt auf dem Gelände des ehemaligen

Teerverarbeitungswerkes Rositz die gröβte Karbochemiealtlast des Freistaates

Thüringen. Sowohl im Betriebsgelände als auch im Umfeld des Werkes lagern in

früheren Braunkohletagebauen und im Boden Produktionsrückstände,

Fehlchargen und andere Abprodukte des Teerveredlungsprozesses (Voigt et al.

1996). Das Werksgelände ist von Schrebergärten und landwirtschaftlichen

Nutzflächen, die sich bis zum Rand der ”Teerseen” erstrecken, umgeben, welche

gärtnerisch und landwirtschaftlich intensiv genutzt werden.

In dem Teer kommen neben Phenolen und einfachen aromatischen

Kohlenwasserstoffen auch polycyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)

und die verschiedensten anorganischen Rückstände des Braunkohle-

veredlungsprozesses vor. Verschiedene Vertreter der PAK sind mutagen und

kancerogen. Sie bilden sich, wenn organische Verbindungen Temperaturen von

500 - 1000 0C ausgesetzt werden. Das Schwelen von Braunkohle unter

Luftabschluβ repräsentiert einen solchen Prozeβ. Im Braunkohlenschwelteer

kommen reichlich polycyklische aromatische Kohlenwasserstoffe vor. Bei der

Verkokung dieses Teeres bilden sich weitere Reaktionsprodukte, die viel PAK

enthalten.

Fahrlässige Produktion, Unwissenheit und Zerstörungen während des zweiten

Weltkrieges führten zu einer Kontamination der Böden dieses Lebensraumes mit

Teer und dessen toxischen, organischen bzw. anorganischen Komponenten. Die

Sanierung der teerkontaminierten Böden kann auf verschiedenen Wegen durch

Verbrennung, Extraktion, Waschen und biologische Abbauprozesse erfolgen.

Aufgabe der vorliegenden Untersuchungen war es, u.a. die Dekontamination der

teerbelasteten Böden durch thermische Verfahren (Ebert et al. 1996) so zu opti-

mieren, daβ die Majorität des Verbrennungsrückstandes gefahrlos als Rohstoff zur

Baumaterialherstellung bzw. als Auffüllmaterial oder Bodenzusatz genutzt werden

kann und eine Revitalisierung von Gesellschaft, Landwirtschaft und Industrie

möglich wird (Hilpert 1996; Anke et al. 1996; Sedlacek et al. 1996). Dazu war es


2

auch erforfderlich die Zusammensetzung des Glührückstandes und den Transfer

seiner Inhaltstoffe in die Nahrungskette zu untersuchungen, um Schäden von

Pflanze, Tier und Mensch auszuschlieβen. Eindringen, Transfer und

Dekontamination der Polycyklischen aromatischen Kohlenwasserstoff in der

Nahrungskette vom Boden bis zum Menschen wurden von Anke et al. (1998a, b)

mit Hilfe von Gefäβversuchen und einer Duplikatstudie mit erwachsenen

Mischköstlern aus Rositz, dem teerbelasteten Lebensraum und Jena als

Kontrollgebiet systematisch untersucht. Dabei zeigte sich, daß der auf

teerbelasteten Boden aus Rositz angebaute Spinat signifikant mehr Benzo(a)pyren

enthielt als der auf Kontroll- bzw. dekontaminierten Boden aus Rositz wachsende

(Tab.1).

Tabelle 1: Die Benzo(a)pyren-Konzentration des Spinates und der der von

erwachse-nen Mischköstlern verzehrten Lebensmittel- und

Getränketrocken-substanz der Lebensräume Jena und Rositz (μ

g/kgTrockensubstanz) (Anke et al.1998a, b)

1) Kontrollboden 2) Dekontaminierter Boden aus Rositz 3) Kontaminierter Boden aus Rositz

Zwischen dem Benzo(a)pyrengehalt des Spinats auf dem Kontrollboden und dem

thermisch dekontaminierten Boden aus Rositz bestand kein statistisch gesicherter

Unterschied. Die von den erwachsenen Mischköstlern aus Rositz verzehrten

Duplikate enthielten in der Trockensubstanz im Mittel dreimal so viel

Benzo(a)pyren wie die Duplikate der Kontrollpersonen aus Jena. Die Differenz im

Benzo(a)pyrengehalt der Mischköstlerduplikate beider Lebensräume blieb auf

Grund der groβen Schwankungsbreite insignifikant. Sie ist aber deutlich. Die

erwachsenen Mischköstler des Kontrollgebietes verzehrten täglich nur etwa ein

Drittel der Benzo(a)pyrenmenge, die von den Vergleichspersonen des

teerbelasteten Lebensraumes Rositz aufgenommen wurde (Tab. 2).

Benzo(a)pyren ist die Leitsubstanz der PAK von denen einschließlich ihrer

Derivate 200 tierexperimentell kancerogen wirken. Sie kommen in der Umwelt nie

Spinatstudie Duplikatstudie

K1)

DB2)

Rositz3)

Fp % Jena Rositz p %

x 2,5 3,6 12,9 0,9 3,1

s 1,8 2,6 4,9 < 0,01 516 0,6 2,6 > 0,05 334


3

als einzelne Verbindung, sondern immer im Gemisch vor. Das Benzo(a)pyren ist

nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand das gefährlichste, der sehr

unterschiedlich kancerogen wirkenden PAK.

Tabelle 2: Der Benzo(a)pyren-Verzehr der Männer aus Jena und Rositz (μg/Tag)

Jena Rositz

Bezeichnung s x x s p %

Benzo(a)pyren 0,3 0,4 1,1 1,0 > 0,05 275

Die normale Benzo(a)pyrenaufnahme Erwachsener beträgt schätzungsweise 0,2

(bis 1) mg im Jahr. Nach Macholz und Lewerenz (1989) werden täglich 0,5 bis 2,5

µg Benzo(a)pyren mit den Lebensmitteln aufgenommen. Die Aufnahme über die

Atemluft entspricht etwa der über die Lebensmittel und Getränke. Beide

Testpopulationen verzehrten damit im Winter unterschiedliche, aber immer

noch relativ unbedenkliche Benzo(a)pyrenmengen. Diese Aussage von Anke et al.

(1998b) stimmt mit den Feststellungen von Scheidt- Illig und Erler (1996) überein,

die keine erhöhte PAK-Exposition in Rositz registrierten.

Die Summe der in der Trinkwasserverordnung aufgeführten polycyklischen

aromatischen Kohlenwasserstoffe, Benzo(a)pyren, Fluoranthen,

Benzo(b)fluoranthen, Benzo(k)fluoranthen, Benzo(ghi)perylen und Indeno(1,2,3-

cd)pyren war in dem auf teerbelasteten Rositzer Boden wachsenden Spinat

gleichfalls signifikant gröβer als in den auf Kontroll- und dekontaminierten Böden

angebauten Pflanzen. Die Rositzer Nahrungsduplikate enthielten ein Drittel mehr

von den in der Trinkwasserverordnung aufgeführten PAK als der Jenaer (Tab. 3).

Tabelle 3: Die Konzentration der 16 untersuchten polyzyklichen aromatischen Koh-

lenwasserstoffe (PAK EPA) des Spinates und der verzehrten Lebensmi-

ttel und Getränketrockensubstanz (µg/kg TS)(Anke et al. 1996b)

1) Kontrollboden 2) Dekontaminierter Boden 3) Teerboden aus Rositz

Spinat Fp % Duplikate p %

K1) DB2) Rositz3) Jena Rositz

x 3678 2395 3307 345 246

s 471 626 643 < 0,01 90 70 78 < 0,05 71


4

Der Verzehr von PAK der TVO erwachsene Mischköstler dre zwei Lebensräume

unterschied sich nicht signifikant. Die Summe der 16 im Spinat und in den

Duplikaten von Jena und Rositz untersuchten Polyzyklischen aromatischen

Kohlenwasserstoffe (PAK EPA) einschließlich Acenaphthylen, Acenaphthen,

Fluoren, Phenanthren, Anthracen, Fluoranthen, Pyren, Benzo(a)anthracen und

Chryen war im Spinat auf Rositzer Boden und in Rositzer Duplikaten sogar

signifikant kleiner als auf Kontrollboden bzw. in Jenaer Duplikaten. Die Rositzer

Mischköstler verzehrten im Mittel 40% weniger dieser 16 PAK als die Jenaer

Probanden (Anke et al. 1998b).

Tabelle 4: Die Summe der von Mischköstlern aus Jena und Rositz verzehrten

polycyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK EPA) (μg/Tag).

Die beruhigenden Aussagen zum gegenwärtigen PAK-Verzehr der Bevölkerung

des Rositzer Lebensraumes gestatteten aber keine Aussagen über die PAK -

Aufnahme über den Luftpfad die erheblich sein kan (Mocanu 1998).

Außerdem war zu prüfen in welchem Umfang und in welcher Richtung die

thermische Dekontamination des Teeres und der organischen Verbindungen des

Bodens den Mengen- und Spurenelementbestand Glührückstandes beeinfluβt.

Ihre Eignung als Bau- oder Auffüllmaterial wird entscheidend von der Belastung

durch die im Teer angereicherten anorganischen Substanzen und deren

Bioverfügbarkeit für die Flora nach der thermischen Behandlung bestimmt. Es

kommt dazu, daβ ihre Pflanzenverfügbarkeit und damit ihr Eindringen in die

Nahrungskette elementspezifisch von dem sich beim Glühprozeß ändernden pH-

Wert des Rückstandes beeinfluβt wird. Außerdem sind auch Interaktionen der sich

im Glührückstand anreichernden Elemente mit ”essentiellen” Pflanzennährstoffen

denkbar, als deren Folge Mangelerscheinungen bei bestimmten Pflanzen-

artenauftreten können. Eine Anreicherung anorganischer Substanzen in der Flora,

welche zu Intoxikationen bei Tier und Mensch führt, ist nicht auszuschließen und

für das Spurenelement Kupfer beim Schaf beschrieben (Anke et al. 1994)

Jena Rositz p %

Bezeichnung s x x s

Summe PAK EPA 46 151 91 37 < 0,05 60


5

1.2 Aufgabenstellung

Aufgabe der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluβ der Teerbelastung des

Lebensraumes Rositz und der thermischen Dekontamination der Böden auf den

Transfer der Spurenelemente Mangan, Zink, Kupfer und Molybdän zu prüfen Im

einzelnen waren folgende Untersuchungen durchzuführen:

• Analyse des Spurenelementgehaltes (Mn, Zn, Cu, Mo) der teerbelasteten

Böden des Lebensraumes Rositz in Abhängigkeit von Standort und Tiefe der

Entnahmestelle.

• Bestimmung des Spurenelementbestanden im Rositzer Durchschnittsboden vor

und nach thermischer Dekontamination.

• Prüfung des Spurenelementtransfers aus dem teerbelasteten Boden von Rositz,

dem seinem Glührückstand bzw. verschiedenen Misch- und Kontrollböden

durch

• Hafer, Senf und Spinat.

• Ermittlung von möglicherweise auftretenden Mangel- bzw. Intoxikations-

erscheinungen bei den Testkulturen.

• Feststellung des Spurenelementgehaltes in Wild- und Futterpflanzen, Gemüse,

Küchenkräuter, Samen und Früchten des Lebensraumes Rositz im Vergleich zu

geologisch vergleichbaren Kontrollgebieten.

• Durchführung einer Duplikatstudie mit erwachsenen Mischköstlern aus Rositz

und Jena zur Prüfung der Spurenelementaufnahme in beiden Gebieten.

Ableitung von Schluβfolgerungen für die Nutzung teerbelasteter Standorte, ihres

Glührückstandes, die Verwendung angebauter oder wildwachsender

Lebensmittelrohstoffe, die Verbesserung des Wachstums ”teergeschädigter”

Pflanzenarten und nicht zuletzt für die Ernährung des Menschen mit den

Spurenelementen Mangan, Zink, Molybdän und Kupfer.


6

2 Material und Methoden 2.1 Das Untersuchungsgebiet Rositz

Das Untersuchungsgebiet Rositz im Landkreis ‘’Altenburger Land’‘ befindet sich im

Osten des Freistaates Thüringen (Abb.1). Es liegt in nordwestlicher Richtung

zwischen der Kreisstadt Altenburg und Meuselwitz (Abb. 2). Die Grenzen des

Freistaates Sachsen und von Sachsen- Anhalt befinden sich in unmittelbarer

Nähe. Leipzig, Zwickau und Chemnitz in Sachsen, Zeitz in Sachsen- Anhalt und

Gera in Thüringen sind dem Altenburger Land und Rositz benachbart.

Abbildung 1: Die Lage des Landkreises Altenburger Land im Freistaat Thüringen

Die Standortqualität von Rositz ist auf Grund seiner schlechten Lage im

Verkehrsnetz, seiner Altlasten bzw. Umweltsituation und seines einseitigen

Arbeitskräftepotentials mangelhaft (Sedlacek et al. 1996), so daß seine

Revitalisierung nach der Wiedervereinigung Schwierigkeiten bereitet.


7

In und um Rositz lagern große Rückstandsmengen des Teerverarbeitungswerkes

Rositz in Tagebaugruben ehemaliger Braunkohlenwerke und auf Halden, in denen

sich wiederum Teerseen befinden.

Abbildung 2: Die Lage von Rositz im Altenburger Land

Außerdem ist der Boden des Werksgeländes und seiner Umgebung, die

landwirtschaftlich und gärtnerisch genutzt wird, durch die mannigfaltigsten

Rückstände der Teerverarbeitung kontaminiert. Im einzelnen lagern erhebliche

Abfallmengen der Teerverarbeitung im folgenden Objekten:

Das Tagebaurestloch ‘’Neue Sorge’‘ in einer Größe von 20000 m2 mit einer

schwimmenden Ölschicht und erheblichen pastösen Anteilen speichert 150000 bis


8

170000 m3 Teerrückstände. Bei warmen Wetter leidet die Bevölkerung an

Kopfschmerzen und Übelkeit. Der Geruch des Teersees ‘’Neue Sorge’‘

beeinträchtigt das Allgemeinbefinden generell. Ein Eintrag der Schadstoffe in das

Grundwasser ist gegeben. Der Teersee ‘’Neue Sorge’‘ befindet sich seit 1932 im

Tagebau ‘’Neue Sorge’‘. Sein Volumen wird auf 360000 bis 400000 m3

geschätzt. In ihm sollen sich ca. 90000 t Säureharze, 75000 t Teerrückstände und

85000 t Teeremulsionen befinden (Anomym 1995).

Die Halde Fichtenhainichen befindet sich an der Stelle, wo sich bis 1926 ein

Braunkohletagebau befand. Seitdem wurde das Restloch mit Kraftwerksasche,

Bauschutt, Hausmüll und Produktionsrückständen sowie zur Verrieselung

phenolhaltiger Schwelwässer genutzt. Das Volumen der Aschehalde wird auf 1,1

bis 1,4 Millionen m3 geschätzt. Die Aschehalde Fichtenhainichen enthält

schätzungsweise 26 t PAK, 50 t Phenole, und 25000 t aliphatische Kohlen-

wasserstoffe. Zusätzlich befinden sich fünf Teerseen mit einem Gesamtvolumen

von ca. 48000 m3 auf der Halde. Das Grundwasser der Halde ist mit 0,043 mg

Phenol/l belastet. Dieser Gehalt übersteigt den Grenzwert der TVO um den Faktor

100. Sein Phenolgehalt ist aber immer noch 100 mal kleiner als der des

Grundwassers der “Neuen Sorge” (Anomym 1995).

Die Deponie “Germania” ist auf der Sohle eines 1924 geschlossenen

Braunkohletagebaues aufgebracht. In ihr wurden insbesondere Kraftwerksasche

aus der Generatorgasanlage abgelagert, außerdem speichert es Abfälle des

Teerverarbeitungswerkes und Hausmüll. Das Volumen der Deponie “Germania”

beträgt ca 1,2 Millionen m3 (Anonym 1995).

Das Teerverarbeitungswerk Rositz entstand 1917 als Mineralölwerk und

produzierte Treib- und Schmierstoffe. Später erzeugte es Pech für die Elektroden-

kokserzeugung, Straßenteer und Bindemittel. Von 1917 bis zur Stillegung am

31.12.1990 wurden in Rositz 19 Millionen t Teer und 10 Millionen t Erdöl

verarbeitet. Die Bombardierung während des 2. Weltkrieges, bei der das Werk

nahezu vollständig zerstört wurde, überzog die Region mit etwa 100000 t

Chemikalien. Im Werksgelände und in den genannten Deponien von Rositz lagern

heute ca. 466000 bis 500000 m3 Produktionsrückstände und andere Abfälle

(Anonym 1995). Rositz und die umgebenden Ortschaften liegen auf Löß und meist


9

geschiebefreien Flößlehm. Unter diesen befindet sich Geschiebemergel und

Geschiebelehm, der nur selten zutage tritt. Das Untersuchungsgebiet kann als

Lößstandort angesprochen werden (Anonym 1906). Das Land wird bis nahe des

Teersees ‘’Neue Sorge’‘ intensiv landwirtschaftlich genutzt.

2.2 Entnahme und Aufarbeitung der Bodenproben

Auf sechs verschiedenen Standorten im Gelände des ehemaligen

Teerverarbeitungswerkes wurden bis zu einer Tiefe von 5 m insgesamt 27

Bodenproben entnommen. Sie sind die Basis für die Analyse der Schadstoff-

belastung im Lebensraum Rositz und wurden auch für die Feststellung der

Bodenkontamination in Abhängigkeit von Standort und der Entnahmetiefe

verwendet. Außerdem bildete der Bodenaushub die Grundlage für die thermische

Dekontamination des teerbelasteten Bodens bei 1000 °C. Durch die Verbrennung

des Teeres erhöhte sich die Brenntemperatur auf 1200 °C. Die Dekontamination

erfolgte durch einen Propan - Injektor Brenner. Die Sinterzone bewegte sich

innerhalb von 10 Minuten durch den teerkontaminierten Boden. Nach dem

Abkühlen wurde der Sinterkuchen gebrochen und klassiert (Ebert et al 1996). Für

die Gefäßversuche kam der gleiche teerkontaminierte Rositzer Boden und sein

Glührückstand zum Einsatz.

2.3 Das Sammeln der Wild- und Kulturpflanzen Die Samelung der Wild- und Kulturpflanzen erfolgte zu zwei Zeigtpunkten. Äpfel.

Birnen, Kohlrabi, Petersilie, Porree, Kartoffeln, Möhren, Schnittlauch und Dill

wurden einerseits im Oktober und November 1995 in Rositz und einem geologisch

vergleichbaren Lößgebiet nordöstlich von Erfurt geerntet und anderesseits im

August/September 1996 in Rositz und in der Umgebung von Ronneburg und Jena

auf geologisch ähnlichen Standorten geworben. Zu den 1995 gesammelten

Pflanzenarten kamen in Sommer 1996 noch Gurken, Zwibeln, Weizen-, Roggen-

und Sommergerstekörner, Rapssammen, Weisenrotklee, Weißklee, Grünweizen,

Grünmeis und Rainfarn hinzu.


10

2.4 Durchführung der Gefäßversuche im Gewächshaus Die Gefäßversuche mit Hafer der Sorte Alfred, mit Senf der Sorte Martigena und

Spinat der Sorte Master erfolgten 1995 in sechsfacher Wiederholung im

Gewächshaus der Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft (TLL) in Jena. Die

Versuchsansatz erfolgte mit dem in der TLL dafür vorgesehenen sandigen

Kontrollboden, dem teerkontaminierten Rositzer Boden, dem dekontaminierten

Glührückstand und zwei Mischböden aus 50 % teerkontaminierten Rositzer Boden

und 50 % Kontrollboden bzw. 50 % Glührückstand und 50% Kontrollboden

(Tab.5).

Tabelle 5: Versuchsschema der Gefäßversuche mit Hafer, Senf und Spinat

Parameter Anzahl

Kontrollboden

Teerkontaminierter Boden aus Rositz

Glührückstand des Rositzer Bodens

50 % kontaminierter Boden + 50 % Kontrollboden

50 % Glührückstand + 50 % Kontrollboden

6

6

6

6

6

Die Ernte des Hafers erfolgte im Stadium der Milchreife, des Senfes in der

Vollblüte und des Spinats vor dem Schossen. Die unmittelbar

hintereinanderfolgenden Versuche fanden von Anfang März bis zum 10. Okzober

1995 statt. Als erste Pflanzenart wurde Hafer ausgesät. In die von Hafer

durchwurzelte Erde bzw. dem Glührückstand folgte die Aussaat des Senfes. Ihr

schloß sich nach entsprechender Präparation die des Spinates an. Die Frisch- und

Trockenmasseerzeugung der drei Pflanzenarten wurde ebenso wie ihre

Wurzelentwicklung dokumentiert.

2.5 Die Duplikatstudie mit erwachsenen Mischköstlern aus Rositz und dem Kontrollgebiet Jena Die Duplikatmethode wird von der WHO zur Erfassung der Schadstoff-, Vitamin-

und Mengen-, Spuren- und Ultraspurenelementaufnahme empfohlen (Anonym

1996). Die sorgfältig auszuwählenden Probanden im Alter von 20 bis 70 Jahren

sammeln von jeder Mahlzeit, jedem Getränk und jeder Nascherei, und sei sie


11

noch so klein, eine visuell abgeschätzte Probe als vollständiges Duplikat. Ihre

Speisen, Getränke und Naschereien wählen sie frei. Sie müssen dafür finanziell

entschädigt werden. Das Führen eines Verzehrsprotokolls der täglich

aufgenommenen Nahrungsmittel und Getränke studie ermöglicht es die

Ergebnisse der Duplikat- mit den Kalkulation nach der Basketmethode zu

vergleichen. Da sich die Ernährungsgewohnheiten am Wochenende von denen in

der Woche unterscheiden, erfolgen die Duplikatstudien über sieben

aufeinanderfolgende Tage. Bei einer kürzeren Versuchsdauer ist keine

Repräsentanz der Befunde gegeben. Duplikatstudien zeigen neben Aussagen zur

Häufigkeitsverteilung und geschlechts-spezifischen Unterschieden auch lokale

Einflüsse der Lebensräume (Kumpulainen et al., 1987, Anke et al. 1989, 1990,

1991b, 1991e, 1992a, 1994, Drobner 1997, Müller und Anke 1993, Winkler et al.

1991, Parr und Crawley 1989).

Die Rositzer Testpopulation bestand aus jeweils 7 Frauen und Männern im Alter

von 20 bis 70 Jahren. Das Jenaer Probandenteam umfaßte jeweils 10 Frauen und

Männer des gleichen Alters. Die Probanden der zwei Studien sammelten an

sieben aufeinanderfolgenden Tagen ein Duplikat aller Aufnahmen, wobei sie

Nahrung und Getränke frei auswählen. Sie waren gehalten, ihre Verzeh-

rungsgewohnheiten nicht zu ändern. Die Duplikate wurden täglich gewogen.

Eingenommene Medikamente wurden trotokoliert aber nicht dem Duplikat zu

gegeben. Sie kamen nicht zur Duplikatprobe. Alle Versuchsteilnehmer führten

täglich ein Verzehrsprotokoll. Die Nahrungsduplikate wurden in Plasteeimern mit

Deckel und die Getränke möglichst in der Originalverpackung in das Institut

gebracht und zur Probeaufbereitung bei -20 °C aufbewahrt. Alle Probanden waren

zum Versuchszeitpunkt gesund und nahmen mit Ausnahme von Kontrazeptiva

keine Medikamente ein.

2.6 Die Probenvorbereitung

Die kontaminierten Rositzer Böden, ihre thermisch dekontaminierten

Glührückstände, der Kontrollboden und die im Gefäßversuch verwendeten

Mischboden wurden mit Königswasser aufgeschlossen (Hoffman 1991).

Die Pflanzen- und Duplikatproben sind zunächst bei 60 °C bis zur

Gewichtskonstanz getrocknet worden. Nach 24-stündiger Lagerung bei


12

Zimmertemperatur erfolgte die Bestimmung der Lufttrockensubstanz sowie die

kontaminantionsfreie Homogenisierung der Proben. Zur

Spurenelementbestimmung wurden 20 bis 40 g der lufttrockenen Pflanzen- bzw.

Duplikatproben in speziell dazu präparierten Schalen eingewogen und ihre

Trockenmasse bei 105 °C bestimmt.

Die Analyse ihres Mangan- , Zink-, Molybden- und Kupfergehaltes hat die

Mineralisierung der organischen Substanz zur Voraussetzung. Die trockene

Veraschung wird seit > 100 Jahren durchgeführt und ist noch immer die Methode

der Wahl (Mader et al. 1996, 1997). Selbst bei dem am ehesten flüchtigen

Schwermetall Cadmium fanden Koirtyohann und Hopkins (1976) im biologischen

Material weder nach Trocknung bei 110 °C nach trockener Veraschung bis 600 °C

einen Verlust an dem markierten Element. Die Proben aus Rositz und den

Kontrollgebieten wurden bei 450 °C im Muffelofen verascht. Die Matrixfreimachung

dauert in Abhängigkeit von der Proben-zusammensetzung (Fett-, Aschegehalt) 1

bis 28 Tage. Die Asche der Proben wurde in 25%iger HCl aufgenommen, dann mit

bidestilliertem Wasser auf eine 2,5%ige Salzsäurelösung verdünnt, in 100 ml

Kolben überführt, im Wasserbad auf 80 °C erhitzt und schließlich in Vorratsgefäße

mit Schliffstopfenabgefiltert.

2.7 Die Bestimmung der Spurenelemente Mangan, Zink, Molybdän und Kupfer

Die Bestimmung der Spurenelemente Mangan, Zink, Molybdän und Kupfer erfolgte

durch sequentielle optische Emissionspektroskopie mit induktiv gekoppeltem

Plasma (ICP-OES) (Spectroflame - D, Spectro Analytical Instruments). Der

Vergleich des mit ICP-OES bestimten Kupfer- und Zinkgehaltes mit den mittels

Atomabsorptionsspektroskopie (AAS 3, Carl Zeiss Jena) in einer Luft-Azetylen-

Flamme ermitteln Kupfer- und Zink- werden brachte lediglich einen insignifikanten

Unterschied und eine mittlere Abweichung beim Zink von 5% und für Kupfer von

4% ( Anke et al. 1994a, Anke et al. 1995). Auch Brandt et al. (1995) fanden eine

gute Übereinstimmung des Zinkgehaltes thermisch und mäßveraschter Proben

nach ICP OES- bzw. AAS-Analyse.


13

Die wichtigsten Parameter der ICP-OES-Apparatur sind in Tabelle 6

zusammengestellt. Die gerätespezifische Nachweisgrenze der ICP-OES zur

Manganbestimmung betrug 10 μg/l, die des Zinks 7 μg/l, die des Molybdäns 10 μ

g/l und des Kupfers 10 μg/l.

Tabelle 6: Meßparameter der ICP-OES Apparatur zur Mangan-, Zink-, Molybdän-

und Kupferbestimmung

Parameter

Zerstäuber

Zerstäuberkammer

Fackel

Leistung

Frequenz

Zerstäuberdruck

Beobachtungshöhe

Pumprate

Anzahl der Messungen je Probe

Linienposition

Untergrundposition

Meßbereich

konzentrischer Ringspalt, Meinhard/K-Typ

Glas, Scott-Kammer

Quarz

1200W

27,12 MHz

2,6 bar

9,5 mm

2ml/min

3

Mangan 257,610 nm

Zink 213,856 nm

Molybdän 203,844 nm

Kupfer 327,396 nm

Mangan 257,570 nm

Zink 213,825 nm

Molybdän 203,819 nm

Kupfer 327,431 nm

Mangan 0,010 - 50 mg/l

Zink 0,007 - 30 mg/l

Molybdän 0,01 - 5 mg/l

Kupfer 0,010 - 50 mg/l

Die regelmäßige Kontrolle durch Proben mit definierten Mangan-, Zink-, Molybdän-

und Kupferkonzentrationen und die simultane Messung der Argonemission des

Plasmas garantierten eine konstante Meßgenauigkeit der ICP-OES. Bei

Abweichung des Kontrollstandards von > 5% erfolgt eine Rekalibration der

Eichgeraden.


14

Die Präzission der Methoden wurde anhand von Parallelproben verschiedener

Matritzen untersucht (Tab. 7).

Tabelle 7: Streumg des Mangan-, Zink-, Molybdän- und Kupfergehaltes von Pro-

ben unterschiedlicher Matrizes

Element Probe (n) x s cv

Zink

Kuppfer

Nahrungsduplikat (5)

Nahrungsduplikat (5)

19,9

3,98

0,59

0,22

2,9

5,5

Dabei zeigte sich, daß die Streumg des Zink- und Kupfergehaltes, die als Beispiel

aufgefurt sind, im Falle der Duplikate Variationskoeffizienten von 2,9 bzw. 5,5%

besaßen.

Die Überprüfung der Richtigkeit der Mangan-, Zink-, Molybdän und

Kupferbestimung erfolgte mit den Referenzmaterial ARC/CL Total diet reference

material (HDP) (Kumpulainen und Tahvonen 1990).

Die Auswirkungen der Teerbelastung eines Lebensraumes und seiner

Dekontamination auf den Mangan-, Zink-, Kupfer und Molybdäntransport in der

Nahrungskette wurde in Hand von 900 Boden-, Pflanzen- und Duplikatproben, die

Ende 1995 und 1996 gesammelt und im wesentlichen 1996 und 1997 analysiert

wurden (Tab. 8).

Tabelle 8: Art und Anzahl der untersuchten Proben

Art der Proben n

Bodenproben

Pflanzenproben Gefäßversuche

Kultur- und Wildpflanzen

Duplikatproben

Summer der Proben

63

90

509

238

900


15

2.8 Auewertung und Biostatistische Verrechnung der Ergebnisse

Zur statistischen Auswertung der Ergebnisse wurden der t-Test, die einfaktorialle

und die einfach mehrfaktorielle Varianzanalyse bzw. die Kleinste Grenzdiferenz

(KGD) verwendet.

Die Aufbereitung der Daten sowie die Statistischen Berechnungenerfolgten mit

den Programmen Fox Pro (Version 2.6 für Windows, Microsoft GmbH) und

SPSS/PC+ Version 6.01 für Windows, SPSS inc.)


16

3 Ergebnisse der Untersuchungen 3.1 Mangan 3.1.1 Literaturüberblick

Mangan ist mit 1,0 g/kg in der 16 km dicken Erdkruste reichlich vertreten. Es steht

an der 12. Stelle der Häufigkeitsliste und bildet > 250 Mineralien, von denen 10 bis

15 kommerzielle Bedeutung besitzen. Es ist primär in Silikate eingebaut. Bei der

Verwitterung der Gesteine wird das Mangan, besonders unter sauren

Bedingungen aus diesen herausgelöst (Criswell und Johnson 1994). Die sich

bildenden Mangankonkremente binden Eisen und andere Spurenelemente. Das

Mangan bildet zahlreiche einfache und komplexe Ionen in der Bodenlösung und

auch Manganoxide variabler Zusammensetzung.

Die Löslichkeit des Mangans im Bodenwasser wird durch dessen pH-Wert und

Redoxpotential beeinfluβt. Im allgemeinen gilt die Regel, daβ mit sinkendem

Boden-pH-Wert die Pflanzenverfügbarkeit des Mangans steigt. Die Kalkung der

Böden und ein neutraler Boden-pH-Wert senken die Manganaufnahme der

Pflanzen (Kabata-Pendias und Pendias 1992). Im Weltmaßstab schwankt der

Mangangehalt des Bodens zwischen 7 und 7750 mg/kg TS, im Mittel rechnet man

mit einer Mangan-konzentration von 270 bis 525 mg/kg TS (Kabata-Pendias und

Pendias 1992).

Die geologische Herkunft des Bodens beeinfluβt das Manganangebot (Tab. 9).

Saure Verwitterungsböden erzeugen in der Regel eine manganreiche Flora,

während Löβ, Keuper- bzw. Muschelkalkverwitterungsböden und verschiedene

alluviale Bildungen eine manganarme Vegetation produzieren (Anke et al. 1994c).

Der Mangangehalt der Flora ist nicht nur vom Angebot pflanzenverfügbarer

Manganionen abhängig, sondern auch artspezifisch. Im allgemeinen sind

Leguminosen manganärmer als Kräuter; Gräser enthalten im Mittel mehr Mn als

die zweikeimblättrigen Arte, wobei erhebliche artspezifische Unterschiede

bestehen. Rotschwingel speicherte zum Beispiel auf dem gleichen Standort im

Mittel 103 und Wiesenrispe 37 mg Mn/kg TS (Anke 1961).

Darüber hinaus beeinfluβt das Alter den Manganbestand der Flora. Junge

Pflanzen speichern viel , ältere signifikant weniger Mangan. Die Manganaufnahme


17

eilt der Stoffbildung voraus. Die Assimilate verdünnen den in der Pflanze

vorhandenen Manganbestand (Anke et al. 1994).

Stengel, Stiel und Früchte bzw. Samen der Pflanzen enthalten in der Regel wenig,

die Blätter signifikant mehr Mangan (Graupe et al. 1961; Kabata-Pendias und

Pendias 1992).

Tabelle 9: Der Einfluβ der geologischen Herkunft des Standortes auf den Mangan-

gehalt der Flora in Mitteleuropa (Anke et al. 1994c)

Mangan ist für die Pflanze lebensnotwendig. Auf neutralem und alkalischem

Boden mit niedrigem Manganangebot können junge Blätter chlorotische

Veränderungen zwischen den Blattgefäβen entwickeln. Später kommt es zu

Nekrosen. Besonders Hafer ist manganmangelgefährdet. Die bei ihm auftretende

Manganmangelkrankheit wird Dörrfleckenkrankheit (grey speck symptom)

genannt. Auch Erbsen und Zuckerrüben leiden häufig an Manganmangel

(Bergmann 1992; Kabata-Pendias und Pendias 1992).

Geologische Herkunft des Standortes Relativzahl

Syenitverwitterungsböden

Diluviale Sande

Schieferverwitterungsböden (Devon, Silur, Kulm)

Granitverwitterungsböden

Phyllitverwitterungsböden

Buntsandsteinverwitterungsböden

Geschiebelehm

Alluviale Auen

Moor, Torf

Verwitterungsböden des Rotliegenden

Löβ

Gneisverwitterungsböden

Keuperverwitterungsböden

Muschelkalkverwitterungsböden

Oderbruch

100

98

80

74

73

69

69

69

69

62

58

52

52

44

43

Fp < 0,001


18

Bei einem Boden-pH-Wert von 5,5 oder weniger und einem hohen

Manganbestand bzw. auf untrainierten, nassen Flächen ist mit

Manganintoxikationen bei der Flora und insbesonders bei Leguminosen zu

rechnen, deren N-Bindung manganüberschußbedingt vermindert ist (weniger

Knöllchen an den Wurzeln). Für die Fauna ist das Mangan gleichermaßen

essentiell (Kemmerer et al. 1931; Orent und McCollum 1931) und toxisch

(Kawamura et al. 1940) wie für die Flora. Nach dem gegenwärtigen

Erkenntnisstand ist Mangan sowohl Bestandteil als auch Aktivator verschiedener

Enzyme (Leach und Harris 1997) (Tab. 10).

Tabelle 10: Manganmetallenzyme und manganaktivierte Enzyme (Leach und

Harris 1997)

Enzym Funktion Literatur

Manganmetallenzyme

O2 -Entwicklungszentrum II

Mn-abhängige

Superoxiddismutase

Pyruvatkarboxylase

Arginase

Mn-abhängige Katalase

Photosynthese

Antioxidant in Mitochondrien

Glukoneogenese

Harnstoffkreislauf

Antioxydant der Bakterien

Dismuskes und Siderer (1981)

Weisiger et al. (1973);

Hassan (1988)

Scrutton (1986)

Farron (1973)

Shank et al. (1994)

Manganaktivierte Enzyme

Phosphoenolpyruvat-

carboxykinase

Glycosyltransferase

Glutaminsynthetase

Farnesylpyrophosphat-

synthetase

Mn-abhängige Peroxidase

Gluconeogenese

Glycoprotheinsynthese

Ammoniumstoffwechsel

Cholesterolbiosynthese

Antioxidant der Bakterien

Bentle et al. (1976)

McNatt et al. (1976)

Wedler und Toms (1986)

Benedict et al. (1965)

Pease et al. (1989)

Mangan ist sowohl für die Photosynthese der Chloroplasten als auch für die

Prophylaxe einer Sauerstoffvergiftung in den Mitochondrien von Mensch und Tier

benötig:

-- O2- + O2

- +2H+<=> H2O2 + O2.

Die Pyruvatcarboxylase ist für die Glukosesynthese in der Leber nach der

Gleichung:


19

_ Pyruvat + HCO3- + ATP <=> Oxalacetat + ADP + Pi + H+

erforderlich. Die Arginase steuert den Harnstoffzyklus nach der Gleichung: _ L - Arginin + H2O <=> L - Ornithin + Harnstoff

Bei einem ungenügenden Manganangebot kommt es bei Ziegen, Mäusen, Ratten,

Meerschweinchen, Schweinen, Geflügel, Schafen und Rindern zu verschiedenen

Manganmangelkrankheiten. Seine Bedeutung für landwirtschaftliche Nutztiere

konnte in den fünfziger und sechziger Jahren auf den ein manganarmes Futter

produzierenden Muschelkalk- und Keuperverwitterungsböden, den alluvialen Auen

und Löβstandorten in Deutschland gezeigt werden. (Anke 1959; Anke 1963; Anke

et al. 1994c; Anke et al. 1963; Leach und Harris 1997; Werner und Anke 1960).

Die manganarme Ernährung mit semisynthetischen und natürlichen Futtermitteln

führt bei verschiedenen Arten zu Fortpflanzungsstörungen. Bei Ratten bleibt bei

schwerem Manganmangel der Östrus aus oder läuft irregular ab. Manganarm

ernährte Ratten und Kaninchen bildeten keine Spermatozoen und verloren die

Libido sexualis (Shills und McCollum 1943, Smith et al 1944). Bei Rindern, Ziegen

und Schafen kommt es zu einer stillen, symptomarmen Brunst bei normaler

Ovulation. Die männlichen Partner erkennen die ”brünstigen” Tiere nicht.

Erstbesamungserfolg und Konzeptionsrate sind niedrig, die Abortrate ist erhöht,

das Geschlechterverhältnis der lebensfähigen Nachkommen nach der männlichen

Seite verschoben (Anke 1959, 1963, 1973; Anke und Groppel 1970; Dyer und

Rojas 1965; Hennig et al. 1961; Werner und Anke 1960). Beim Schaf sind

mangan-mangelbedingte Fortpflanzungsstörungen an Stallhaltung und die

Verfütterung mangan-armer Ackerfutterpflanzen gebunden (Anke et al. 1994c).

Die manganarme intrauterine Ernährung führte bei allen untersuchten Arten zu

Störungen der Skelettbildung, Verbiegungen der Vorderextremitäten,

Auftreibungen der Vorderfuβwurzelgelenke, Schädeldefekten, zu einer fehlenden

Mineralisierung der Otolithen des inneren Ohres und zur Perosis des Geflügels

(Leach und Harris 1997). Die Glykosyltransferase ist ein manganabhängiges

Enzym, das zur Glycoprotein-synthese notwendig ist. Diese wird zur Knorpel- und

Knochenbildung benötigt (Anke und Groppel 1970; Anke und Jeroch 1965, 1966;

Bently and Phillips 1951; Ellis et al. 1947; Hurley et al. 1961, 1969; Leach and

Muenster 1962; 1955; Hurley et al. 1961; Anke et al. 1966; Rojas et al. 1965; Tsay


20

and Everson 1967; Liu et al. 1994; Miller et al. 1940; Rojas et al. 1965; Tsai and

Everson 1967; Van Reen und Pearson; Willgus at al. 1936).

Neben den Fortpflanzungsstörungen und Skelettschäden kann es bei Mangan-

mangeltieren (Rind, Ziege) zu Lähmungen und nervösen Störungen in Form von

Zungenrollen (Anke et al. 1966; Anke und Jeroch 1965; Anke und Groppel 1970)

kommen. Die Lähmungen traten bei Ziegen bzw. Lämmern und das Zungenrollen

bei Kälbern auf. Neben den beschriebenen Störungen kann Manganmangel auch

zu Veränderungen im Kohlenhydratstoffwechsel im Sinne einer gestörten

Glukosotoleranz (Everson und Shrader 1968; Baly et al.1984, 1985) und eines

veränderten Lipidstoffwechsel und einer vermehrten Lipidakkumulation in der

Leber kommen (Amdur et al. 1946; Beil und Hurley 1973).

Der Manganbedarf der verschiedenen Tierspezies bewegt sich zwischen 20 und

60 mg/kg Futtertrockensubstanz. Schweine benötigen wenig, Rinder und

verschiedene Hühnerrassen viel Mangan. Einzelne Arten sollen mit 1 bis 2 mg/kg

Futter auskommen (Gürtler und Anke 1993; Hurley 1987; Leach und Harris 1997).

Der Manganbedarf des Menschen wurde von Bilanzstudien und dem

Manganverzehr abgeleitet (Leach und Harris 1997). Friedmann et al. (1987)

postulierten, daß der Manganbedarf etwa 0,75 mg/d beträgt. Diese Manganmenge

reicht aus, um die Manganverluste Erwachsener auszugleichen.

Freeland-Graves et al. (1988) schlagen einen Manganverzehr von 2,5 bis 3,0 mg/d

vor, die National Academy of Sciences der USA (Anonym 1989) empfiehlt den

Konsum von 2,0 bis 5,0 mg/Tag. Manganmangelerscheinungen beim Menschen

sind bis jetzt nur sporadisch beschrieben und können als solche nicht gewertet

werden. Das Manganangebot übersteigt offenbar den Bedarf bei weitem (Anonym,

WHO 1996). Mangan zählt nach oraler Aufnahme zu den ”untoxischen” Metallen.

Es wurden beim Mensch nach Einnahme hoher Manganmengen nur wenige Fälle

von Manganvergiftungen beschrieben (Anonym, WHO 1996). Mangangaben von

1000 bzw. 1500 mg/kg Futtertrockensubstanz beeinfluβten bei Rind und Schaf den

Futterverzehr und das Wachstum nicht (Flachowsky et al. 1986). Diese

Mangankonzentrationen werden offenbar auch von anderen Spezies vertragen.

Demgegenüber kommen chronische Manganintoxikationen nach Inhalation

manganhaltigen Staubes in Bergwerken und beim Mahlen von Mangan-


21

verbindungen vor (Mena 1981). Obwohl Manganintoxikationen bei Arbeitern, die

Manganerze abbauen und verarbeiten, seit 1837 in Schottland bekannt sind

(Chriswell and Johnson 1994), wurden nur wenige Untersuchungen dazu

vorgenommen. In Chile sollen 1 bis 4% und in Indien 25% der Beschäftigten, die

mit der Mangangewinnung und -verarbeitung beschäftigt waren, an einer

Manganintoxikation gelitten haben (Rjazanov 1965). Die tägliche

Manganbelastung durch Hautkontakt und Inhalation verursachte bei

verschiedenen Erkrankten ein ”Parkinson”-ähnliches Zittern, bei anderen

Halluzinationen. Die Manganintoxikation ist unter den Namen ”Manganwahnsinn”

(manganic madness) bekannt. Chilenische Arbeiter der Manganbergwerke litten

an schwerer geistiger Verwirrtheit. Die Krankheit wird mit L-DOPA behandelt.

Mangan wirkt wie ein Neurotoxin, das spezifische, bestimmte Areale des zentralen

Nervensystems beinfluβt (Leach und Harris 1997). Am Tiermodell konnte gezeigt

werden, daβ das Zentrale Nervensystem tatsächlich durch Manganoxidgaben

beeinfluβt wird. Die bei Hunden und Rhesusaffen erzielten Befunde entsprechen

den beim Menschen auftretenden Symptomen der chronischen Manganvergiftung

in Form von Hypokinese (Bewegungsarmheit der Muskulatur, Maskengesicht),

Bradykinesie, Starrheit und Tremor (Mena 1979; Neff et al. 1969; Rjazanov 1965).

Mangan soll die Synthese der Catecholaminneurotransmitter anregen und Tyrosin

zu Norepinephrin umwandeln:

Tyrosin → L - DOPA → Dopamin → Norepinephrin

Dopamin und Norepinephrin sind die Hauptneurotransmitter im Zentralen

Nervensystem. Das oxidierte Dopamin zerstört in Form einer

Trihydroxyverbindung die Neuronen (Leach and Harris 1997).

3.1.2 Der Mangangehalt der Böden des teerbelasteten Rositzer Lebens- draumes

3.1.2.1 Die Mangankonzentration des Bodens auf sechs Werksstandorten

Im Werksgelände des ehemaligen Rositzer Teerveredlungsbetriebes wurden an 6

verschiedenen Standorten Bodenproben aus unterschiedlichen Tiefen entnommen

und hinsichtlich ihres Mangangehaltes untersucht. Dabei zeigte sich, daß der

Mangangehalt der Böden verschiedener Werksstandorte und unterschiedlicher

Entnahmetiefe im Mittel der Probenahmestellen zwischen 248 und 338 mg Mn/kg


22

TS (Tab. 11) und damit nur wenig und insignifikant im Rahmen des unteren

Viertels der Normalkonzentrationen von 270 bis 525 mg Mn/kg TS schwankte.

Sein Mangangehalt ist für Löβ und eiszeitliche Bildungen mit niedrigem

Mangananteil typisch (Kabata-Pendias und Pendias 1992). Weltweit sind die

verschiedenen Bodentypen wesentlich manganreicher als der im Werksgelände

des Teerverarbeitungswerkes Rositz anstehende und erheblich mit Teer

kontaminierte Boden.

Tabelle 11: Der Mangangehalt teerbelasteten Bodens verschiedener Standorte

des Teerverarbeitungswerkes Rositz (mg/kg TS).

Standort im Werk (n) x s %

1(4)

2(6)

3(5)

4(4)

5(4)

6(4)

265

248

265

307

284

338

161

135

79

103

122

235

93

87

93

116

100

128

Mittel 1) (27) 284 139

Fp > 0,05

-

1)Mittelwert × 100%; Standorte × x%

3.1.2.2 Die Mangankonzentration des Bodens unterschiedlicher Boden- horizonte auf dem Werksgelände Die Verunreinigung des Bodens mit Teer erstreckt sich bis zu einer Tiefe von > 4

m. Aus diesem Grund wurde der Mangangehalt des Bodens bis zu dieser

Entnahmetiefe getrennt ausgewertet (Tab. 12).

Diese Aufgliederung zeigt, daβ der Oberboden bis zu 1 m Tiefe im Mittel

besonders wenig Mangan enthält. Mangan reicherte sich mäßig und insignifikant

von 1 bis 2 m Tiefe im Boden an, wo es sich auch auf anderen Standorten

zusammen mit Eisen als Raseneisenstein ablagerte. Die tieferen Bodenschichten

sind im Mittel mit 220 bis 230 mg Mn/kg Bodentrockensubstanz noch

manganärmer als der Oberboden.


23

Tabelle 12: Der Mangangehalt teerbelasteten Bodens unterschiedlicher Entnahme-

tiefe verschiedener Standorte des Teerverarbeitungswerkes Rositz (mg/

/kg TS)

Tiefe in m (n) x s %

0 - 1 (9)

1 - 2 (5)

2 - 3 (5)

3 - 4 (4)

> 4 (4)

263

335

348

222

228

137

117

189

67

110

100

127

132

84

87

Fp > 0,05 -

3.1.2.3 Die Mangankonzentration teerkontaminierter und dekontaminierter Böden des Werksgeländes

Die thermische Dekontamination des teerbelasteten Bodens aller Werkssandortes

und Entnahmetiefen erhöhte den Mangangehalt des Bodenglührückstandes im

Mittel um ein Drittel (Tab. 13). Die Verbrennung des Teeres und der organischen

Bodenmatrix führte zu einer statistisch gesicherten Anreicherung des

Glührückstandes mit Mangan.

Tabelle 13: Der Mangangehalt des teerbelasteten Bodens und sein Glührückstan-

des nach der thermischen Dekontamination (mg/kg TS

1) belasteter Boden ×100%; dekontaminierter Boden × x%

Teer und die restliche organische Substanz enthielten wahrscheinlich keine

erheblichen Manganmengen, da sich der Manganbestand des Glührückstandes

nur mäβig erhöhte.

Eine Mangankontamination des Werksgeländes und seiner Umgebung durch

n belastet dekontaminiert p %1)

s x x s

27; 6 139 284 368 21 < 0,01 130


24

”Teer” und andere Werksemissionen ist mit an Sicherheit grenzender

Wahrscheinlichkeit nicht eingetreten. Der Glührückstand besitzt einen

Mangangehalt, der im unteren Drittel des normalen Manganbestandes der Böden

angesiedelt ist. Er kann hinsichtlich seines Mangananteiles sowohl als Baumaterial

jeder Art Bodenzuschlagsstoff verwendet werden. Sein niedriger Mangangehalt

schließt jede Manganintoxikation aus. Diese Feststellung wird durch den hohen

pH-Wert des Glührückstandes von 13 untermauert, der die Pflanzenverfügbarkeit

des Mangans erheblich einschränkt. Eine Mangananreicherung in der

Nahrungskette von Boden über die Pflanze bis zum Menschen kann

ausgeschlossen werden. Die Nutzung des Glührückstandes als

Bodenzuschlagsstoff wird allerdings durch seinen hohen Bleigehalt erheblich

eingeschränkt bzw. unmöglich gemacht (Mocanu 1998).

3.1.2.4 Die Mangankonzentration der in den Gefäßversuchen verwendeten Böden

Der zu den Gefäβversuchen mit Hafer, Senf und Spinat verwendete Boden bzw.

Glührückstand, seine Kombinationen und sein Mangangehalt werden in Tabelle 14

dargestellt.

Tabelle 14: Der Mangangehalt der in Gefäβversuchen verwendeten Böden (mg/kg TS)

Bodenart (n) x s %

Kontrollboden (6)

Kontaminierter Boden (6)

Dekontaminierter Boden (6)

50% kontaminierter Boden + 50 % Kontrollboden (6)

50% dekontaminierter Boden. + 50 %Kontrollboden (6)

489

274

364

424

414

32

27

13

23

17

100

56

74

87

85

KGD 40 - 1)Kontrollboden × 100%; kontaminierter Boden × x%

Der als Kontrollboden dienende sandige Lehm enthielt mit 489 mg Mn/kg TS

signifikant mehr Mangan als der teerkontaminierte Rositzer Löβ und sein

Glührückstand. Die Mischböden aus Rositzer teerkontaminierten Boden und

Kontrollboden und dem Glührückstand enthalten die zu erwartenden

Manganmengen. Ihr mittlerer Mangangehalt entspricht der Bandbreite normaler


25

Manganmengen. Ihr mittlerer Mangangehalt entspricht der Bandbreite normaler

Bodenmangankonzentrationen. Die Schwankungen des Mangangehaltes der

gleichen Böden innerhalb der sechs Versuchsgefäβe ist, wie ihre

Standardabweicherung zeigt, bescheiden.

3.1.3 Die Auswirkungen des Anbaues von Hafer, Senf und Spinat auf

Teerbelasteten Rositzer Boden und seines Glührückstandes auf Wachstum, Ertrag und Mangantransfer in die Nahrungskette

3.1.3.1 Hafer Der Hafer auf den fünf verschiedenen Böden bzw. Bodenkombinationen

entwickelte sich trotz des gleichen Angebotes der Hauptnährstoffe extrem

unterschiedlich. Der Hafer auf dem Glührückstand des Rositzer Bodens keimte

zunächst überhaupt nicht, später entwickelten sich extrem langsam einzelne

Haferpflanzen. Mehr als die Hälfte der Haferkörner liefen nicht auf. Der Hafer auf

dem Kontrollboden entwickelte sich ebenso wie der auf dem teerbelasteten

Rositzer Boden und seiner Kombination mit dem Kontrollboden üppig, während

der auf dem Mischboden aus Kontrollboden und Glührückstand geringfügig

langsamer wuchs (Abb.3).

Während des Schossens blieb der auf teerbelasteten Rositzer Boden stehende

Hafer im Wachstum zurück, ein Teil seiner Blätter wurde chlorotisch. Sie

vertrockneten bis zur Milchreife des Hafers (Abb. 4).

Der Hafer der sechs Gefäβe mit teerbelasteter Rositzer Boden zeigte das typische

Bild der Dörrfleckenkrankheit. Die Ursachen für das unterschiedliche Wachstum

und das Auftreten dieser Krankheit beim Hafer teerbelasteter Böden ist der

unterschiedlich hohe Boden-pH-Wert der fünf Versuchsvarianten. Der

Kontrollboden besaß zu Versuchsbeginn einen pH-Wert von 5,5, der teerbelastete

einen von 7,2 und der dekontaminierte Glührückstand von 13,0. Der teerbelastete

Rositzer Boden konnte die für das Schossen des Hafers notwendige

Manganmenge nicht liefern.


26

Abbildung 3: Die Entwicklung des Hafers bis zum Schossen auf Kontrollboden 931

teerbelasteten Boden (937), Glührückstand (945), Mischböden aus

Kontroll- und teerbelasteten Boden (950) und Kontrollboden und

Glührückstand (957)

Das führte zur Chlorose und allmählichen Absterben des Hafers. Die wenigen

aufgegangenen Haferpflanzen des Glührückstandes schufen sich zumindest im

Wurzelbereich einen Boden-pH-Wert, der ein minimales oberirdisches Wachstum

ermöglichte. Die Wurzelentwicklung des Hafers auf dem dekontaminierten Boden

entsprach der des Hafers auf den Kontrollbodens. Im Gegensatz dazu blieb das

Wurzelwachstum des Hafers auf dem teerbelasteten Rositzer Boden im Vergleich

zu allen anderen Versuchsvarianten bescheiden (Abb. 5). Das Wurzelwachstum

des Inhaltsstoffe des Hafers auf Kontrollböden war am unfangreichsten. Offenbar

beeifluβten die Inhaltsstoffe des Teeres das Wurzelwachstum des Hafers und

führten in Verbindung mit dem niedrigen Bodenmangangehalt und dem Boden-pH-

Wert von 7,2 zu der ungenügenden Pflanzenverfügbarkeit des Mangans und

induzierten die Dörrfleckenkrankheit des Hafers, die durch die Analyse den

Mangangehaltes eindeutig identifiziert werden konnte. (Tab. 15). Der Hafer des

957 950 945 937 931


27

teerbelasteten Bodens enthielt nur 5% der Manganmenge, die im Hafer des

Kontrollbodens gefunden wurde.

945 937 931

Abbildung 4: Der Hafer auf Kontrollboden (931), teerbelasteten Boden (937) und

auf dem Glührückstand des teerbelasteten Bodens (945)

Abbildung 5: Die Wurzelentwicklung des Hafers auf teerkontaminierten Rositzer

Boden, dekontaminiertem Boden, Mischboden aus 50% Kontroll-

und 50% teerkontaminiertem Boden bzw. 50% Kontrollboden und

50% Glührückstand (von links nach rechts)

Rositzer Boden Hafer Wurzeln

Kontrolle Mischboden Boden kontaminiert Boden dekontaminiert 50% Mischboden+ 50% Boden kontaminiert

50% Mischboden + 50% Boden dekontaminiert


28

Auch der Hafer vom Mischboden aus 50% kontaminierten Boden und 50%

Kontrollboden war hochsignifikant manganärmer als der Hafer des Kontrollbodens.

Der Hafer auf dekontaminierten Glührückstand speicherte ähnlich dem auf den

Mischboden aus dem Kontrollboden und Glührückstand normale, nur insignifikant

unterschiedliche Manganmengen. Es wird festgestelt, daß die teerbelasteten

Böden von Rositz ein vermindertes Wurzelwachstum induzierten, einen

verminderten Mangantransfer in den Hafer verursachten, einen gedrosseltes

Wachstum auslösten, clorotische Veränderungen an den Blattspreiten induzierten

und durch die herabgesetzten assimilatorischen Leistungen des erkrankten Hafers

sein Vertrocknen einleiteten.

Tabelle 15: Der Mangangehalt des Hafers unterschiedlich belasteter Böden (mg/kg

TS)

1)Kontrollboden × 100%; Versuchsvarianten × x%

Der Hafer der sechs Gefäβe mit Kontrollboden wuchs mit Abstand am besten. Die

von ihm zum Zeitpunkt des Rispenschiebens gebildete Haferfrischmasse betrug im

Mittel 390 g/Gefäβ (Tab. 16).

Alle anderen Versuchsvarianten erzeugten signifikant weniger Frischmasse. Die

Mischbodenvarianten lieferten etwa ein Drittel weniger Haferfrischmasse (29 bzw.

35%) als der Kontrollboden, während der Rositzer Boden nur 38% der

Frischmasse der Kontrollbodens produzierte. Der Glührückstand ermöglichte nur

die Bildung von 4,1% der oberirdischen Frischmasse, die der Hafer auf

Kontrollboden erzeugte.

Der Trockensubstanzgehalt der Frischmasse war im Mittel der Versuchsvarianten

unterschiedlich. Er schwankte zwischen 13 und 32%. Der auf Kontrollboden

gewachsene Hafer enthielt am wenigsten Trockensubstanz. Um die erzeugte

Bodenart (n) x s %

Kontrollboden (6)



50% kontaminierter Boden. + 50%Kontrollboden (6)

50% dekontaminierter Boden + 50% Kontrollboden (6)

124

5,9

95

32

118

9,0

0,77

38

7,6

11

124

4,8

77

26

95

KGD 31 -


29

Trockenmasse vergleichbar zu machen wird in der Tabelle 17 die produzierte

Trockenmasse der fünf Versuchsvarianten mitgeteilt.

Tabelle 16: Die Frischmasseproduktion des Hafers unterschiedlich belastete Bo-

den (g/Gefäβ)

Bodenart (n) x s %

Kontrollboden (6)



50% kontaminierter Boden + 50 % Kontrollboden (6)

50% dekontaminierter Boden. + 50% Kontrollboden (6)

390

149

16

255

276

23

28

14

7,2

18

100

38

4,1

65

71

KGD 33 -

Tabelle 17: Die Trockenmasseproduktion des Hafers auf unterschiedlich belaste-

ten Böden (g/Gefäß)

Auch bei dieser Bezugsbasis erzeugte der Kontrollboden signifikant mehr

Trockenmasse als alle anderen Versuchsvarianten. Nach dem Kontrollboden

produzierte der Mischboden aus Kontroll- und Rositzer Erde am meisten

Trockenmasse. Die auf ihm wachsende Hafertrockenmasse war statistisch

gesichert gröβer als die auf dem Glührückstand bzw. dem auf Mischboden mit

Glührückstand erzeugte Hafertrockenmasse.

Die teerbelastete Rositzer Erde lieferte trotz des üppigen Haferwachstums zum

Zeitpunkt des Rispenschiebens signifikant weniger Trockenmasse als alle

Versuchsvarianten mit Ausnahme des Glührückstandes.

Bodenart (n) TS% x s %

Kontrollboden (6)

Kontaminierte Boden (6)

Dekontaminierte Boden (6)

50%kontaminierter Boden + 50% Kontrollboden

50%dekontaminierte Boden + 50%Kontrollboden

12,8

14,1

32,5

18,0

14,9

50

21

5,2

46

41

3,4

4,6

4,6

1,7

5,0

100

42

10

92

82

KGD - 6,9 -


30

Zusammenfassend wird festgestellt, daβ der Erstanbau von Hafer auf dem

teerbelasteten Rositzer Boden, ebenso wie der auf dem dekontaminierten

Glührückstand und den zwei Mischbodenvarianten eine signifikant niedrigere

Trockenmasseerzeugung brachte. Der teerbelastete Rositzer Boden induzierte

beim erstangebauten Hafer der Sorte Alfred die manganmangelinduzierende

”Dörrfleckenkrankheit”.

3.1.3.2. Senf Sofort nach der Ernte des Hafers wurde als zweite Kulturpflanze auf dem Rositzer

Versuchsboden weißer Senf der Sorte Martigena ausgesät. Der Senf aller fünf

Versuchsvarianten wuchs gleichmäßiger als der erstangebaute Hafer (Abb. 6).

Abbildung 6 : Die Entwicklung des Senfs bis zu Beginn der Blüte auf Kontrollboden

(932), teerbelasteten Boden (939), dem Glührückstand (946), den

Mischböden aus Kontroll- und teerbelasteten Boden (951) und

Kontrollboden und Glührückstand (957)

Diese Aussage gilt insbesondere für den Senf auf dem dekontaminierten Rositzer

Boden, der auf dem von den Wurzelresten des Hafers durchzogenen Boden

schneller keimte und wuchs als der Hafer. Wiederum enthielten die auf

932 939 946 951 957


31

Kontrollboden wachsenden Pflanzen am meisten Mangan und unterschieden sich

damit signifikant von allen anderen Versuchsvarianten. (Tab. 18).

Tabelle 18: Der Mangangehalt des Senfes unterschiedlich belasteter Böden

(mg/kg TS)

Bodenart (n) x s %

Kontrollboden (6)



50%kontaminierter Boden + 50% Kontrollboden (6)


81

21

65

30

38

8,2

2,1

1,4

3,2

5,4

100

26

80

37

47

KGD 13 - 1)Kontrollboden × 100%; Kontaminierter Boden × x%

Der Senf auf dem teerkontaminierten Boden enthielt 26% des Mangangehaltes,

der auf dem Kontrollboden gefunden wurde, mehr Mangan als der Hafer, welcher

nur 5% des Manganbestandes im Kontrollhafer erreichte. Der Senf auf dem

Glührückstand speicherte 52% der im Kontrollhafer gefundenen Manganmenge,

während der auf den zwei Mischböden lediglich 24% bzw. 31% der im

Kontrollhafer ermittelten Manganmenge akkumulierte. Bis zum Ende der Blüte

hatte der auf dekontaminiertem Rositzer Boden wachsende Senf, den

Kontrollboden in der Frischmasseerzeugung eingeholt und überboten (Tab. 19).

Er bildete im Mittel 10% mehr Frischmasse als der auf dem Kontrollboden

wachsende. Der auf den zwei Mischböden stehende Senf erzeugte 31% weniger

Senffrischmasse als der Senf auf dem Kontrollboden. Die im Mittel der Einzelgefäβ

e und Versuchsvarianten erzeugte Senftrockenmasse zeigt Tabelle 20.

Der Senf auf dem Kontrollboden produzierte am meisten Trockenmasse. Der

teerbelastete Rositzer Boden erzeugte im Mittel 22% weniger Trockenmasse, der

dekontaminierte 29%. Die Mischöden blieben um 24% bzw. 13% in der

Trockenmassebildung zurück. Zwischen den Versuchsvarianten gab es keine

statistisch gesicherten Unterschiede.


32

Tabelle 19: Die Frischmasseproduktion des Senfes unterschiedlich belasteter

Böden (g/Gefäβ)

Tabelle 20: Die Trockenmasseproduktion des Senfes auf unterschiedlich belaste-

ten Böden (g/Gefäβ)

Der Senf des dekontaminierten Bodens war physiologisch jünger als der des

Kontrollbodens. Er stand später in der Vollblüte. Zum Schnittzeitpunkt war er

wasserreicher als der aller anderen Versuchsvarianten. Daraus resultierte seine

gröβere Frischmasseproduktion.

Der Senf aller Versuchsvarianten bildete Wurzeln im gleichen Umfang (Abb. 7), die

die bescheidenen Wachstumsunterschiede des oberirdischen Aufwuchses

erklären helfen. Zusammenfassend wird festgestellt, daß die Wurzelmasse des

Hafers den Glührückstand schon wesentlich bodenähnlicher gestalteten und nur

ein Minderwachstum des Senfes von etwa 30% verursachte.

Bodenart (n) x s %

Kontrollböden (6)

Kontaminierter Böden (6)

Dekontaminierter Böden (6)


50%dekontaminierter Boden. + 50%Kontrollboden (6)

80

70

88

69

69

5,8

3,0

4,7

3,7

3,9

100

88

110

86

86

KGD - -

Bodenart (n) x s %

Kontrollböden (6)




50%dekontaminierter Boden. + 50%Kontrollboden (6)

15,8

12,4

11,2

12,0

13,8

1,53

0,56

1,28

0,77

0,66

100

78

71

76

87

KGD - -


33

Abbildung 7: Die Wurzelentwicklung des Senfes der fünf Versuchvarianten

3.1.3.3 Spinat

Die Aussaat des Spinats erfolgte unmittelbar nach der Ernte des Senfs, so daβ in

einer Vegetationsperiode drei Ernten möglich wurden. Der Spinat aller fünf

Versuchsvarianten entwickelte sich normal. Erstaunlicherweise wuchs er auf dem

dekontaminierten Rositzer Boden am zügigsten (Abb. 8).

Abbildung 8: Die Entwicklung des Spinates auf Kontrollboden (932), teerbelasteten

Boden (937), dekontaminierten Boden (946) und den Mischböden

aus Kontroll- und teerbelasteten Boden (952) und Kontrollboden und

Glührückstand (958)

932 937 946 952 958

Rositzer Boden

Senf Wurzel

Kontrolle Mischboden

Boden kontaminiert Boden dekontaminiert

50% Mischboden + 50% Boden kontaminiert



34

Ersaurlicherweise wuchs er auf dem dekontaminierten Rositzer Boden am

zügigsten. Das Wurzelwachstum des Spinates auf dem thermisch

dekontaminierten Boden war am intensivsten (Abb. 9). Aus diesem Grund

entwickelte er wahrscheinlich auch eine besonders üppige Blattmasse.

Abbildung 9: Das Wurzelwachstum des Spinates der fünf Versuchsvarianten

Am meisten Mangan akkumulierte der Spinat des Kontrollbodens (Tab. 21). Der

Spinat aller anderen Versuchvarianten speicherte hochsignifikant weniger

Mangan. Am wenigsten Mangan nahm der Spinat des teerbelasteten Bodens von

Rositz auf. Es hat den Anschein, daβ der pflanzenverfügbare Mangangehalt der

Böden aller Versuchsglieder mit Ausnahme des Kontrollbodens durch den Hafer-

und Senfanbau erschöpft war.

Zusammenfassend läβt sich für die Gefäβversuche mit verschiedenen Varianten

von teerkontaminiertem und thermisch dekontaminiertem Boden aus Rositz

feststellen, daβ der teerkontaminierte Rositzer Boden Manganmangel beim Hafer

in Form von Dörrfleckenkrankheit auslöste und Senf bzw. Spinat zum Teil extrem

an diesem essentiellen Spurenelement verarmten.

Rositzer Boden

Senf Wurzel

Kontrolle Mischboden


Boden kontaminiert Boden dekontaminiert

50% Mischboden + 50% Boden kontaminiert


35

Der dekontaminierte Glührückstand des teerbelasteten Bodens brachte bereits

beim Anbau der zweiten Kultur ”normale” Erträge. Er ist aus der Sicht des

Mangans bei entsprechender Mangandüngung auch als Zuschlagsstoff zum

Boden geeignet. Sein Einsatz als dieser verbietet sich aber auf Grund seines

hohen Bleigehaltes (Mocanu 1998).

Tabelle 21: Der Mangangehalt des Spinates unterschiedlich belasteter Böden

(mg/kg TS)

Bodenart x s %

Kontrollböden

Kontaminierte Böden

Dekontaminierter Böden

50% kontaminierter Boden + 50% Kontrollboden

50% dekontaminierter Boden. + 50%Kontrollboden

339

28

86

54

78

51

1,9

12

5,7

74

100

8

25

16

23

KGD 69 -

3.1.4 Der Mangangehalt verschiedener Wild- und Kulturpflanzen des teerbelasteten Lebensraumes Rositz

In Übereinstimmung mit den im Gefäβversuch erzielten Ergebnissen speicherten

auch die im Lebensraum Rositz wildwachsenden und kultivierten Pflanzenarten im

Mittel 28% weniger Mangan als die entsprechenden Arten der Kontrollgebiete

(Tab. 22, 23 und 24). Bei einem Drittel der getesteten Arten bzw. Pflanzenteile, die

in die Ernährung des Menschen eingehen sind die Differenzen im Mangangehalt

statistisch gesichert. Der Trend, daß in Rositz wachsende Futter- und

Lebensmittelrohstoffe weniger Mangan als die Kontrollpflanzen enthalten, ist

einheitlich und gilt für Früchte, Knollen und Wurzel - bzw. Stengelverdickungen. Er

ist bei Küchenkräutern und dem Gemüse besonders ausgeprägt. Grüngetreide aus

Rositz (Weizen und Roggen) lieferte ein Drittel weniger Mangan als das der

Kontrollgebiete (Tab. 22).


36

Tabelle 22: Der Mangangehalt von Früchten, Gemüse und Küchenkräuten der

Kontrollgebiete und des teerbelasteten Lebensraumes Rositz (mg/kg)

1)Kontrollgebiete × 100%; Rositz × x%

Blattreiche Kultur- und Wildpflanzen, die als Futter und Äsung dienen können,

akkumulieren gleichermaβen weniger Mangan wie die Lebensmittelrohstoffe und

Samen (Tab. 23; 24). Bei landwirtschaftlichen Nutztieren, insbesondere dem Rind,

ohne Manganergänzung muβ bei diesem Manganangebot und Ackerfuttereinsatz

mit Manganmangelerschenungen in Form von Stillbrünstigkeit, verschlechtertem

Erstbesamungser-folg, erhöhter Abortrate bzw. Skelettschäden und nervösen

Störungen bei Kälbern gerechnet werden.

Tabelle 23: Der Mangangehalt der Samen verschiedener Pflanzenarten der Kon-

trollgebiete und des teerbelasteten Lebensraumes Rositz (mg/kgTS)

1)Kontrollgebiete × 100%; Rositz × x%

Kontrollgebiete Rositz

Lebensmittel (n;n) s x x s p

%1)

Schnittbohnen (11;6)

Birnen (2;8)

Schnittlauch (23;11)

Möhren (20;12)

Petersilie (18;15)

Äpfel (24;15)

Kartoffeln, geschält (25;14)

Kohlrabi (10;12)

Zwiebeln (24;8)

Kartoffelschalen (18;5)

Gurken (15;7)

Porree (7;7)

14

2,9

33

6,2

12

2,2

5,6

5,6

11

3,3

5,6

5,1

29

5,2

36

12

41

3,0

7,6

10

14

8,5

16

13

12

2,2

18

6,2

25

2,2

5,6

7,5

11

6,9

13

13

3,5

0,69

6,8

1,6

8,1

0,61

1,3

2,2

2,8

1,4

2,7

3,2

< 0,05

> 0,05

< 0,05

< 0,001

< 0,001

< 0,01

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

41

42

50

52

61

73

74

75

79

81

81

100


Art (n;n) s x x s p %1)

Weizen (23;9)

Roggen (2;18)

Raps (7;9)

9,0

4,6

7,5

28

22

33

17

15

32

5,5

3,7

6,4

< 0,01

> 0,05

> 0,05

61

68

97


37

Sie treten im Altenburger Land ohne Manganergänzung de Mineralstoffmischun-

gen regelmäßig auf (Anke et al. 1994c; Werner und Anke 1960).

Tabelle 24: Der Mangangehalt verschiedener Wild- und Kulturpflanzen (mg/kg TS)

3.1.5 Der Manganverzehr erwachsener Mischköstler der Lebensräume Jena und Rositz

Die erwachsenen Mischköstler aus Rositz verzehrten eine Lebensmittel- und

Getränketrockensubstanz mit signifikant weniger Mangan als die Kontrollpersonen

aus Jena (Tab. 25).

Tabelle 25: Die Mangankonzentration der von erwachsenen Mischköstlern aus

Jena und Rositz verzehrten Nahrungsmitteltrockensubstanz (mg/kgTS)

1)Frauen × 100%; Männer × x%

Die Differenz betrug im Mittel etwa 15%. Beide Studien erfolgten im Winter

(Dezember und Januar), so daβ dieser Befund nicht von der Jahreszeit beeinfluβt

wurde. Im Winter konsumierten Mischköstler eine signifikant manganreichere


Art (n;n) s x x s p %

Weizen, Schossen (18; 13)

Wiesenrotklee, Blute (6;16)

Mais, Milchreife(20;6)

Rainfarn, Blute (4,14)

Weissklee, Blute (7;20)

5,9

3,6

23

9,8

9,0

29

23

28

41

28

22

18

22

35

24

5,3

5,3

2,5

15

5,5

< 0,01

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

76

78

79

85

86

Frauen Männer

Lebensraum (n;n) s x x s

p

%1)

Jena 1996 (70;70)

Rositz 1996 (49;49)

3,3

2,3

8,9

7,5

8,2

7,1

3,4

1,7

> 0,05

> 0,05

92

95

p < 0,05 < 0,05

Jena: Rositz % 84 87

-


38

Lebensmitteltrockenmasse als im Sommer (Anke et al. 1997). Der basale

Manganbedarf Erwachsener beträgt 0,75 mg/Tag (Anonym 1996). Er wurde von

Bilanzversuchen abgeleitet. In den USA wird ein Manganverzehr von 2,0 bis 5,0

mg/Tag empfohlen (Anonym 1989). Diese Manganmenge ist mehr als doppelt so

hoch wie der postulierte basale Manganbedarf. Sowohl die Rositzer Probanden als

auch die Jenaer Kontrollpersonen verzehrten zwischen 2,0 und 3,4 mg Mn/Tag, so

daβ kein Manganmangel bei beiden Testpopulationen zu erwarten ist (Tab. 26).

Tabelle 26: Der Manganverzehr erwachsener Mischköstler der Lebensraume Jena

und Rositz (mg/Tag)

Frauen Männer


p

%

Jena 1996 (70;70)

Rositz 1996 (49;49)

1,3

0,62

3,2

2,0

3,4

2,7

1,3

1,1

>0,05

>0,05

106

135

p < 0,001 < 0,01

% 62 79 -

Die Manganaufnahme je kg Körpermasse der Rositzer Bevölkerung unterschied sich

ähnlich der Mangankonzentration der aufgenommenen Trockenmasse und dem

Manganverzehr/Tag signifikant von der der Jenaer Kontrollpopulation (Tab. 27).

Tabelle 27: Der Manganverzehr erwachsener Mischköstler der Lebensräume Jena

und Rositz (μg/kg Körpermasse).

Frauen Männer

Lebensraum (n;n) s x x s p %

Jena 1996 (70; 70)

Rositz 1996 (49; 49)

23

8,4

50

28

45

35

16

16

> 0,05

> 0,05

90

125

p < 0,001 < 0,01

% 56 78

-

Zusammenfassend wird festgestellt, daß in der Umgebung des teerbelasteten

Lebensraumes offenbar nicht nur der Mangantransfer in die Flora sondern auch in

die Nahrungskette des Menschen vermindert ist. Manganmangelerscheinungen

beim Menschen sind dennoch nicht zu erwarten. Nach den von Werner und Anke


39

(1960) und Anke et al. (1994) gesammelten experimenteller Erfahrungen ist aber

ein Manganmangel bei Rindern im Rositzer Lebensraum ohne Manganergänzung

der Mineralstoffmischungen zu erwarten.

3.2 Zink 3.2.1 Literaturüberblick

In der 16 km dicken Erdkruste kommen etwa 70 mg Zn/kg TS vor (Ohnesorge und

Wilhelm 1991). Die zur Zinkproduktion verwendeten Zinkerze enthalten regelmäβig

Cadmium, so daß bei der Erzeugung einer Tonne Zink 3 kg Cadmium (Cd)

anfallen, die häufig in der Umwelt verschwinden. Magmatische Gesteine

unterschiedlicher geologischer Herkunft enthalten mit Ausnahme von Basalt und

Gabbro, die 80 bis 120 mg Zn/kg TS speichern, und dem sauren Granit und Gneis,

die nur 40 bis 60 mg Zn/kg TS akkumulieren, nahezu uniforme Zinkmengen von

60-80 mg Zn/kg. Von den Sedimentgesteinen enthalten die Schiefer 80 bis 120 mg

Zn/kg, während Sandsteine 15 bis 30 mg und Muschelkalk bzw. Dolomite nur 10

bis 25 mg Zn/kg TS speichern (Kabata-Pendias und Pendias, 1992). Die

Löslichkeit des Zinks der sauren Gesteine ist im Verwitterungsprozeß besonders

groß.

Das Zink wird von Mineralien und organischer Substanz leicht absorbiert und

reichert sich in den oberen Bodenhorizonten an. Der Zinkgehalt der Böden

schwankt im Mittel von 17 bis 125 mg/kg Trockensubstanz. Weltweit kalkulierten

Kabata-Pendias und Pendias (1992) einen Zinkbestand von 64 mg/kg Boden-

trokkensubstanz. Ton und organische Substanz binden das Zink am festesten

(Lindsay 1972 a, b). In saurer Bodenlösung kommt es zum Kationenaustausch und

in alkalischer Bodenlösung zur Absorption durch organische Liganden, in sauren

Bodenbereichen zum Ionenaustausch, zur Zinkfreisetzung und zur Auswaschung

des Zinks. Bei höherem Boden-pH-Wert mit mehr organischen Verbindungen in

der Bodenlösung bilden sich zinkorganische Verbindungen (McBridge und Blasiak

1979). Zink wird von Eisen- und Aluminiumoxiden und Tonmineralien bestimmen.

Der Boden-pH-Wert und die Menge der Tonmineralien kontrollieren die Löslichkeit

des Zinks im Boden. Calcium- und phosphatreiche Böden binden das Zink

ziemlich fest und liefern häufig zu wenig pflanzenverfügbares Zink, so daβ

Zinkmangel bei der Flora entsteht (Kabata-Pendias und Pendias 1992).


40

Anthropogene Zinkkontaminationen entstehen hauptsächlich durch Buntmetall-

verhüttung und Klärschlammeintrag. Dieser zinkbelastete Boden kann weltweit

zwischen 66 und 180000 mg Zn/kg Bodentrockensubstanz enthalten. Scokart et

al. (1983) fanden in Belgien diese Zinkmengen im Boden. Lösliche zinkorganische

Komplexe, die reichlich im Klärschlamm vorkommen, sind pflanzenverfügbar und

werden sehr gut aufgenommen (Langerwerff und Milberg 1978). Sie

repräsentieren ein Umweltproblem. Die löslichen Zinkverbindungen werden von

der Pflanze aufgenommen, wobei artspezifische Unterschiede bestehen. Ein

höherer Calciumanteil in der Bodenlösung beeinfluβt die Zinkaufnahme der

Pflanzen negativ (Abrahams und Thornton 1987). Andererseits beschrieben

Fusuo Zhang et al. (1989), daβ die Wurzelausscheidungen des Weizens bei

Zinkmangel die Zink- und Eisenmobilisierung im Boden fördern. Zink wird von der

Wurzel wahrscheinlich sowohl als Zn++ als auch in verschiedenen anderen Formen

aufgenommen.

Baumeister und Ernst (1974) kalkulierten, daβ 75 % des aufgenommenen Zinks

junger Pflanzen zu den Spitzenblättern transportiert wird. Lediglich 20 bis 30 %

erscheinen in älteren Pflanzenteilen. Zink soll in den Chloroplasten angereichert

sein. Das wird speziell beim Spinat beschrieben. Es akkumuliert sich aber auch in

den Vakuolen und Zellmembranen (Tinker 1981). Zink ist in der Pflanze

Bestandteil der verschiedensten Enzyme, die den Kohlenhydrat-, Protein-,

Phosphat-, Auxin-, RNA- und Ribosomenstoffwechsel beeinflussen bzw. die

Bildung dieser Stoffe steuern. Zink reguliert die Permeabilität der Zellmembranen,

stabilisiert die Zellbestandteile und stimuliert die Resistenz der Pflanzen bei

Trockenheit und Hitze bzw. bei bakteriellen und pilzlichen Erkrankungen (Lindsay

1972a, Price et al. 1972, Shkolnik 1974a, Weinberg 1977).

Zinkmangelerscheinungen kommen bei Pflanzen relativ häufig vor. Sie äußern

sich als Chlorose. Die chlorotische Sprenkelung beginnt bei den älteren Blättern,

während die Gefäβe grün bleiben. Es kommt zu verringerten Wachstum mit

vermindertem Internodiumabstand, Kleinblättrigkeit und violett-roten Punkten auf

den Blättern. (Bergmann 1992, Mengel und Kirkby 1978, Shkolnik 1974). Lindsay

(1972) faβt die zinkmangelauslösenden Faktoren folgendermaβen zusammen:

Niedriger Bodenzinkgehalt, kalkreiche Böden mit einem pH-Wert von >7,0,


41

begrenzte Mengen organischer Substanzen, mikrobiologische Inaktivierung des

Zinks, herabgesetzte Zinkaufnahme durch die Wurzeln bei kühlem

Frühlingswetter, unterschiedliche Reaktionen der verschiedenen Arten und Sorten

und antagonistische Wirkungen von Cadmium, Kupfer, Eisen, Arsen, Phosphor,

Magnesium und Calcium.

Zinkintoxikationen der Flora sind selten, da die Pflanzen eine groβe Zinktoleranz

aufweisen; verschiedene Genotypen können erhebliche Zinkmengen

akkumulieren, ohne daβ Vergiftungserscheinungen deutlich werden. Petrunina

(1974) und Kovalskiy (1974a) beschreiben verschiedene Arten aus der Familie der

Nelken-gewächse und Baumarten, die viel Zink akkumulieren und vertragen.

Typische Zinkvergiftungserscheinungen sind Chlorose und Nekrose der jungen

Blätter, vermindertes Wachstum und gedrosselte Wurzelentwicklung. Besonders

empfindlich reagieren Getreide und Spinat (Bergmann 1992; Foy et al. 1978;

Kitagishi und Yamane 1981; Mengel und Kirkby 1978; Adriano 1986). Eine

Zinkkonzentration von > 300 mg/kg TS ist für junge Gerste toxisch, während Hafer

im Schossen 400 mg/kg Trockenmasse verträgt (Davies et al. 1978, Hondenberg

and Finck 1980). Zinkempfindliche Pflanzen reagieren bereits bei einem Zinkgehalt

von 150 bis 200 mg/kg Trockenmasse (Kloke 1974). Bei einer Zinkkonzentration

von 100 bis 500 mg/kg Trockenmasse reagiert die Flora artspezifisch auf die

Zinkbelastung mit Zinkvergiftungserscheinungen (Macnicol und Beckett 1985).

Der Zinktransfer von Boden zur Pflanze ist von der geologischen Herkunft des

Standortes und seinem Boden-pH-Wert abhängig. Anke et al. (1975, 1994)

untersuchten mit Hilfe der Indikatorpflanzenarten Weizen im Schossen, Roggen in

der Blüte, Ackerrotklee in der Knospe und Wiesenrotklee in der Blüte. Sie

relativierten den artspezifischen Zinkgehalt und fanden im Mittel die höchsten

Zinkkonzentrationen in den Indikatorpflanzen der Syenitverwitterungsböden (Tab.

28), deren Ausgangsgestein zinkreich ist. Granit ist zinkärmer. Am wenigsten Zink

lieferten die calcium- und magnesiumreichen Triassedimente des Keupers und

Muschelkalkes, die zu den zinkarmen Sedimenten, ähnlich dem Buntsandstein,

zählen. Die geologische Herkunft des Bodens charakterisiert den zu erwartenden

Zink-, Spuren- und Ultraspurenelementtransfer von Boden zur Pflanze und damit

in die Nahrungskette wesentlich besser als die Entstehungsart der Böden, wie z.B.

Podsol-, Rendzina-, Solonschak- bzw. Solonetzböden (Kabata-Pendias und


42

Pendias 1992). Auβerdem bietet die Benutzung der Indikatorpflanzen in definierten

Entwicklungsstadien den Vorteil, daβ mit ihrer Hilfe das Eindringen der Elemente

in die Nahrungskette der Fauna und des Menschen exakt erfaβt werden kann und

auf jeden Fall die Pflanzenverfügbarkeit des anorganischen Bodenbestandteils

sicher repräsentiert wird.

Tabelle 28: Der Einfluβ der geologischen Herkunft des Standortes auf den Relati-

ven Zinkgehalt der Flora






Schieferwitterungsböden

Moor, Torf

Diluviale Sande


Alluviale Auen

Löß

Geschiebelehm




100

92

85

84

82

82

79

75

70

62

61

61

59

52

Fp < 0,001

Obwohl das reichliche Vorkommen des Zinks in den Geweben des Tieres bereits

im 19. Jahrhundert bekannt war, wurde der Nachweis seiner Essentialität erst

1934 bei der Ratte durch Todd et al. geliefert. Es dauerte weitere 20 Jahre bis man

die Parakeratose des Schweines (Tucker und Salmon 1955) als

Zinkmangelkrankheit identifizierte und wenig später auch

Zinkmangelerscheinungen beim Huhn in Form von Minderwachstum,

ungenügender Befiederung und Skelettschäden feststellte (O’Dell und Savage

1957, O’Dell et al. 1958).


43

Zu Beginn der sechsziger Jahre wurden auch Zinkmangelerscheinungen beim

Menschen beschrieben (Prasad et al. 1961) und durch Zinkgaben geheilt. Nach

parenteraler Ernährung mit zinkarmen Nährlösungen kam es gleichfalls zu

Zinkmangelerscheinungen beim Menschen (Ortega et al. 1985). chlieβlich gelang

es 1974 Moynaham die Acrodermatites enteropathica, eine seltene Erbkrankheit

als Zinkmangelkrankheit zu identifizieren. Bereits 1939 beschrieben Keilin und

Mann die Kohlensäureanhydratase als ein zinkhaltiges Enzym. In der Folge

wurden > 200 Zinkenzyme entdeckt. Letztlich identifizierte man eine zweite

Gruppe von Zinkproteinen, deren Anzahl wahrscheinlich gröβer ist als die der

Zinkenzyme, die als Transkriptionsfaktoren wirken (Berg 1990). Der erwachsene

Mensch enthält 2,0 bis 2,5 g Zn. Etwa 55 % davon kommen im Muskel und 30 %

im Skelett vor, der Rest ist in den übrigen Geweben lokalisiert (Haumont 1961).

Die Zinkabsorption unterliegt der homeostatischen Kontrolle. Weder im Magen

noch im Blinddarm und Kolon erfolgt eine wesentliche Zinkabsorption (Lönnerdal

1988). Die homeostatische Kontrolle der Zinkabsorption erfolgt in der Mukosa des

Dünndarmes (Antonson et al. 1979). Verschiedene Faktoren beeinflussen die

Bioverfügbarkeit des Zinks. Das Zink der Muttermilch wird gut absorbiert. Mit

Kuhmilch ernährte Babies absorbieren aus dieser weniger Zink als aus der

Albuminmilch der Frau (Cassey et al. 1981, Sandström et al. 1983).

Der Einfluβ des Fasergehaltes auf die Zinkabsorption ist umstritten, der der

Phytinsäure oder besser der des Hexa- und Pentaphosphates eindeutig geklärt

(Lönnerdal et al. 1989). Diese Aussage gilt für monogastrische Tierarten. Dieser

Calcium-Zinkphytasekomplex bindet Zink und Calcium und macht es ohne

Phytase unverfügbar (Oberleas et al. 1966). Wahrscheinlich beeinfluβt nur der

Phytinanteil die Bioverfügbarkeit des Zinks (Andersson et al. 1983).

Sauerteigverarbeitung und Backen vermindern den Phytatbestand und erhöhen

die Bioverfügbarkeit des Zinks im Brot (Navert et al. 1985).

Die Exkretion des Zinks erfolgt über Haar, Schweiβ, Hautabschlürfungen, Galle,

Pankreas, Ejakulat und Harn (Chesters 1997). Die homeostatische Kontrolle der

Zinkabsorption über die Mukosa des Dünndarmes wird durch eine verminderte

renale und endogene Zinkausscheidung in den Darm bei Zinkmangel ergänzt

(Baer und King 1984, Sullivan et al. 1981). Die Zinkabsorptionsrate schwankt bei


44

bedarfsdeckendem Zinkangebot und einer normalen Diät zwischen 1 und 50 %

Bei einem Zinküberangebot kann die homeostatische Kontrolle eine vermehrte

Zinkabsorption nicht restlos beseitigen, jedoch über eine vermehrte endogene

Zinkausscheidung kompensieren (Jackson et al. 1984), so daβ die retinierte

Zinkmenge gleich bleibt.

Ein Zinkdefizit verursacht die in der Tabelle 29 zusammengefaβten

Zinkmangelerscheinungen (Aggett 198; Anke et al. 1994; Chesters 1997;

Hambidge 1986; Jackson 1988; Prasad 1982;).

Tabelle 29: Zinkmangelerscheinungen bei verschiedenen Arten

Symptome Arten Entwick-

lungszeit

Veränderte Geschmacksempfin-

dungen

verminderte Nahrungsaufnahme/

gedrosseltes Wachstum

Niedriger Zinkblutserumspiegel

Speichelfluβ

Parakeratose, Haut-, Hufschäden

ungenügende Befriedigung

periphere Neuropathien

eingeschränkte Immunantwort

Testikelschäden

Zwergwuchs

Erythrozytenschäden

Ratte, Mensch

Vögel, Mensch, Nager,

Schwein, Wiederkäuer

Vögel, Mensch, Nager,

Wiederkäuer, Schwein

Rind

Mensch, Nager, Schwein

Wiederkäuer

Vögel

Vögel, Nager

Nager, Mensch

Nager, Schwein, Ziegen

Ziegen, Mensch

Nager, Schwein

kurz

kurz

kurz

mittel

lange

lange

lange

lange

lange

lange

lange

Eine zinkarme Ernährung induziert eine Hypogeusie bei Mensch und Tier (Henkin

1984). Die verminderte Nahrungsaufnahme führt nicht allein zu gedrosseltem

Wachstum, sondern wird auch durch zinkmangelbedingte Stoffwechselstörungen

bedingt. Der Zinkserumspiegel zeigt das Zinkdefizit nur kurzfristig, während Skelett

und Deckhaar ihn langfristig anzeigen (Anke und Risch 1979). Zink wird zur

Keratinsynthese benötigt, deshalb führt Zinkmangel zu Parakeratose bzw. Haut-,


45

Huf-, Harn-, Haar- und Gefiederschäden. Der Heilungsprozeβ von Wunden ist bei

Zinkmangel vermindert und kann unter diesen Bedingungen durch Zinkergänzung

beschleunigt werden (Chesters 1997, Anke et al. 1994).Das praenatale Gehirn

reagirt auf einen Zinkmangel (Hurley and Swenerton 1966, Sandstead et al. 1975).

Die Lernfähigkeit der Nachkommen ist vermindert. Ein inadäquates Zinkangebot

führt zur Atrophie des Thymus (Fraker et al. 1984) und einer gestörten

Immunantwort. Thymulin, ein Peptidhormon, benötigt Zink für seine physiologische

Wirksamkeit (Kaiserlian et al. 1983, Dardenne 1988).

Zink ist für alle Stadien der Trächtigkeit und der Schwangerschaft essentiell. Ein

sehr frühzeitiger Zinkmangel induzierte bei der Ratte schwere teratogene Schäden

(Hurley and Swenerton 1966). Die Ergebnisse wurden beim Affen bestätigt

(Swenerton und Hurley 1980). Der Zinkmangel beeinfluβte die Intensität der

Brunstsymptome nicht, führte aber zu einem signifikant schlechteren Erstbesa-

mungserfolg, erhöhten Abortanteil und einer verlängerten Trächtigkeitsdauer

(Anke et al. 1994). Wesentlich früher wurde bei Zinkmangel eine ungenügende

Hodenentwicklung, verminderte Spermatogenese und fehlende Potentia coeunde

beobachtet (Prasad 1982, Barney et al. 1969, Underwood et al. 1969, Anke et al.

1994). Intrauteriner Zinkmangel drosselt das Streckungswachstum der Gliedmaβ

en und führt zu Zwergwuchs. Dieses Zinkmangelbild kam bei der zinkarm

ernährten Ziege häufig vor (Hennig und Anke 1973). Die Bioverfügbarkeit des

Zinks wird durch die verschiedensten Faktoren verschlechtert. Zu den

Zinkantagonisten zählen Calcium, Magnesium, Kupfer, Phosphor, Cadmium,

Nickel, Phytinsäure und verschiedene Glukosinolate (Anke et al. 1994). Sie

können den Zinkbedarf von Tier und Mensch erheblich steigern. Im allgemeinen

decken 20 mg Zn/kg Futtertrockensubstanz den Zinkbedarf des Tieres. Bei einem

hohen Phytatgehalt kann er 50 bis 100 mg Zn/kg Futtertrockenmasse erreichen.

Erwachsenen Frauen und Männern wird von der WHO bei einer hohen

Bioverfügbarkeit des Zinks ein Verzehr von 4,0 bzw. 5,6 mg/Tag, bei einer

niedrigen von 6,5 bzw. 9,4 und bei einer schlechten von 13 bzw. 19 mg/Tag

empfohlen. Der individuelle Zinkbedarf wird entsprechend mit 2,5 bzw. 3,6, 4,0

bzw. 5,6 und 9,4 bzw. 13 mg/Tag angegeben (Anonym 1996). Zink zählt zu den

nahezu untoxischen Elementen. Seine Toxizität tritt bei Beschäftigten der

Zinkindustrie nach Inhalation von Zinkdämpfen und nach dem Trinken von Wasser

aus galvanisierten Wasserleitungen auf (Jackson 1988). Ratten, Schweine und


46

Nager zeigten bei einem Zinkgehalt der Rationen von 1000 mg/kg

Futtertrockensubstanz verschiedene Krankheits-symptome. Es kam zur

Anämie, die aber nur das Ergebnis der Interaktion von Zink und Kupfer

repräsentiert. Wiederkäuer reagierten in verschiedenen Fällen auf Zinkgaben von

500 bis 1000 mg Zn/kg Futtertrockensubstanz. Es ist möglich, daβ die

beschriebenen Symptome das Ergebnis der geschädigten Pansenflora darstellen.

Beim Menschen wurden sporadisch Fälle von Zinkvergiftungen beschrieben (Fox

1989). Erbrechen und Durchfall traten bei akuten Zinkintoxikationen und

Kupfermangel bei chronischer Zinkvergiftung auf.

3.2.2 Der Zinkgehalt der Böden des teerbelasteten Rositzer Lebensrau- mes 3.2.2.1 Die Zinkkonzentration des Bodens auf sechs Rositzer Werksstand- orten

Der Boden des teerbelasteten Werksgeländes wurde auf sechs Standorten des

Teerverarbeitungsbetrieben bis zu einer Tiefe von 4 m untersucht (Tab. 30).

Tabelle 30: Der Zinkgehalt teerbelasteten Bodens verschiedener Standorte des

Teerverarbeitungswerkes Rositz (mg/kg TS)

Standort im Werk (n) x s %

1 (4)

2 (6)

3 (5)

4 (4)

5 (4)

6 (4)

55

49

112

41

38

44

40

22

80

1,7

7,3

8,6

98

88

193

73

68

79

Mittel (27) 56 27 100

Fp >0,05 -

Im Mittel der sechs Einzelstandorte enthielt der Boden mit einer sehr groβen

Standardabweichung zwischen 38 und 112 mg Zn/kg Bodentrockensubstanz.

Normale Böden speichern zwischen 17 und 125 mg Zn/kg TS (Kabata-Pendias

und Pendias 1992), so daβ der mittlere Zinkgehalt des Bodens der einzelnen

Entnahmestellen als „normal“ anzusehen ist. Anthropogen belasteter Boden kann,


47

nach den gleichen Autoren, 66 bis 18000 mg Zn/kg TS enthalten. Löβ speichert im

Mittel zwischen 48 und 73 mg Zn/kg TS (Whitton und Wells 1974, Kabata-Pendias

1981, Bajescu und Chiriac 1962, Shacklette und Boerngen 1984, Schlichting und

Elgala 1975). Diese Schwankungsbreite demonstriert andererseits, daβ zumindest

der Standort 3 des Werksgeländes wahrscheinlich anthropogen zinkbelastet ist.

Die hohe Schwankungsbreite des Zinkgehaltes der Böden unterschiedlicher

Werksstandorten verhinderte die statistische Sicherung der Unterschiede im

Zinkbestand.

3.2.2.2 Die Zinkkonzentration des Bodens unterschiedlicher Bodenhori-zonte auf dem Werksgelände

Der Boden aus einer Tiefe von 1 bis 2 m enthielt mit 87 mg Zn/kg im Mittel am

meisten Zink (Tab. 31).

Tabelle 31: Der Zinkgehalt des teerkontaminierten Bodens unterschiedlicher Ent-

nahmetiefe verschiedener Standorte des Teerverarbeitungs werkes

Rositz (mg/kg TS)

Tiefe in m

(n) x s %

0-1m (9)

1-2m (5)

2-3m (5)

3-4m (40)

>4m (4)

65

87

52

39

31

36

83

32

6

9

100

134

90

60

48

Fp > 0,05 -

Der Oberboden speicherte im Mittel weniger Zink. Am wenigsten Zn

akkumulierte der aus einer Tiefe von > 4 m entnommene Boden. Dieser

unterschied sich im Zinkanteil erheblich von Bodenproben anderer

Entnahmetiefen, ohne daß sich die Unterschiede als signifikant erwiesen.


48

3.2.2.3 Die Zinkkonzentration teerkontaminierter und thermisch dekontaminierter Böden des Werksgeländes

Der bei 1000 bis 1200 °C dekontaminierte Boden verdreizehnfachte seinen

Zinkbestand (Tab. 32).

Der Zinkgehalt von Teer und organischer Masse des kontaminierten Bodens muβ

sehr hoch gewesen sein. Der Glührückstand enthält Zinkmengen, die für

anthropogen mit Zink belastete Böden typisch sind.

Tabelle 32: Der Zinkgehalt des teerbelasteten Bodens und seines Glührücks-

Tandes nach der thermischen Dekontamination (mg/kg TS)

n belastet dekontaminiert

s x x s p Vervielfachung

27;6 44 56 756 110 < 0,01 13,5

3.2.2.4 Die Zinkkonzentration der in den Gefäßversuchen verwendeten Böden

Erstaunlicherweise enthielt der für die Gefäβversuche verwendete Glührückstand

bei einer sehr kleinen Standardabweichung im Mittel noch mehr Zink (Tab. 33).

Tabelle 33: Der Zinkgehalt der in den Gefäβversuchen verwendeten Böden (mg/kg

TS)

Bodenart (n) x s %

Kontrollböden (6)



50% kontaminierter Boden + 50% Kontrollboden (6)

50% dekontaminierter Boden. + 50%Kontrollboden (6)

102

289

1484

169

806

58

22

74

98

66

100

283

1455

166

790

KGD 116 -


49

Offenbar wurde zufällig eine besonders zinkreiche Charge dazu verwendet. Auch

der teerbelastete Boden des Werkes enthielt im Durchschnitt extrem viel Zink. Der

Kontrollboden speicherte 102 mg Zn/kg TS, eine im Normalbereich liegende hohe

Zinkkonzentration. Die aus diesen Versuchsvarianten gebildeten Mischböden

entsprechen hinsichtlich ihres Zinkgehaltes den Erwartungen.

3.2.3 Die Auswirkungen des Anbaus von Hafer, Senf und Spinat auf

teerbelastetem Rositzer Boden und seines Glührückstandes auf den Zinktransfer in die Nahrungskette

3.2.3.1 Hafer

Der Zinkgehalt des Hafers in der Rispe auf Kontrollboden war mit 138 mg Zn/kg

TS extrem hoch und überschritt den der Indikatorpflanzen Weizen und Roggen um

ein Vielfaches (Tab. 34).

Auch die von Kabata-Pendias und Pendias (1992) dargestellten Gras- und

Kleearten enthielten nur einen Bruchteil der Zinkmengen, die im Grünhafer des

Kontrollbodens ermittelt wurden. Als ähnlich zinkreich erwies sich der Grünhafer

des teerkontaminierten Werksbodens. Auch er speicherte > 100 mg Zn/kgTS.

Das Zink des teerbelasteten Bodens war aber offenbar weniger haferverfügbar als

das des Kontrollbodens. Der auf dem Glührückstand mit einem pH-Wert von 13

wachsende Hafer entwickelte sich nur ungenügend, akkumulierte aber mit 90

mg/kg TS immer noch erstaunlich viel Zink.

Tabelle 34: Der Zinkgehalt des Hafers unterschiedlich teerbelasteter Böden (mg

Zn/kg TS)

Bodenart (n) x s %

Kontrollböden (6)




50% dekontaminierter Boden. + 50%Kontrollboden (6)

138

119

90

95

236

25

12

22

6,4

10

100

86

65

69

171

KGD 28 -


50

Ähnliche Zinkmengen lieferte auch der Mischboden aus 50 % Kontroll- und 50 %

belasteten Boden dem Hafer.

Die Mischung von Kontrollboden und Glührückstand erhöhte die

Pflanzenverfügbarkeit des Zinks beider Substrate enorm und führte zu einem

Zinkgehalt des Hafers von > 200 mg/kgTS.

Der Zinkgehalt des Hafers blieb damit unter dem Grenzwert von 400 mg/kg, bis zu

welchem er keine Toxizitätssymptome aufweist (Davies et al. 1978).

3.2.3.2 Senf

Die Anreicherung von organischer Wurzelmasse und die Abnahme des Boden-pH-

Wertes verbesserten die Pflanzenverfügbarkeit des Zinks im Glührückstand und

führten zu einem hochsignifikanten Anstieg des Zinkgehaltes im blühenden Senf

auf > 400 mg/kg TS (Tab. 35).

Diese Zinkmenge wirkt bei verschiedenen Arten toxisch. Artspezifische

Zinktoxizitätswerte konnten nicht ermittelt werden. Der Zinkgehalt des Senfes auf

dem teerkontaminierten Boden und den Mischsubstraten schwankte lediglich

zwischen 160 und 230 mg/kg TS.

Tabelle 35: Der Zinkgehalt des Senfes unterschiedlich teerbelasteter Böden (mg Zn/kg TS)

Bodenart (n) x s %

Kontrollboden (6)



50 % kontaminierter Boden + 50 % Kontrollboden (6)

50 % dekontaminierter Boden + 50 % Kontrollboden (6)

168

215

414

162

229

19

18

63

19

18

100

128

246

96

131

KGD 56

In Holland akkumulierte Gras nach Klärschlammausbringung 126 bis 280 mg

Zn/kg TS (de Haan 1977) und in einem alten Bergbaugebiet Englands zwischen

65 und 350 mg Zn/kg TS(Davies 1977, Davies et al. 1978).


51

3.2.3.3 Spinat

Als besonders zinkempfindlich gelten Getreide und Spinat (Kabata-Pendias und

Pendias 1992). Der als dritte Kultur innerhalb einer Vegetationsperiode angebaute

Spinat entwickelte sich auf dem Kontrollboden und allen Versuchsvarianten

ähnlich gut. Er keimte und wuchs auf dem Kontrollboden zunächst am

langsamsten, holte den Entwicklungsrückstand später aber auf, während der auf

dem nun gut durchwurzelten Glührückstand sich kontinuierlich entwickelte (Tab.

36). Der Spinat des Kontroll- und des dekontaminierten Bodens enthielt > 500 mg

Zn/kg Trockenmasse, die nach Magnicol und Beckett (1985) als oberster

Grenzwert für einen Ernteausfall von 10 % gelten. Kloke (1974) legte für Zink und

zinkempfindliche Pflanzenarten den Grenzwert für beginnende

Ertragsdepressionen auf 150 bis 200 mg Zn/kg Trockenmasse fest. Der

Zinkbestand des als empfindlich eingestuften Spinats aller Versuchsvarianten

bewegte sich im Mittel zwischen 355 und 767 mg Zn/kg TS. Er belegt den

umfangreichen Zinktransfer aus den Böden aller Versuchsvarianten in die Flora.

Tabelle 36: Der Zinkgehalt des Spinats unterschiedlich teerbelasteter Böden (mg

Zn/kg TS).

Bodenart (n) x s %

Kontrollboden (6)




50% dekontaminierter + 50% Kontrollboden (6)

611

355

767

472

422

126

43

73

98

51

100

58

126

77

69

KGD 143

Der reichliche Zinktransfer aus dem Glührückstand in die Nahrungskette wird nicht

als toxisch eingeschätzt. Der Glührückstand kann hinsichtlich seines Zinkanteiles

als Rohstoff für Baumaterial verwendet werden.

Die Zinktoxizität der Fauna beginnt artspezifisch wechselnd bei einem Zinkgehalt

von > 1000 mg/kg. Dieser Zinkgehalt ist im Getreidekorn nicht zu erwarten

(Kabata-Pendias und Pendias 1992), kann aber in blattreichen Pflanzenarten wie

Spinat vorkommen. Eine Verschneidung des Bodens mit dem Glührückstand ist


52

hinsichtlich seines Zinkgehaltes möglich, im Gemüsebau aber auszuschlieβen.

Sein hoher Bleigehalt verbietet den Einsatz des Glührückstandes zur

Bodenergänzung (Mocanu 1998).

3.2.4 Der Zinkgehalt verschiedener Wild- und Kulturpflanzen des teerbelasteten Lebensraumes Rositz

In den Jahren 1995 und 1996 wurden im Lebensraum Rositz und in Sichtweite der

Teerseen Früchte, Gemüse und Küchenkräuter aus Schreber- und Hausgärten der

Bewohner gesammelt und hinsichtlich ihres Zinkgehaltes im Vergleich zu den

gleichen Pflanzenarten bzw. -teilen aus geologisch vergleichbaren

Kontrollgebieten untersucht (Tab. 37).

Tabelle 37: Der Zinkgehalt von Früchten, Gemüse und Küchenkräutern der Kon-

roll gebiete und des teerbelasteten Lebensraumes Rositz (mg Zn/kg TS)

Der basale Manganbedarf Erwachsener beträgt 0,75 mg/Tag (Anonym 1996). Er

wurde von Bilanzversuchen abgeleitet. In den USA wird ein Manganverzehr von

2,0 bis 5,0 mg/Tag empfohlen (Anonym 1989). Diese Manganmenge ist mehr als

doppelt so hoch wie der postulierte basale Manganbedarf. Sowohl die Rositzer


Lebensmittel (n;n ) s x x s

p %

Tomaten (14;4)


Petersilie (18;15)


Gurken (15;7)

Kartoffeln, geschält (25;14)

Äpfel (24;25)

Möhren (20;12)


Birnen (2;8)

Kohlrabi (11;12)

Zwiebeln (23;8)

Porree (7;7)

18

4,1

18

9,7

33

7,0

1,8

7,1

13

2,0

14

7,4

6,1

26

18

43

37

68

17

3,0

22

29

4,5

25

24

19

21

15

36

32

59

15

3,0

22

29

5,0

30

30

37

6,9

5,2

10

11,1

13

3,8

3,2

4,3

10

1,4

12

7,5

5,1

> 0,05

> 0,05

> 0,05

< 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

< 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

< 0,001

81

83

84

86

87

88

100

100

100

111

120

124

195


53

Probanden als auch die Jenaer Kontrollpersonen verzehrten zwischen 2,0 und 3,4

mg Mn/Tag, so daβ kein Manganmangel bei beiden Testpopulationen zu erwarten

ist (Tab. 26).

Dabei zeigte sich, daβ Zwiebeln und Porree des Lebensraumes Rositz signifikant

mehr Zink als die gleichen Arten des Kontrollgebietes besaßen. Ihre

Zinkkonzentrationen von 30 bzw. 37 mg Zn/kg TS sind absolut niedrig und geben

zu keinem Bedenken Anlaβ. Am meisten Zink akkumulierte mit 68 bzw. 59 mg

Zn/kg TS die Gurke, es folgte mit 43 bzw. 36 mg Zn/kg TS die Petersilie. Am

wenigsten Zink speicherten mit 3,0 mg Zn/kg TS die Äpfel.

Die ermittelten Zinkmengen entsprechen den Normalwerten dieser Früchte-,

Gemüse- und Gewürzarten Deutschlands (Anke et al. 1996) und erreichen nicht

die Zinkkonzentration von Zwiebeln zinkbelasteter Lebensräume Groβbritanniens,

wo Davies und White (1981) 39 bis 710 mg Zn/kg TS ermittelten. In Kartoffeln

zinkbelasteter Lebensräume Polens fanden Faber und Niezgoda (1982) 74 bis 80

mg Zn/kg TS. Die Zinkbelastung der Schrebergärten bleibt damit wesentlich unter

der des Werksgeländes.

Das in Rositz angebaute Getreide und der Raps speicherten in ihren Samen

normale Zinkmengen. Lediglich Sommergerste, die unmittelbar am Teersee

wuchs, enthielt mehr Zink (Tab. 38) ohne jedoch im Mittel signifikante Differenzen

zu erreichen.

Tabelle 38: Der Zinkgehalt der Samen verschiedener Pflanzenarten der Kontroll-

gebiete und des teerbelasteten Lebensraumes Rositz (mg Zn/kg TS)


Art (n;n) s x x s

p

%

Roggen (3;7)

Weizen (23;9)

Raps (7;9)

Sommergerste (3;8)

2,0

8,3

8,0

7,8

43

27

40

36

28

25

38

56

5,8

4,4

6,1

54

< 0,01

> 0,05

> 0,01

> 0,05

65

93

95

156


54

In Groβbritannien enthielt die Gerste 16 bis 59, im Mittel 30 mg Zn/kg TS

(Thoresby und Thornton 1979) in Norwegen 15 bis 51, im Mittel 29 mg Zn/kg TS

(Lag und Steinnes 1978) und in den USA 20 bis 23 im Mittel 22 mg Zn/kg TS (Liu

et al. 1975; Shacklette et al. 1978). Weizen- und Roggenkörner speicherten im

Mittel ganz ähnliche Zinkmengen wie Sommergerste. Sie bedürfen deshalb keiner

besonderen Diskussion. Triticalekörner aus der Nähe der Rositzer Teerseen

enthielten 27 mg Zn/kg TS und entsprechen damit den in den USA und Polen

gefundenen Mittelwerten (Lorenz et al. 1974, Ruebenbauer und Stopczyk 1972).

Auch blattreiche Wild- und Kulturpflanzen des Lebensraumes Rositz enthielten nur

in einem Fall, dem auf dem Werksgelände wachsenden Rainfarn, signifikant mehr

Zink als die der Kontrollebensräume (Tab. 39). Alle andere Unterschiede erwiesen

sich als zufällig. Die Gefahr einer Zinkbelastung von Tier und Mensch durch das

lokale Zinkangebot kann ausgeschlossen werden.

Tabelle 39 : Der Zinkgehalt verschiedener Wild- und Kulturpflanzen (mg Zn/kg TS)

3.2.5 Der Zinkverzehr erwachsener Mischköstler der Lebensräume Jena und Rositz

Die Analyse des Zinkgehaltes der verzehrten Trockenmasse zeigt, daβ zwischen

den Testpopulationen keine Unterschiede bestanden (Tab. 40). Der Zinkgehalt der

verzehrten Trockenmasse ist ein guter Indikator des lokalen Zinkangebotes, da er

nicht durch den individuellen Trockenmasseverzehr variiert wird und das lokale

Angebot widerspiegelt.

Frauen und Männer konsumierten eine gleichermaße zinkreiche Trockenmasse.

Davon kann abgeleitet werden, daβ kein Geschlecht besonders zinkreiche oder


Art (n;n) s x x s

p

%

Mais (20;6)

Grünweizen (18;13)

Wiesenrotklee, Blüte (6;16)

Steinklee, Blüte (4;15)

Weißklee, Blüte (20;20)

Rainfarn, Blüte (4;14)

18

5,7

3,3

3,7

7,7

3,2

34

26

24

18

22

24

25

22

24

20

27

37

5,5

4,6

4,0

4,0

9,6

11

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

74

85

100

111

123

154


55

zinkarme Speisen bzw. Getränke bevorzugte. Von 1988 bis 1996 nahm die

Zinkkonzentration der von den erwachsenen Mischköstlern Deutschlands

verzehrten Trockenmasse signifikant und kontinuierlich ab. 1988 betrug sie 26 mg

Zn/kg, 1992 enthielt sie nur noch 23 mg Zn/kg (Anke et al. 1997). Sie war 1996 im

Mittel auf 20 mg Zn/kg Trockenmasse vermindert (Röhrig 1998).

Tabelle 40: Die Zinkkonzentration der von erwachsenen Mischköstlern verzehrten

Lebensmittel- und Getränketrockensubstanz in Abhängigkeit vom Le-

bensraum (mg Zn/kg TS)

Im Gegensatz zur geschlechtsunabhängigen Zinkkonzentration steht, daβ der

Tageszinkverzehr der Männer aller Lebensräume signifikant größer als der der

Frauen war (Abb. 41). Der umfangreichere Trockenmasseverzehr der Männer

verursachte dieses normale Ergebnis. Die Frauen verzehrten 1996 unabhängig

vom Lebensraum 5 bis 7,5 mg Zn/Tag. Diese Zinkaufnahme entspricht der von der

WHO (Anonym 1996) bei einer guten bzw. mittleren Bioverfügbarkeit des Zinks der

verzehrten Lebensmittel vorgeschlagenen Zinkmenge.

Tabelle 41: Der Zinkverzehr erwachsener Mischköstler in Abhängigkeit vom

Lebensraum (mg Zn/Tag)

Frauen Männern

Standort (n;n) s x x s p %

Jena 1996 (70;70)

Rositz 1996 (49;49)

8,3

5,2

22

20

22

20

4,6

4,4

> 0,05

> 0,05

100

100

p > 0,05 > 0,05

% 90 90 -

Frauen Männer


Jena 1996 (70;70)

Rositz 1996 (49;49)

3,1

1,7

7,9

5,3

9,1

7,2

2,8

1,9

< 0,001

< 0,001

115

136

p < 0,001 < 0,001

% 67 78 -


56

Dieser Zinkkonsum ist für erwachsene Mischköstler beider Geschlechter

Deutschlands normal (Anke et al. 1997). Der Zinkverzehr der Mischköstler

Deutschlands ist etwas niedriger als der der Vegetarier, die etwa 25 % mehr

Trockenmasse als diese konsumieren (Röhrig 1998). Die Bioverfügbarkeit des

Zinks der vegetarischen Kost ist auf Grund ihres gröβeren Phytatgehaltes aber

niedriger. Sie sind in die Gruppe der mit schlecht bioverfügbarem Zink Ernährten

einzustufen und bedürfen mehr Zink (Anke et al. 1997). Im Mittel kann davon

ausgegangen werden, daβ der Verzehr von 100 μg Zn/kg Körpermasse den

Empfehlungen der WHO zur Zinkaufnahme entspricht (Tab. 42).

Tabelle 42: Der Zinkverzehr erwachsener Mischköstler verschiedener Lebensräu-

me je kg Körpermasse (μg/Kg Körpermasse)

Dieser Zinkkonsum wird in Deutschland erreicht, mehrheitlich von den Frauen aus

Rositz aber unterschritten. Von diesem Befund kann zumindest abgeleitet werden,

daβ die Rositzer Bevölkerung ein weitgehend normales Zinkangebot besitzt und

keinesfalls unter einem nutritiven Zinküberangebot leidet.

Zussammendfasend wird festgestellt, daß die Dekontamination des Teers aus

dem Rositzer Boden zu einer signifikanten Zinkanreicherung im Glührückstand

führt. Dieses Zink ist pflanzenverfügbar. Eine Zinkbelastung der Flora und des

Menschen in Rositz ist jedoch nicht gegeben. In Rositz ist eher mit einer

marginalen Zinkversorgung beim Menschen zu rechnen.

3.3 Kupfer 3.3.1 Literaturüberblick

Die 16 km dicke Erdkruste enthält im Mittel 70 mg Cu/kg. Kupfer steht damit auf

dem 25. Platz der Häufigkeitsliste. Basalt und Gabbro speicherten mit 60-120 mg

Frauen Männer


Jena 1996 (70;70)

Rositz 1996 (49;49)

50

24

124

74

120

94

34

33

> 0,05

> 0,05

97

127

p < 0,001 < 0,001

% 60 78 -


57

Cu/kg verhältnismäßig hohe, Schiefer mit 40 mg/kg mittlere und Granit, Gneis,

Sandstein, Muschelkalk bzw. Dolomit mit 2 bis 30 mg niedrige Kupfermengen. Die

kupferreichen Mineralien verlieren ihr Kupfer während der Verwitterung,

insbesondere bei sauren pH-Werten, leicht. Es bildet mit Sulfidcarbonaten und

Hydroxiden neue Komplexe. In den verschiedenen Böden kommen im Mittel 13 bis

24 mg Cu/kg vor. Löß enthält weltweit mit 20 bis 30 mg/kg viel Cu, während

diluviale Sande (8 bis 18 mg/kg) und Moor- bzw. Torfböden (6 bis 15 mg/kg)

wesentlich weniger Kupfer speichern. Eisenreiche Böden (Ferrasols) und alluviale

Ablagerungen (Fluvisols) akkumulieren mit 20 bis 80 mg/kg mehr Kupfer als Löß.

Die Löslichkeit des Kupfers im Boden wird durch den Boden-pH-Wert nur mäßig

beeinflußt und ist bei neutralen und alkalischen Boden-pH-Werten niedriger als bei

sauren. Sie wird durch die Bindung an Bodenkolloide, Huminsäuren und anderen

spezifischen Substraten ( Kabata-Pendias und Pendias 1992) stärker variiert. Die

eisenreichen Verwitterungsböden des Rotliegenden erzeugen in Mitteleuropa die

kupferreichste Flora. Auch auf Schieferverwitterungsböden verschiedener

geologischer Herkunft wächst im Mittel eine kupferreiche Vegetation.

Geschiebelehm, diluviale Sande und insbesondere Moor- bzw. Torfstandorte

transferieren wenig Kupfer in die Pflanzenwelt (Tab. 43) (Anke und Szentmihalyi

1986). Neben der geologischen Herkunft beeinflussen verschiedene anthropogene

Emissionen den Kupfergehalt der Böden. Zu diesen zählt vor allem die

Buntmetallverhüttung. Heinrichs und Mayer (1977) berichten, daß in

Westdeutschland der atmosphärische Kupfereintrag 224 g/ha und Jahr betrug.

Neben den industriellen Kupferemissionen spielten und spielen auch die

landwirtschaftlichen Kupferapplikationen durch Dünger, kupferreiche Fungizide

(Tiller 196; Ravikovitch et al. 1961; Bratynsky et al. 1971; Kabata-Pendias 1981;

Kabata-Pendias und Piotrowska 1971; Rauta et al. 1985; Udo et al. 1979;

Shacklette und Boerngen 1984; Zborishchuk und Zyrin 1978; Liu et a. 1983;

Krähmer und Bergmann 1978; Schlichting und Elgala 1975; Nasseem und Roszyk

1977; Ranadive et al. 1964; Aaby und Jacobsen 1978; Tjell und Hovmand 1972;

Sapek und Okruszko 1976) (Weinbau, Kartoffelproduktion) und Klärschlämm in

der Vergangenheit und Gegenwart (ökologischer Landbau) eine große Rolle (Tiller

und Merry 1981).


58

Durch industrielle Kupferemissionen wurden Kupferkonzentrationen von 3500

mg/kg (Davies 1980; Abrahams und Thurnton 1987; Cairney 1987; Kitagishi und

Yamane 1981; Freedman und Hutchinson 1980; Rauta und al. 1987; Vicente-

Beckett 1991; Preer und al. 1980; Cairney 1987; Rundle und Holt 1983; Sapek

1980; Williams et al. 1987; Diez und Rosopulo 1976; Rieder und Schwertmann

1972) im Boden und durch landwirtschaftliche Eintrag solche von 1500 mg/kg im

Boden erreicht (Beavington 1975; Davies et al. 1978; Freedman und Hutchinson

1980; Gailey und Lloyd 1985; Gailey und Lloyd 1985; de Haan 1977; Gajewski et

al. 1987; Kabata-Pendias et al. 1981; Kitagishi und Yamane 1981; Preer et al.

1980; Szerzen und Laskowski 1985; Whitby et al. 1976 ).

Tabelle 43: Der Einfluß der geologischen Herkunft des Standortes auf den relati-

ven Kupfergehalt der Flora



Schieferverwitterungsböden (Devon, Silur, Kulm)




Löß





Alluviale Auen

Geschiebelehm

Diluvialer Sand

Moor, Torf

100

94

93

93

93

86

86

85

82

80

74

70

70

52

Fp < 0,001

Als Grenzwert für eine maximal akzeptable Kupferkonzentration landwirtschaftlich

genutzter Böden gelten 100 mg/kg. Durch Kalkung, Torfeinsatz und

Phosphatgaben kann die Bioverfügbarkeit des Kupfers vermindert werden. Es ist

jedoch zu beachten, daß das im Boden verliegende Kupfer durch verschiedene

andere Faktoren wieder bioverfügbar gemacht werden kann (Kabata-Pendias und


59

Pendias 1992). Die Kupfermangelerscheinungen landwirtschaftlich und gärtnerisch

genutzter Pflanzenarten wurden von Bergmann (1992) umfassend beschrieben.

Als besonders kupfermangelgefährdet gelten Getreide und insbesondere Hafer,

Sonnenblumen, Spinat und Luzerne.

Kupfermangelpflanzen sind meist chlorotisch und zum Teil rotbraun oder violett

verfärbt. Ihre Pollen sind häufig infertil. Es besteht eine große genetisch bedingte

Variationsbereite im Auftreten von Kupfermangelerscheinungen (Paplan und

Zajanc 1992). Eine Kupferkonzentration von < 2,0 mg Cu/kg Boden deckt den

Kupferbedarf der Pflanzen im allgemeinen nicht.

Ein Kupferüberschuß im Boden induziert in der Regel auch eine Chlorose und

Wurzelmißbildungen. Das Schadbild der Kupferintoxikation ähnelt einer

Eisenmangelchlorose (Bergmann 1992).

Kupfer ist auch für die Fauna und den Menschen lebensnotwendig (Tab. 44).

Tabelle 44: Kupfermangelerscheinungen bei Tier und Mensch

Mangelerscheinungen (Enzyme) Tier Mensch

Nahrungsaufnahme, vermindert

Wachstum, gedrosselt (Cytochrome-c-Oxidase)

Gefäßschäden (Lysyloxidase)

Skelettschäden (Lysyloxidase)

Neonatale Ataxie (Dopamine, ß- Monooxigenase)

Depigmentation des Haares (Tyrosinase, Monooxygenase)

Keratinsynthese, Menkes kinky hair syndrome

Fortpflanzungsleistungen, vermindert (Ferroxidase I )

Immunsystem beeinträchtigt (Interleukin-2)

Anämie (Ferroxidase II)

Herzrhythmusstörungen (Lysyloxidase)

Gendefekte, Menkes Krankheit, Morbus Wilson

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

?

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Lysyloxidase, Ferroxidase, Interleukin-2, Dopamine, ß-Monoxigenase, Tyrosinase,

α-Amidatingenzyme, Monooxygenase, Cytochrome-c-Oxidase und die

Superoxiddismutase sind wichtige kupferabhängige Enzyme. Ihr Mangel bzw.

fehlende Aktivierung verursacht eine Fülle von Ausfallerscheinungen, wie z.B. eine

verminderte Nahrungsaufnahme und eingeschränktes Wachstum. Die


60

Geburtsmasse bleibt häufig vom intrauterinen Kupfermangel unbeeinflußt.

Während der Säuge- oder Stillzeit kann es auf Grund fehlender Kupferreserven

beim Sägling und dem niedrigen Kupfergehalt der Kasein- bzw. Albuminmilch zu

Wachstumsdepressionen kommen.

Die kupferabhängige Lysyloxidase ist zur Erzeugung von funktionsfähigem

Kollagen und Elastin erforderlich. Ein Kupfermangel führt zu Gefäß-, Herz- bzw.

Skelettschäden. Intrauterin kann es zu einer verminderten Myelinsynthese und

gestörter Gehirnentwicklung (Menkes-Krankheit) kommen.

Außerdem führt ein Kupferdefizit zu einer Depigmentierung von Haar und Haut

und einer entarteten Keratinsynthese, die insbesondere bei dem Menkes-Syndrom

in Erscheinung tritt. Der Kupfermangel beeinflußt die Ovulation und Befruchtung

nicht, führt aber zum Absterben und zur Absorption des befruchteten Eies

verschiedener Entwicklungsstadien. Ein Kupferdefizit vermindert die Anzahl der T-

Lymphozyten und T-Helferzellen und drosselt deren Fähigkeit ebenso wie die der

Phagozyten, auf Proliferationssignale zu reagieren.

Die Ferroxidase II ist ein Kupferprotein, dessen Bedeutung bei der Oxidation des

Eisens und der Anämieentstehung noch nicht vollständig geklärt ist. Die

kupfermangelbedingten Herzrhythmusstörungen und Herzvergrößerungen stehen

in Verbindung mit einer gestörten Kollagen- und Elastinsynthese. Die Menkes-

Krankheit ist genetisch bedingt. Sie entsteht durch eine ungenügende intrauterine

Kupferabsorption und Kupferverteilung tritt meist bei Knaben auf und zeigt alle

Kupfermangelsymptome. Gehirn und Leber, die den Kupferstatus am besten

anzeigen, sind kupferverarmt. Die Patienten erreichen selten ein Lebensalter von

zwei Jahren (Harris 1997).

Säulinge absorbieren in Mittel signifikant mehr Kupfer aus ihrer kupferarmen

Milchdiät als Erwachsene. Die Kupferabsorption beginnt im Magen, erfolgt

hauptsächlich im Dünndarm, findet aber auch im Dickdarm statt. Verschiedene

Bestandteile des Verdauungsbreies beeinflussen, ebenso wie der Kupferstatus

des Probanden, den Umfang der Kupferabsorption, welche beim Menschen

zwischen 5 und 70 % schwankt. Die Exkretion des überschüssigen Kupfers erfolgt

beim Menschen über die Galle (400 µg/Tag), so daß die Majorität des Kupfers den


61

Körper fäkal verläßt. Die renale Kupferexkretion Erwachsener schwankt zwischen

4 und 66 µg/l. Sie beträgt im Mittel 60 µg/Tag. Die Differenz zwischen

Kupferverzehr und fäkaler Kupferausscheidung erreichte bei erwachsenen

Mischköstlern und Vegetariern Deutschlands 65 µg/Tag. Sie entspricht der renalen

Kupferausscheidung. Die Kupferverluste über den Schweiß sind sehr bescheiden

und können vernachlässigt werden. Frauen verlieren mit dem Menstrualblut etwa

500 µg Cu/28 Tagen. Der Mensch enthält im Mittel etwa 100 bis 120 mg Kupfer.

Im Serum ist das Kupfer zu 95% an das Bindungs- und Transportglykoprotein

Coeruloplasmin gebunden (Harris, 1997). Eine chronische Kupferintoxikation des

Menschen ist die Indian childhood disease, welche bei Säuglingen durch einen zu

hohen Kupfergehalt des zum Anrühren der Säuglingsformulas verwendeten

Wassers (normal 10 µg/l) eintreten kann und zu Todesfällen führte. Ursache dieser

chronischen Kupferintoxikation des Säulings ist die hohe Kupferabsorption im

ersten Lebensabschnitt. Ältere Kinder und Erwachsene resorbieren weniger

Kupfer. Bei den kupferreich ernährten Säuglingen kommt es zu einer vermehrten

Kupferanreicherung in Leber, Nieren, Gehirn und Augen (Harris 1997).

Morbus Wilson (S.A.K.) kommt im Verhältnis 1:4000 in Europa und 1:40000 in den

USA vor. Aufgrund einer fehlenden Kupferexkretion über die Galle kommt es bei

dieser Erbkrankheit zu einer Kupferanreicherung in Gehirn und Leber und zu einer

Kupferintoxikation (Harris 1997).

Der individuelle Kupferbedarf Erwachsener beträgt 600 (Frauen) bzw. 700 µg/Tag

(Männer) oder 10 µg/kg Körpermasse. Populationen wird der Verzehr von 1 mg

(Frauen) bzw. 1,2 mg Cu/Tag (Männer) empfohlen. Die Bioverfügbarkeit des

Kupfers wird artspezifisch durch verschiedene Interaktionen beeinflußt. Zu den

Antagonisten zählen u.a. Zink, Cadmium, Molybdän, Eisen, Silber, Schwefel und

Calcium (Anke et al. 1997).

3.3.2 Der Kupfergehalt der Böden des teerbelasteten Rositzer Lebens- raumes 3.3.2.1 Die Kupferkonzentration der Böden auf sechs Werksstandorten

Die 27 auf dem ehemaligen Werksgelände in Rositz entnommenen Bodenproben

aus unterschiedlicher Tiefe unterscheiden sich hinsichtlich ihres Kupfergehaltes


62

nur insignifikant (Tab. 45). Alle Kupferwerte der einzelnen Bodenproben liegen im

Normalbereich.

Tabelle 45: Der Kupfergehalt des teerbelasteten Bodens verschiedener Standorte

des Teerverarbeitungswerkes Rositz (mg/kg TS)

Standort im Werk (n) x s %1)

1 (4)

2 (6)

3 (5)

4 (4)

5 (4)

6 (4)

15

10

21

9,4

8,0

7,2

14

4,2

20

1,2

2,0

2,0

125

83

175

78

67

60

Mittel (27) 12 11

Fp > 0,05

- 1)Mittelwert × 100%, Einzelwerte × x%

Der im Werksgelände anstehende Löß und der darunter liegende Sand und

Geschiebelehm enthalten weltweit im Mittel 5 bis etwa 30 mg Cu/kg (Kabata-

Pendias und Pendias 1992). Der höchste im Boden des Werkes gefundene

Kupferwert betrug 56 mg/kg und erreicht nicht die 100 mg-Grenze, die als

maximaler Grenzwert einer akzeptablen Kupferkonzentration in landwirtschaftlich

genutzten Böden gelten. Die eine kupferreiche Bodenprobe war mit hoher

Sicherheit kupferkontaminiert, ohne daß davon eine Kupferbelastung der

Nahrungskette von Pflanze, Tier und Mensch abgeleitet werden kann.

3.3.2.2 Die Kupferkonzentration der Böden unterschiedlicher Bodenhori- zonte auf dem Rositzer Werksgelände

Die Kupferkonzentration der in unterschiedlicher Tiefe auf sechs Werksstandorten

entnommenen Bodenproben nahm mit zunehmender Tiefe ab (Tab. 46) und

betrug 4 bis 5 m unter der Oberfläche nur nach 42 % der im Oberboden ermittelten

Kupfermenge.

Die Kupferakkumulation im Tophorizont des Bodens ist für dieses Spurenelement

charakteristisch. Sie resultiert aus der Bioakkumulation des Elementes in der


63

organischen Bodensubstanz und den anthropogenen Emissionen des Kupfers.

Diese Erklärung gilt generell und trifft auch für Rositz zu. Die hohe

Standardabweichung des Kupferanteiles im Oberboden ist Ausdruck der

unterschiedlichen anthropogenen Kupferemissionen, welche die Einzelproben

unterschiedlich belasten. In einer Tiefe von > 1 m entnommene Bodenproben

besaßen eine wesentlich kleine Standardabweichung.

Tabelle 46: Der Kupfergehalt des teerkontaminierten Bodens unterschiedlicher

Horizonte im Teerverarbeitungswerk Rositz (mg/kg TS)


0 - 1 m (9)

1 - 2 m (5)

2 - 3 m (5)

3 - 4 m (4)

4 - 5 m (4)

17

12

9,0

8,7

7,2

17

3,1

4,0

1,5

1,7

142

100

75

72

42

Mittelwert (27) 12 11 100

Fp > 0,05 -

3.3.2.3 Die Kupferkonzentrationen teerkontaminierter und dekontaminierter Böden des Rositzer Werksgeländes

Die thermische Dekontamination des teerbelasteten Bodens aller Werksstandorte

und Entnahmetiefen erhöhte den Kupfergehalt des Bodenglührückstandesi um das

mehr als Vierfache (Tab. 47), ohne den Grenzwert des maximal akzeptierten

Kupfergehaltes landwirtschaftlich bzw. gärtnerisch genutzter Böden von 100 mg/kg

zu erreichen (Lübben und Sauerbeck 1990).

Tabelle 47: Der Kupfergehalt des teerbelasteten Bodens und seines Glührückstan-

des nach thermischer Dekontamination (mg/kg TS)

Belastet dekontaminiert

n s x x s p %

27,6 11 12 53 17 < 0,001 442


64

Offenbar enthielten die Teerverunreinigungen, ebenso wie die organische Masse

des Rositzer Bodens, reichlich Kupfer, das zur Kupferanreicherung im

Glührückstand führt, die wesentlich umfangreicher ist als beim Mangan und hinter

der des Zinks zurückbleibt.

3.3.2.4 Die Kupferkonzentration der im Gefäßversuch verwendeten Böden

Der im Gefäßversuch verwendete Kontrollboden enthielt im Mittel weniger Kupfer

als alle Untersuchungsvarianten mit dem teerbelasteten Rositzer Boden, seines

Glührückstandes und den zwei Mischböden aus Kontrollboden und teerbelasteten

Boden bzw. dekontaminierten Boden (Tab. 48). Alle Unterschiede im Kupfergehalt

der fünf Böden sind signifikant. Der teerkontaminierte Oberboden der Rositzer

Werksgelände enthielt mit 22 mg Cu/kg eine für Löß typische Kupferkonzentration,

während der Kontrollboden mit 14 mg Cu/kg dem Typ des Sandbodens entsprach.

Tabelle 48: Der Kupfergehalt der im Gefäßversuch verwendeten Böden (mg/kg TS)

Bodenart (n) x s %

Konrtollboden (6)


Dekontaminierte Boden (6)

50 % kontaminierte Boden + 50 % Kontrollboden (6)

50 % dekontaminierte Boden +50 % Kontrollboden (6)

14

22

32

19

24

0,59

1,6

1,4

0,58

1,22

100

157

229

136

171

KGD 1,9 -

Der Glührückstand speicherte mit 32 mg Cu/kg mehr als die doppelte

Kupfermenge des Kontrollbodens. Die Kupferkonzentrationen der Mischböden

entsprechen den Einzelkomponenten. Die Standardabweichung des

Kupfergehaltes der im Gefäßversuch verwendeten Böden war niedrig. Sie

demonstriert die Homogenität des verwendeten Böden.


65

3.3.3 Die Auswirkungen des Anbaues von Hafer, Senf und Spinat auf teerbelasteten Rositzer Boden und seines Glührückstandes auf den Kupfertransfer in die Nahrungskette 3.3.3.1 Hafer

Erstaunlicherweise akkumulierte der Grünhafer in der Rispe des Kontrollbodens

mit dem niedrigsten Kupfergehalt im Boden relativ viel Kupfer in der Grünmasse

(Tab. 49). Dieser Befund ist pH-Wert bedingt. Er zeigt die gute Bioverfügbarkeit

des Kupfers bei einem Boden-pH-Wert von 5,5 und die mäßigere bei einem

solchen von 7,3 des teerbelasteten Rositzer Bodens. Der relativ hohe Kupfergehalt

des Hafers auf dem Glührückstand wurde durch sein jugendliches

Entwicklungsstadium bedingt. Junge Pflanzen speichern je kg Trockenmasse

mehr Kupfer als ältere. Die Kupferaufnahme eilt der Stoffbildung voraus (Anke et

al. 1994). Alle Unterschiede im Kupfergehalt des Hafers der einzelnen

Gefäßvarianten erwiesen als zufällig.

Tabelle 49: Der Kupfergehalt des Hafers unterschiedlich belasteter Böden (mg

Cu/kg TS)

Bodenart (n) x s %

Kontrollboden

Kontaminierter Boden

Dekontaminierter Boden

50%kontaminierter Boden + 50% Kontrollboden

50%dekontaminierten Boden + 50% Kontrollboden

13

11

16

10

13

3,6

0,99

8,6

0,5

1,2

100

85

123

77

100

KGD - -

Die Gefahr einer Kupferanreicherung der Flora auf den teerkontaminierten Böden

in Rositz bzw. auf Mischböden mit dem Glührückstand oder dem Glührückstand

allein kann ausgeschlossen werden. Die Normalisierung der Kupferaufnahme

durch die Flora ist nach dem Absinken des Boden-pH-Wertes durch die Wurzeln

der Pflanzen zu erwarten.


66

3.3.3.2 Senf

Die Kupferaufnahme des Senfes als zweite Kultur auf dem gleichen, allerdings

schon mit Wurzelmasse angereicherten Boden, folgte ähnlichen Regeln wie die

des Hafers (Tab. 50).

Wiederum enthielt der Senf auf teerkontaminiertem Boden von Rositz, dem bereits

mit Haferwurzeln angereicherten Glührückstand und den Mischböden insignifikant

weniger Kupfer als der des Kontrollbodens, obwohl diese Böden kupferreicher als

der Kontrollboden waren. Ihr neutrale Boden-pH-Wert konnte die Ursache der

niedrigeren Pflanzenverfügbarkeit des Kupfers dieser Versuchsvariante sein. Alle

Unterscheide im Kupfergehalt des Senfs waren statistisch nicht gesichert.

Tabelle 50: Der Kupfergehalt des Senfes unterschiedlich belasteter Böden (mg

Cu/kg)

Bodenart (n) x s %

Kontrollboden (6)



50 % Kontaminierter Boden + 50 % Kontrollboden (6)

50 % Dekontaminierter Boden + 50 % Kontrollboden (6)

11

8,4

7,3

9,2

68

5,4

0,75

1,7

1,0

1,2

100

76

66

91

62

KGD - -

Die Gefahr einer Kupferanreicherung von Futterpflanzen und

Lebensmittelrohstoffen durch teerkontaminierten Rositzer Boden bzw. ihres

Glührückstand ist nicht gegeben. Die Flora kupferkontaminierter Standorte

Deutschlands (Mansfelder Land), Japans, Australiens, den USA, Großbritanniens,

Hollands und Polens führten zu ungleich größere Kupferanreicherungen als hier

gefundenen wurden (Kabata Pendias und Pendias 1992)

3.3.3.3 Spinat

Der als dritte Kulturpflanze im Gefäßversuch angebaute Spinat brachte ähnliche,

wenn nicht gleiche Ergebnisse wie Hafer und Senf (Tab.52). Wiederum speicherte

der Spinat des Kontrollbodens am meisten Kupfer. Der Spinat aller anderen


67

Bodenvarianten speicherte nur 39 bis 78 % der Kupfermengen, die in dieser

Gemüseart auf Kontrollboden ermittelt wurden. Hinsichtlich ihres Wachstums

bestanden bei allen Versuchvarianten keine statistisch gesicherten Unterschiede.

Der Spinat auf dem intensiv durchwurzelten Glührückstand entwickelte sich

besonders gut, ohne daß sich sein Kupferbestand normalisierte. Er enthielt mit 9,0

mg Cu/kg TS nur reichlich ein Drittel der Kupfermenge, die im Kontrollboden

gefunden wurde. Auch der Mischboden aus Glührückstand und Kontrollboden

lieferte mit 15 mg Cu/kg Spinattrockensubstanz, ähnlich wie der Spinat des

teerkontaminierten Bodens, ein Drittel weniger Kupfer in die Nahrungskette wie der

Spinat des Kontrollbodens.

Tabelle 51: Der Kupfergehalt des Spinates unterschiedlich belasteter Böden

(mg Cu/kg TS)

Bodenart (n) x s %

Kontrollboden (6)



50% Kontaminierter Boden + 50 % Kontrollboden (6)

50 % Dekontaminierter Boden + 50 % Kontrollboden (6)

23

15

9,0

18

15

1,5

5,4

1,7

2,7

3,1

100

65

39

78

65

KGD - -

Auch der Kupferanteil des Spinates der einzelnen Bodenvariante unterschied sich

nur insignifikant. Die Gefahr einer Kupferbelastung der Nahrungskette durch die

Flora teerkontaminierter Rositzer Erde bzw. ihrens Glührückstandes kann nach

den Gefäßversuchen mit Hafer, Senf und Spinat ausgeschlossen werden. Eher ist

mit Kupfermangelerscheinungen bei der Flora dieses Lebensraumes zu rechnen.

3.3.4 Der Kupfergehalt verschiedener Wild- und Kulturpflanzen des teerbelasteten Lebensraumes Rositz

Von den untersuchten Früchten, Gemüsearten und Küchenkräutern enthielten nur

Schnittlauch, Porree und Kohlrabi aus Rositz nennenswert größere Kupfermengen

als die gleichen Lebensmittelrohstoffe der Kontrollgebiete (Tab. 52).


68

Tabelle 52: Der Kupfergehalt von Früchten, Gemüse und Küchenkräutern eines

Kontrollgebietes und des teerbelasteten Lebensraumenes Rositz

(mg Cu/kg TS)

Kontrollgebiet Rositz

Lebensmittel (n;n) s x x s

p

%


Porree (7;7)

Kohlrabi (8;12)

Äpfel (24;15)

Möhren (20;12)

Birnen (2;8)

Zwibeln (23;8)



Gurken (15;7)

Kartoffeln (25;13)

Petersilie (18;15)

2,0

2,3

2,1

0,93

2,7

3,6

2,5

2,8

1,9

4,0

3,2

50

5,3

5,0

4,1

2,6

5,4

6,4

5,5

8,0

7,4

13

6,4

21

10

8,1

5,3

2,8

5,5

5,3

4,2

5,7

5,0

8,7

4,2

82

9,8

4,2

1,9

1,0

4,1

1,3

1,3

2,5

1,6

1,8

1,2

2,2

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

< 0,05

< 0,05

< 0,05

> 0,05

189

162

129

107

102

83

76

71

68

67

66

39

Ihr Kupfergehalt ist normal (Röhrig 1998). Schnittbohnen, Gurke und Petersilie aus

Rositzerwiessen sich zum Teil als signifikant kupferärmer als die gleichen

Pflanzenarten der Kontrollebensräume. Dieses Ergibnis bestätigt, daß der

teerkontaminierte Rositzer Boden weniger bioverfügbares Kupfer enthält als die

entsprechenden Kontrollböden.

Dieser Befund ist insbesondere für die Kartoffel interessant, da sie in der

Ernährung der Bevölkerung eine erhebliche Rolle spielt. Der Kupfergehalt

verschiedener Körnerarten und der Rapssamen folgen dem von Früchten,

Gemüse und Küchenkräutern gegeben Trend, daß die auf teerbelasteten Rositzer

Böden wachsenden Lebensmittelrohstoffe eher kupferärmer als die gleichen

Pflanzenarten der Kontrollgebiete sind (Tab. 53).

Sommergerste aus Rositz speicherte mehr Kupfer im Korn als die der

Kontrollgebiete, während Rositzer Roggen signifikant weniger Kupfer enthielt.

Weizenkörner des Lebensraumes Rositz speicherten im Trend gleichfalls weniger

Kupfer als die der Vergleichsgebiete mit Lößauflage. Der Kupfergehalt des


69

Grünfutters verschiedener Spezies vom Wiesenrotklee bis zum Grünweizen im

Schossen folgen dem bei Gemüse und Samen beschriebenen Trend. Während

der Wiesenrotklee aus Rositz im Mittel 36 % mehr Kupfer als der der

Kontrollgebiete speicherte, inkorporierte der Grünweizen gleichermaßen gesichert

weniger Kupfer als der der Kontrollareale (Tab. 54)

Tabelle 53: Der Kupfergehalt der Samen verschiedener Lebensmittelrohstoffe

(mg Cu/kg TS)


Lebensmittelrohstoff (n;n) s x x s

p

%

Sommengerstekörner (3;8)

Raps, Samen (7;9)

Weizenkörner (21;9)

Roggenkörner (2;8)

0,88

0,95

0,85

0,3

6,0

3,2

5,1

6,6

7,3

3,2

4,7

4,8

3,8

0,50

0,78

0,91

> 0,05

> 0,05

> 0.05

< 0,05

122

100

92

72

Diese Schwankungsbreite des Kupfergehaltes um ein Drittel des Mittelwertes kann

auf Grund der geologischen Varianz des Kupfergehaltes im Boden als normal

angesehen werden.

Tabelle 54: Der Kupfergehalt verschiedener Wild und Kulturpflanzen (mg Cu/kg TS)


Art (n;n) s x x s

p

%

Wiesenrotklee, Blütte (6;16)

Weißklee, Blüte (7;20)

Rainfarn (4;14)

Grünmais (20;6)

Steinklee, Blüte (4;15)

Grünweizen(18;13)

1,5

4,9

1,0

1,4

1,0

2,4

6,4

8,4

11

5,7

8,2

7,4

8,7

8,7

11

5,2

7,4

5,1

1,9

3,1

2,0

0,9

1,0

1,7

< 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

< 0,01

136

104

100

91

90

69

Der pH-Wert variierte die Bioverfügbarkeit des vorhandenen Kupfers weiterhin um

ein Drittel. Die Anhebung des Boden-pH-Wertes durch Kalkung kann die

Pflanzenverfügbarkeit des Kupfers weiter vermindern und den Transfer dieses für

Flora und Fauna gleichermaßen essentiellen Elementes in die Nahrungskette

drosseln, zur Erschöpfung der Kupfervorräte beim Tier führen und zu

Kupfermangelerscheinungen beim Wiederkäuer und insbesondere beim Schaf


70

bzw. seinen Lämmern führen (Anke et al 1994). Dieser Prozeß der

Kupferverarmung wurde durch die große Schwefeldioxidemission bei der

Energiegewinnung aus schwefelreicher Braunkohle in der Vergangenheit

gefärdert. Schwefel ist beim Wiederkäuer einer der stärksten Kupferantagonisten.

Die in Mitteldeutschland bei Rind und Schaf vorkommenden sekundären

Kupfermangelerscheinungen waren und sind schwefel- und/oder

molybdäninduziert (Anke et al 1994c,d).

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die Teerbelastung der Böden in

Rositz keine Kupferintoxikationen auszulösen vermag. Der Glührückstand

teerbelasteter Böden kann hinsichtlich seines Kupfergehaltes und der

Bioverfügbarkeit seines Kupferbestandes uneingeschränkt als Rohstoff für

Baumaterial, als Auffüllmaterial des Straßenbaues oder als Komponente zur

Bodenbildung verwendet werden. Die auf ihm wachsende Flora reichert sich nicht

mit Kupfer an und kann keine chronische Kupfervergiftung bei Tier und Mensch

aulösen. Sein Einsatz zur Bodenergänzung verhindert sein hoher Bleigehalt

(Mocanu 1988).

3.3.5 Der Kupferverzehr erwachsener Mischköstler des Lebensraumes Rositz im Vergleich zum Kontrollgebiet Jena

Die von Rositzer Mischköstlern beider Geschlechter im November und Dezember

1996 verzehrte Lebensmittel- und Getränketrockensubstanz enthielt signifikant

mehr Kupfer als die im Januar 1997 von Jenaer Mischköstler konsumierte (Tab.

55). Dieser Befund wird nicht durch den im Winter größeren Trockenmasseverzehr

(Anke et al. 1997), sondern wahrscheinlich durch lokale Einflüsse (z.B.

Kupfergehalt des Trinkwassers, häuslich hergestellte Getränke) ausgelöst. Der

Kupfergehalt des Trinkwassers Mitteldeutschlands beträgt im Mittel 12 µg/l. Die

Rositzer Mischköstler beider Geschlechter Verzerten innerhin eine um 34%

kupferreichere Nahrung als die Jenaer Bevölkerung.

Die Männer aus Rositz und Jena konsumierten eine im Mittel um 16 %

kupferärmere Trockensubstanz als die Frauen (Tab. 56). Der Unterschied blieb

insignifikant, entspricht aber dem Trend der Testpopulationen von 1996. Die

Männer verzehrten 1996 im Mittel eine um 14 % signifikant kupferärmere


71

Lebensmitteltrockensubstanz als die Frauen (Anke et al 1997). Ursache dieses

insignifikanten Minderverzehrs der Männer dürfte die Bevorzugung kupferreicherer

Kakaoerzeugnisse durch die Frauen sein. Kakao, Schokolade und alle

Kakaoerzeugnisse zählen neben Spargel und Kopfsalat zu den besonders

kupferreichen Lebensmitteln (Röhrig 1998).

Tabelle 55: Die Kupferkonzentration der von erwachsener Mischköstlern aus

Rositz verzehrten Lebensmittel- und Getränketrockensubstanz im

Vergleich zu einer Kontrollpopulation aus Jena (mg/kg TS)

Frauen Männer


Jena 1996 (70;70)

Rositz 1996 (49;49)

8

2,4

3,8

5,1

3,2

4,3

1,2

1,8

> 0,05

> 0,05

84

84

p < 0,001 < 0,001

% 134 134 -

Tabelle 56: Der Kupferverzehr erwachsener Mischköstler in Abhängigkeit vom

Lebensraumes (mg Cu/Tag)

Frauen Männer


Jena 1996 (70;70)

Rositz 1996 (49;49)

1,2

0,80

1,4

1,4

1,3

1,6

0,57

0,88

> 0,05

> 0,05

93

114

p > 0,05 < 0,05

% 100 123 -

Die Rositzer Mischköstler konsumierten von den 18 in Deutschland untersuchten

Testpopulationen die kupferreichste Lebensmittel- und Getränketrockensubstanz

(Anke et al 1998).

Der individuelle Kupferbedarf der Frau von 0,6 mg/Tag und des Mannes von 0,7

mg/Tag wird ebenso wie die individuelle Empfehlung für den Kupferverzehr, von

0,7 bzw. 0,8 mg/Tag im Wochenmittel erreicht und wesentlich überschritten. Der

niedrigste Kupferkonsum/Tag der Frauen betrug 0,9 mg und 1,0 mg bei den

Männern. Der höchste Kupferverzehr erreichte 2,7 mg/Tag bei den Frauen und 2,1


72

mg/Tag bei den Männern. Im Mittel von Populationen empfiehlt die

WHO/FAO/IAEA den Frauen die Aufnahme von 1,0 mg Cu/Tag und den Männern

von 1,2 mg/Tag. Diese Empfehlung zum Kupferverzehr wird sowohl von der

Rositzer Testpopulation als auch der Jenaer Kontrollgruppe überschritten (Tab.

56), so daß Kupfermangelerscheinungen bei der Bevölkerung des teerbelasteten

Lebensraumes Rositz auszuschließen sind. Trotz des signifikanten Mehrverzehrs

an Lebensmittel- und Getränketrockenmasse durch die Männer (371 g/Tag) im

Vergleich zu den Frauen (272 g/Tag) bestand zwischen den Geschlechtern kein

statistisch gesicherter Unterschied im Kupferverzehr. Dieser erstaunliche Befund

demonstriert, daß die Frauen tatsächlich kupferreichere Nahrungsmittel, wie z.B.

Schokolade und Kakaoerzeugnisse, starker bevorzugen als die Männer.

Der individuelle Kupferbedarf je kg Körpermasse wird von der WHO/FAO/IAEA auf

11 µg beziffert. Diese Kupferaufnahme je Tag und Körpermasse gilt für beide

Geschlechter und wurde sowohl von den Testpersonen des teerbelasteten

Lebensraumes Rositz als auch den Kontrollpersonen aus Jena erreicht und im

Mittel der Populationen um > 50% überschritten (Tab. 57).

Tabelle 57: Die Kupferverzher erwachsener Mischköstler verschidener Lebens-

räume je Kg Körpermasse (µg/kg Körpermasse)

Frauen Männer


Jena 1996 (70;70)

Rositz 1996 (49;49)

18

11

22

20

18

21

7,2

13

> 0,05

> 0,05

82

105

p > 0,05 > 0,05

% 91 117 -

Zwischen den Testpersonen aus Jena und Rositz bestanden hinsichtlich des

Kupferverzehres keine statistisch gesicherten Unterschiede. Auch zwischen den

Geschlechtern existierten erwartungsgemäß keine signifikanten Differenzen.

Die Kupferversorgung der Bevölkerung des teerbelasteten Lebensraumes

entspricht allen Anforderungen. Eine chronische Kupferbelastung ist gleichfalls

nicht zu erwarten. Deutschlandweit verbesserte sich das Kupferangebot der

erwachsenen weiblichen und männlichen Mischköstler von 1988 bis 1996


73

hochsignifikant von 0,66 bzw. 0,83 mg/Tag auf 1,1 bzw. 1,2 mg/Tag (Anke et al.

1997). Der Kupferverzehr erwachsener Mischköstler je kg Körpermasse und Tag

erhöhte sich im gleichen Zeitraum von 10 bzw. 11 auf 16 bzw. 15 µg (Röhrig

1998).

3.4 Molybdän 3.4.1 Literaturüberblick Die 16 km dicke Erdkruste enthält 1,0 bis 2,3 mg Molybdän/kg (Kabata-Pendias

und Pendias 1992). Es steht damit in der Häufigkeitsliste der Elemente auf dem

38. Rang.

Im Allgemeinen gilt die Regel, daβ Verwitterungsböden des Granites, Gneises,

Rotliegenden und des Schiefers viel Molybdän in die Nahrungskette transferieren,

Muschelkalk- und Keuperstandorte liefern weniger (Tab. 58) (Anke et al. 1986).

Metallurgische Prozese, Phosphatdüngung und die Verbrennung von Kohle und

Rohöl bringen reichlich Molybdän in die Biosphäre (Anke und Glei 1993, Kabata-

Pendias und Pendias 1992). Die Verbrennung von 3 Milliarden Tonnen Kohle/Jahr

führt weltweit zu einer Freisetzung von 100000 Tonnen Mo/Jahr (Davis 1991).

Kohle der verschiedensten Art kann bis zu 300 mg Mo/kg TS und Rohöl 25 mg

Mo/l enthalten. Ihre Flugasche verteilt bis zu 60 mg Mo/kg TS (Parker 1986).

Die Bioverfügbarkeit des Molybdäns der Böden wird im wesentlichen, aber nicht

ausschlieβlich durch den Boden-pH-Wert bestimmt. Mit ansteigendem Boden-pH-

Wert (pH 3 bis pH 9) steigt die Pflanzenverfügbarkeit des Molybdäns. Eisen (Fe)

und Huminsäuren mindern die Bioverfügbarkeit des Molybdäns durch Bindung

(Kabata-Pendias und Pendias 1992). Die Kalkung saurer Böden verbessert

regelmäβig den Molybdänbestand der Flora. Durch Schwefeldüngung wird die

Molybdänaufnahme der Pflanzen vermindert, während Phosphatgaben die

Molybdänaufnahme der Pflanzen steigerten.

Industrielle Molybdänemissionen sind häufig die Ursachen für zu hohe

Molybdänkonzentrationen der Böden und Pflanzen. Die Flugasche der

kohlebetriebenen Kraftwerke spielt auf Grund ihres hohen pH-Wertes und hohen

Molybdängehaltes eine groβe Rolle bei der Aufnahme hoher Molybdänmengen


74

durch die Pflanzenwelt. Unter diesem Aspekt war nicht auszuschlieβen, daβ es in

dem intensiv mit Flugasche der verschiedensten Herkunft belasteten Lebensraum

Rositz, möglicherweise auch in Verbindung mit einem hohem Molybdänanteil der

Teerrückstandes, zu einer Molybdänbelastung gekommen sein könnte.

Tabelle 58: Der Einfluβ der geologischen Herkunft des Standortes auf den relati-

ven Molybdängehalt der Flora


Granitverwitterungsböden 100

Gneisverwitterungsböden 100

Verwitterungsböden des Rotliegenden 96

Schieferverwitterungsböden 88

Moor, Torf 85

Alluviale Auen 79

Phyllitverwitterungsböden 73

Buntsandsteinverwitterungsböden 67

Löβ 67

Syenitverwitterungsböden 63

Diluviale Sande 62

Geschiebelehm 61

Muschelkalkverwitterungsböden 54

Keuperverwitterungsböden 51

Fp < 0,001

Molybdänvergiftungen wurden erstmalig 1938 beim Rind beschrieben (Ferguson et

al. 1938). Pferde von den gleichen Weiden erkrankten nicht an der Molybdänose,

die Molybdänwirkung beim Tier artspezifisch ist. In den zusammenfassenden

Abhandlungen von De Renzo (1953), Graupe (1965), Chappel und Petersen

(1977) und Unterwood (1977) wird über die groβe Molybdänempfindlichkeit des

Rindes und abgestuft des Schafes berichtet (Tab. 59).

Pferd und Schwein vertragen wesentlich mehr Molybdän als die genannten zwei

Wiederkäuerarten. Ratte, Kaninchen, Meerschwein und Huhn tolerieren mehr

Molybdän als die genannten Hauswiederkäuerarten, aber weniger als das

Schwein. Molybdänbedingte Erkrankungen wurden auch beim Maulbeerhirsch


75

(Odocoileus hemianus) (Ward und Nagy 1977), Alaskaelch (Alces, alces gigas)

(Flynn et al. 1977) und Rot- und Damwild (Giesel et al. 1996) beschrieben. Am

meisten Molybdän, ohne mit Durchfall auf die Molybdängabe zu reagieren, verträgt

offenbar die Ziege (Falke und Anke 1987).

Tabelle 59: Toxische Wirkungen des Molybdäns

Akute Toxizität des

Molybdäns beim Tier

- Weidedurchfall, Molybdänose beim Rind

- 3 ppm molybdäninduzierter Kupfermangen in

Abhängigkeit vom Kupfer- und Schwefelangebot

Chronische Toxizität des

Molybdäns beim Tier

- Skelettschäden

- Fortpflanzungsstörungen

- Hemmung der Östrogenrezeptoraktivität

- Libidoverlust

- Schädigung der Interstizialzellen und des

Keimepithels

- Hemmung der Androgenrezeptoraktivität

Toxische Wirkungen des

Molybdäns beim Menschen

- Endemische Gicht

- Hohe Harnsäurewerte im Serum

- Hohe Xanthindehydrogenaseaktivität in

den Geweben

Antagonisten -Schwefel, Kupfer, Wolfram

Sie verzehrten Futter mit 100 mg Mo/kg TS ohne an Molybdänose zu erkranken.

Sie absorbierten aber erhebliche Molybdänmengen und inkorporierten das

Molybdän in allen Körperteilen. Das Blutserum akkumulierte am meisten

Molybdän. Die Spermaqualität der Ziegenböcke wurde durch die

Molybdänbelastung stark verschlechtert (Falke und Anke 1987). Die

Molybdänbelastung führt neben molybdänspezifischen Belastungsymptomen

(Fortpflanzungsstörungen bei Rindern und Ziegen) regelmäβig zu sekundären Cu-

Mangelerscheinungen, die in der Tabelle 59 zusammengefaβt werden (Anke und

Glei 1993).

Molybdän wurde bereits 1953 als essentieller Bestandteil der

Xanthindehydrogenase (Richert and Westerfeld 1953) und 1971 als Komponente

der Sulfitoxidase identifiziert (Cohen et al. 1971). Die Essentialität der


76

Sulfitoxidase für den Menschen konnte bei > 100 Patienten sichergestellt werden,

denen durch einen Gendefekt bedingt dieses Protein fehlt oder der funktionsfähige

Molybdänkofaktor nicht zur Verfügung steht (Irreverre et al. 1967, Mudd et al.

1967, Johnson et al. 1976, 1995, 1997). In der Tabelle 60 sind die klinischen

Symptome und die Stoffwechselstörungen in Verbindung mit dem

Sulfitoxidasemangel zusammengefaβt.

Tabelle 60: Klinische Symptome und Stoffwechselstörungen in Verbindung mit

Sulfitoxidasemangel (Johnson 1997)

Klinische Symptome - Plötzliche Anfälle

- Mentale Retartion

- Linsenverschiebungen

- Gehirnatrophie

- Tod bis zum Alter von vier Jahren

Stoffwechselstörungen - Sulfit erhöht

- Sulfat vermindert

- Thiosulfat erhöht

- S-Sulfocystein erhöht

- Taurin erhöht

- Xanthin erhöht

- Hypoxanthin erhöht

- Harnsäure vermindert

Weitere Einzelheiten über andere molybdänabhängige Enzyme teilt Tabelle 61 mit.

Bei der Ziege war es möglich mit molybdänarmen semisynthetischen Rationen (24

μg Mo/kg Futter) nach vielfacher intrauteriner Molybdänerarmung die

verschiedene Molybdänmangelsymptome zu induzieren. Im einzelnen handelte es

sich um die Drosselung des Futterverzehrs und Wachstums (intrauterin und

postnatal), verminderte Fortpflanzungsleistungen, erhöhte Abortraten, hohe

Lämmersterblichkeit, herabgesetze Lebenserwartung (Anke und Risch 1989).

Für die Flora sind die Molybdänenzyme Nitratreduktase und Nitrogenase von

besonderer Bedeutung. Sie katalysieren Vorgänge, die für den globalen

Stickstoffkreislauf von besonderer Bedeutung sind. Molybdän ist für das

Pflanzenwachstum notwendig. Die Molybdänenzyme der Pflanze (Nitrogenase,


77

Nitratreduktase) sind an den Schlüsselreaktionen bei der Bindung des Stickstoffs

durch Mikroben und seiner Verwertung durch höhere Pflanzen entscheidend

beteiligt. Molybdän ist somit auch für Pflanzen essentiell. Luzerne mit einem

Molybdängehalt von 100 bis 300 µg/kg TS reagiert auf Molybdängaben mit einem

signifikant höheren Proteingehalt (Anke et al. 1963). Symptome eines

Molybdänmangels wurden bei > 50 verschiedenen Arten beschrieben (Allaway

1977, Bergmann 1992). Die Molybdänmangelsymptome der Leguminosen

entsprechen denen des Stickstoffmangels.

Tabelle 61: Molybdänabhängige Enzyme

Enzyme Quelle Prostetische

Gruppen

Nitrogenase

Nitratreduktase

Nicotinicsäurehydroxylase

Purine Hydroxilase

CO Dehidrogenase

Formatdehydrogenase

Xanthindehydrogenase

Aldehydoxidase

Sulfitoxidase

Mikroorganismen

Pflanzen, Mikroorganismen

Bakterien

A. nidulans

Bakterien

Bakterien

Mikroorganismen, Pflanzen,

Tiere

Tiere

Bakterien, Pflanze, Tiere

Fe/S

FAD, Hänn, MPT

Fe/S, MPT

FAD, Fe/S,Se, MPT

FAD, Fe/S, MPT

Se, Fe/S, MPT

FAD, Fe/S, MPT

FAD, Fe/S, MPT

Hänn, MPT FAD = Flavin Adenin Dinucleotide; MPT = Molybdopterin

Beim Tier kann Wolfram (W) als Molybdänantagonist eingesetzt werden. Es

hemmt die Molybdänaufnahme, den Molybdäntransport und den Molybdäneinbau

in die Targetproteine für dieses Protein (Anke et al. 1983). Die Wolframproteine

können die Aufgaben der Molybdänenzyme nicht übernehmen. Andererseits

bestehen zwischen Molybdän und Wolfram viele Ähnlichkeiten. Beide Elemente

benutzen einen identischen Cofaktor, der in Molybdänenzymen identifiziert und als

Molybdopterin bezeichnet wurde (Abb. 10). Kleine, aber markante Unterschiede

zwischen den zwei Metallen induzieren signifikante Unterschiede in ihren

Funktionen (Johnson 1997).


78

Der Molybdänbedarf der Wiederkäuer wurde auf < 100 μg Mo/kg Futter-TS

festgelegt. Monogastrische Arten kommen mit weniger Molybdän aus. (Anke et al.

1983). Für den erwachsenen Menschen wurden 25 μg Mo/Tag als Bedarf kalkuliert

(Anke et al.1988) und von Turnlund et al. (1993) mit 22 μg/Tag bei jungen

Erwachsen bestimmt (Anonym 1996).

O

NHNH2N

HN

HN

SH

SH

CH2OPO3=

C HHO

Abbildung 10: Struktur des Molybdopterins, der organischen Komponente des

Molybdän- und Wolfram-Kofaktors

Aufgabe der Untersuchungen wa es, den Einfluß der Teerkontamnination in

Lebensraum Rositz auf den Molybdäntransfer in die Nahrungskettedes Menschen

in Verbindung mit Flugascheemissionen Transfer und den möglichen pH-Wert-

Veränderungen im Boden zu verfolgen und Schlußfolgerungen für die Ernährung

von Tier und Mensch in diesem Lebensraum abzuleiten. Außerdem mußte die

Bioverfügbarkeit des Molybdäns im Glührückstand geprüft und seine Eignung als

Bodenergänzungskomponente intersucht werden.

3.4.2 Der Molybdängehalt der Böden des teerbelasteten Rositzer Lebens- raumes 3.4.2.1 Die Molybdänkonzentration des Bodens auf sechs Rositzer Werks standorten Die auf sechs verschiedenen Werksstandorten bis zu einer Tiefe von > 4 m

entnommenen Bodenproben enthielten im Mittel sehr unterschiedliche

Molybdänmengen (Tab. 62).


79

Tabelle 62: Der Molybdängehalt teerbelasteten Bodens verschiedener Standorte

desTeerverarbeitungswerkes Rositz (mg/kg TS)

Standort in Werk (n) x s %

1 (4)

2 (6)

3 (5)

4 (4)

5 (4)

6 (4)

1,63

1,03

0,78

0,41

0,39

0,39

1,59

0,79

0,56

0,09

0,17

0,14

209

132

100

53

50

50

insgesamt (27) 0,78 0,86

Fp > 0,05

-

Ihre Molybdänkonzentration variirte zwischen 0,39 und 1,63 mg/kg TS. Der

Molybdänbestand dieser Bodenproben entspricht dem des Lößes, welher der

weltweit 0,4 bis 3,3 mg Mo enthält (Wells 1960, Kubota 1975, Kabata-Pendias

1979, Ure et al. 1979, Liu et al. 1983). Der Boden verschiedener Werksstandorte

der Teerfabrik enthält damit normale Molybdänmengen, die sich im unteren

Bereich der normalen Molybdänkonzentration des Lößes bewegen.

3.4.2.2 Die Molybdänkonzentration des Bodens unterschiedlicher Bodenhorizonte auf dem Werksgelände

Der Oberboden (0-1 m Tiefe) speicherte im Mittel der sechs Fabrikstandorte am

meisten Molybdän (Tab. 63). Er enthielt im Mittel 1,10 mg Mo/kg. Mit zunehmender

Entnahmetiefe sank der Molybdänanteil bis auf 0,34 mg Mo (3 bis 4 m Tiefe).

Tiefer genommene Bodenproben enthielten mit 0,70 mg/kg wieder mehr

Molybdän. Alle Unterschiede blieben jedoch insignifikant. Möglicherweise nehmen

die Pflanzenwurzeln bis zu dieser Tiefe das Molybdän auf und transportieren es zu

den oberirdischen Pflanzenteilen, welche es nach dem Absterben der Flora im

Oberboden anreichern.


80

Tabelle 63: Der Molybdängehalt Teerkontaminierten Bodens unterschiedlicher

Horizonte im Teerverarbeitungswerkes Rositz (mg/kg TS)


0-1m (9)

1- 2m (5)

2- 3m (5)

3- 4m (4)

> 4 m (4)

1,10

0,95

0,42

0,34

0,70

1,17

1,03

0,16

0,14

0,68

100

86

38

31

64

Mittel (27) 0,78 0,86 -

Fp >0,05 -

3.4.2.3 Die Molybdänkonzentration teerkontaminierter und thermisch

dekontaminierter Böden des Werksgeländes

Der Glührückstand des dekontaminierten Bodens enthält etwa die fünffache

Molybdänmenge wie der teerbelastete Boden (Tab. 64).

Tabelle 64: Der Molybdängehalt des teerbelasteten Bodens und seines

Glührückstandes nach der thermischen Dekontamination (μg/kg TS)

belastet dekontaminiert

n;n s x x s p %

27;6 0,86 0,78 3,78 0,70 < 0,001 488

Die Verbrennung der organischen Masse des teerkontaminierten Bodens führte

demnach zu einer Molybdänanreicherung. Dieser Befund zeigt, daβ Teer, Humus

und organische Bodenbestandteile mehr Molybdän speichern als die anorganische

Matrix des Lößes.

Cumakov (1989) kam bei seiner Spezifikation des Molybdäns im Boden zu

ähnlichen Befunden. Kubota (1977) fand in amerikanischem Löβ bis zu 6,4 mg

Mo/kg TS; Lehm- und Tonböden speicherten in Polen bis zu 6,0 mg Mo/kg TS und

in den USA bis 17,8 mg Mo/kg TS; Rendzinen aus China akkumulierten bis zu


81

7,35 mg Mo/kg TS. Eisenreicher Boden kann gleichermaβen sehr viel Molybdän

(10 bzw. 17 mg/kg TS) inkorporieren (Murray 1981; Quiping et al.1984; Riadney

1964).

3.4.2.4 Die Molybdänkonzentration der in den Gefäßversuchen verwendeten Böden

Der für die Gefäßversuche verwendete Boden (Tab. 65) enthielt sehr

unterschiedliche Molybdänmengen.

Der am Versuchsende (nach dem Anbau von Hafer, Senf und Spinat) einen

Boden- pH-Wert von 4,94 aufweisende Kontrollboden enthielt mit 0,89 mg Mo/kg

TS am wenigsten Molybdän.

Tabelle 65: Der Molybdängehalt der im Gefäβversuch verwendeten Böden (mg/kg TS)

Bodenart x s %1)

Kontrollböden

Kontaminierte Böden

Dekontaminierte Böden

50 % kontaminierte Boden + 50 % Kontrollboden

50 % Dekontaminierter Boden + 50 % Kontrollboden

0,89

1,43

2,84

1,01

2,37

0,15

0,43

0,20

0,13

0,22

100

161

319

113

266

KGD 0,43 - 1)Kontrollboden × 100%

Ihm folgt der Mischboden aus Kontroll- und kontaminierten Boden mit 1,01 mg

Mo/kg TS und einem Boden-pH-Wert von 6,24.

Der teerkontaminierte Boden aus Rositz speicherte mit 1,43 mg Mo/kg TS mehr

Molybdän als der Kontrollboden und wies mit 6,86 einen fast neutralen pH-Wert

auf. Der Glührückstand und sein Mischboden besaßen den hochsten

Molybdängehalt und Boden-pH-Wert. Er betrug zu Versuchbeginn pH 13.

Der pH-Wert des in den fünf Versuchsvarianten verwendeten Bodens ist für die

Molybdänaufnahme der Pflanzen und damit für den Molybdäntransfer von


82

besonderer Bedeutung. Mit zunehmendem Boden-pH-Wert verbessert sich die

Bioverfügbarkeit des Molybdäns für die Flora.

3.4.3 Die Auswirkungen des Anbaues von Hafer, Senf und Spinat auf teerbelasteten Rositzer Böden und seines Glührückstandes auf den Molybdäntransfer in der Nahrungskette 3.4.3.1 Hafer

Der auf dem alkalischen Glührückstand und dem Mischboden aus Kontrollerde

und Glührückstand wachsende Hafer enthielt hochsignifikant mehr Molybdän als

der auf Kontrollboden, Rositzer Boden und Mischboden beider Komponenten

angebaute Hafer (Tab. 66).

Tabelle 66: Der Molybdängehalt des Hafers unterschiedlich teerbelasteter Böden

(mg Mo/kg TS)

Bodenart x s %

Kontrollboden

Kontaminierte Boden

Dekontaminierte Boden

50 % Kontaminierter Boden + 50 % Kontrollboden


0,36

0,78

8,82

0,58

8,32

0,04

0,26

2,67

0,05

0,65

100

217

2450

161

2311

KGD 1,3 -

Der Molybdänbestand des Hafer folgt damit dem Boden-pH-Wert. Der

Glührückstandes bzw. Mischboden mit Glührückstand ermöglichte dem Hafer,

seinen Molybdänbestand um das > 20 fache zu steigern. Der Molybdängehalt des

Hafers auf dem sauren Kontrollboden unterschritt den für Molybdänmangel-

erscheinungen bei Nichtleguminosen beschriebenen Grenzwert von 0,03 bis 0,15

mg Mo/kg TS aber in keinem Fall (Bergmann und Cumakov 1977).

Der für Luzerne beschriebene Grenzwert von 0,30 mg Mo/kg TS (Anke et al. 1963)

wurde gleichfalls im Mittel überschritten. Molybdänmangel kann demzufolge bei

dem auf sauren Boden gewachsenen Hafer ausgeschlossen werden. Der

phytotoxische Grenzwert für Gramineen von 100 bis 200 mg Mo/kg TS wird durch

die Nutzung des Glührückstandes ebenfalls nicht erreicht (Kluge 1983). Viel mehr


83

kann der Verzehr des Grünhafers in der Rispe bei verschiedenen

Wiederkäuerarten (Rind, Damwild, Rotwild) (Anke et al. 1960, Falke und Anke

1987, Geisel et al. 1996) Molybdänose und sekundären Cu Mangel auslösen.

3.4.3.2 Senf

Der Molybdängehalt des Senfes von Glührückstand der teerkontaminierten

Rositzer Böden war mit 12 mg/kg TS gleichfalls auβerordentlich hoch und ist für

molybdänempfindliche Spezies gefährlich. Der Mischboden aus Glührückstand

und Kontrollboden erzeugte Senf mit einem noch mehr als zehnfachen

Molybdängehalt im Vergleich zu dem auf Kontrollboden wachsenden (Tab. 67).

Tabelle 67: Der Molybdängehalt des Senfes unterschiedlich teerbelasteter Böden

(mg/kg TS)

Bodenart x s %

Kontrollboden

Kontaminierte Boden

Dekontaminierte Boden

50 % Kontaminierter Boden+50 % Kontrollboden

50 % Dekontaminierter Boden + 50% Kontrollboden

0,48

1,22

12

0,87

5,50

0,06

0,39

1,0

0,10

1,11

100

254

2598

181

1146

KGD 1,2 -

Der Senf des sauren Kontrollbodens akkumulierte bedarfsdeckende

Molybdänmengen. Molybdänmangel ist auch beim Anbau von Senf auf dem

teerkontaminierten Boden von Rositz keinesfalls zu erwarten. Veränderungen des

Boden pH-Wertes (Versauerung) können diese Aussage relativieren.

3.4.3.3 Spinat Der Spinat der auf dem bereits durchwurzelten und mit organischen

Wurzelmassen des Hafers bzw. Senfes angereicherten (pH auf 8,3 vermindert)

wurden Glührückstand wurden verfünffachte seinen Molybdänbestand im

Vergleich zum Kontrollboden (Tab. 68). Der teerkontaminierte Boden erzeugte

gleichfalls einen molybdänreichen Spinat.


84

Tabelle 68: Der Molybdängehalt des Spinates unterschiedlich belasteter Böden

(mg/kg TS)

Bodenart x s %

Kontrollboden

Kontaminierter Boden

Dekontaminierter Boden

50 % Kontaminierter Boden + 50 % Kontrollboden


0,29

0,85

1,73

0,55

1,73

0,06

0,12

0,95

0,06

0,25

100

287

586

186

585

KGD 0,75 -

Die Normalisierung des Boden-pH-Wertes, welche beim Spinatanbau durchaus

nicht abgeschlossen war, führte schon zu einer beträchtlichen Abnahme des

Molybdäntransfers in diesen Flora. Die Molybdänanreicherung im Spinates ist für

den Menschen nicht gefährlich. Grüne Bohnen, Petersilie und Kopfsalat enthalten

als Normalwert mehr Molybdän als der Spinat auf dem Glührückstand (Anke et al.

1983). Eine Molybdänbelastung des Menschen durch den Anbau von Gemüse auf

Boden mit Glührückstandsergänzung kann bei den heutigen

Einkaufsgewohnheiten ausgeschlossen werden. Bei ausschlieβlicher Nutzung

glührückstandsergänzter Böden zur Futtererzeugung ist zumindest bis zur

Erreichung eines neutralen Boden-pH-Wertes mit Molybdänose und sekundären

Cu-Mangel bei Rindern zu rechnen.

3.4.4 Der Molybdängehalt verschiedener Wild- und Kulturpflanzen des teerbelasteten Lebensraumes Rositz

Erstaunlicherweise enthielten die in unmittelbarer Nähe der Teerseen in Schreber-

und Hausgärten angebauten Früchte, Gemüsearten und Küchenkräuter im Mittel

weniger Molybdän als die der Kontrollgebiete (Tab. 69). Rositzer Birnen

speicherten als einzige Kultur sogar signifikant weniger Molybdän als

Kontrollbirnen vergleichbarer Löβböden nordwestlich von Erfurt.

Alle anderen Unterschiede im Molybdängehalt der Gartenkulturen waren zufällig.

Die gefundenen Molybdänkonzentrationen der Früchte, des Gemüses und der

Küchenkräuter bewegten sich in dem von Anke et al. (1993) beschrieben


85

Normalbereich. Eine Molybdänbelastung des Menschen durch Gartenkulturen ist

in Rositz nicht zu erwarten.

Tabelle 69: Der Molybdängehalt von Früchten, Gemüse und Gewürzen aus Kon-

trollgebieten und dem teerbelasteten Lebensraum Rositz (μg Mo/kg TS)


Lebensmittel (n;n) s x x s

p

%

Birnen (2;7)

Kohlrabi (13;13)

Zwiebeln (24;6)

Kartoffeln (24;14)


Petersilie (13;7)

Äpfel (25;15)

Gurken (16;7)


Möhren (16;13)

Schnittlauch (26;8)

Porree (7;7)

66

1253

1506

357

213

2219

123

663

2178

123

2074

368

159

1274

964

576

521

3750

136

1752

4628

253

2703

608

73

881

699

436

413

2987

112

1567

4328

245

3387

950

31

442

306

191

114

1542

44

512

2745

154

2241

365

< 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0.05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

46

69

73

76

79

80

82

89

94

97

125

156

Der Molybdängehalt der in die menschliche Ernährung eingehenden Samen von

Raps und verschiedenen Getreidearten (Rogen, Weizen, Sommergerste) aus

Rositz und Kontrollgebieten unterschied sich gleichfalls nur insignifikant (Tab. 70).

Sie speicherten in Vergleich zu den von Anke et al. (1983) mitgeteilten

Molybdänwerten für Getreide normale Molybdänkonzentrationen. Eine Gefärfdung

von Tier und Mensch durch Getreide und Getreideerzeugnisse aus Rositz kann

gleichermaßen ausgeschlossen werden.

Der Molybdänanteil des Viehfutters ist auf Grund der Molybdänosegefährdung und

des sekundären Cu-Mangels durch zu viel Molybdän bei Rind, Dam- bzw. Rotwild

und dem Schaf von besonderer Bedeutung (Tab. 71).


86

Tabelle 70: Der Molybdängehalt der Samen verschiedener Pflanzenarten der

Kontrollgebiete und des teerbelasteten Lebensraumes Rositz (μg

Mo/kg TS)


Art (n;n) s x x s p %

Raps (7;9)

Roggen (2;18)

Weizen (25;9)

Sommergerste (3;10)

102

39

228

49

409

624

444

263

402

625

493

312

119

306

147

138

> 0,05

> 0,05

> 0,05

> 0,05

98

100

110

187

Tabelle 71: Der Molybdängehalt verschiedener Futter- und Wildpflanzen (μg Mo

/kgTS)


Art (n;n) s x x s

p

%

Mais; Milchreife (20;6)

Rainfarn; Blüte (4;14)

Wiesenrotklee, Blüte (7;20)

Weißklee; Blüte (7;20)

Steinklee; Blüte (4;15)

Weizen; Schossen (24;14)

460

263

312

1722

1412

409

455

616

788

1589

2649

892

432

659

3055

2731

4063

874

109

1173

1457

1560

2406

461

> 0,05

> 0,05

< 0,01

> 0,05

> 0,05

> 0,05

95

107

387

172

153

98

Alle ”Grünfutterpflanzen” aus Rositz, einschlieβlich der molybdänreichen

Leguminosen, Weiβ- und Steinklee, lieferten normale Molybdänmengen. Eine

Molybdänosegefahr für das Rind vertret in Rositz nicht.

Der Molybdängehalt der Wild- und Kulturpflanzen des Lebensraumes Rositz ist

normal. Von ihm gehen mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit keine

Gefahren für Tier und Mensch aus. Die Nutzung des Glührückstandes der

teerkontaminierten Böden zur Bodenergänzung relativiert diese Aussage bis zum

Erreichen eines neutralen bzw. schwach sauren Boden-pH-Wertes.


87

3.4.5 Der Molybdänverzehr erwachsener Mischköstler des Lebensraumes Rositz im Vergleich zum Kontrollgebiet Jena Die Molybdänkonzentration der von erwachsenen Mischköstlern aus Rositz und

Jena verzehrten Lebensmittel- und Getränketrockensubstanz unterschied sich

nicht (Tab. 72). Dieses Ergebnis war aufgrund der vorangegangenen

Untersuchungen zu erwarten.

Tabelle 72: Die Molybdänkonzentration der von erwachsenen Mischköstlern ver-

zehrten Nahrungsmitteltrockensubstanz (μg Mo/kg TS)

Frauen Männer


Jena 1996 (70;70)

Rositz 1996 (49;49)

315

218

324

269

241

255

66

183

< 0,05

> 0,05

74

95

p > 0,05 > 0,05

% 83 106

-

Erstaunlicherweise konsumierten die Jenaer Männer eine signifikant

molybdänärmere Trockenmasse als die Frauen. Dieser Befund ist bei 14

Mischköstler-Testpopulationen einmalig und kann nicht erklärt werden. Im Mittel

der 14 Testkollektive bestand hinsichtlich der von beiden Geschlechtern

verzehrten Trockenmasse kein statistisch gesicherter Unterschied (Holzinger

1998). Mannschaft bestand dieser Einfluβ auch nicht. Er existierte auch nicht im

Mittel der Testkollektive von 1996, wo die Frauen 291 (s 220) und die Männer 368

(s 137) µg Mo/kg TS konsumierten.

Sowohl die Testpopulation aus Rositz als auch das Kontrollteam nahmen

bedarfsdeckende Molybdänmengen auf (Tab. 73). Die Jenaer Testmannschaft

verzehrte die vierfache Menge, die Rositzer etwa die dreifachemenge des

Molybdänbedarfes von 25 µg/Tag.

Im Tagesmolybdänkonsum bestand kein geschlechtsabhängiger Unterschied,

zwischen Mann und Frau, der normalerweise aus dem gröβeren

Trockenmasseverzehr der Männer resultiert (Anke et al. 1997).


88

Tabelle 73: Die Molybdänaufnahme erwachsener Mischköstler in Abhängigkeit

vom Lebensraum (μg Mo/Tag)

Frauen Männer


p

%

Jena 1996 (70;70)

Rositz 1996 (49;49)

125

71

115

73

101

94

33

71

> 0,05

> 0,05

88

129

p < 0,05 > 0,05

% 63 93

-

Die Jenaer Frauen aβen signifikant mehr Mo als die Rositzer. Bei den Männern

bestand der gleiche Trend, die Differenz blieb aber ungesichert. Im Mittel aller

Testpopulationen verzehrten die Frauen 1996 85 und die Männer 95 μg Mo/Tag.

Dieser Molybdänverzehr liegt zwischen dem der beider Geschlechter aus Jena

und Rositz. Der Molybdänverzehr je kg Körpermasse der Probanden aus Rositz

und Jena bringt keinen weiteren Erkenntnisgewinn (Tab.74).

Tabelle 74: Der Molybdänverzehr erwachsener Mischköstler verschiedener

Lebensräume je kg Körpermasse (μg Mo/kg Körpermasse)

Frauen Männer

Standort (n) s x x s

p

%

Jena 1996 (70:70)

Rositz 1996 (49:49)

2,1

1,1

1,8

1,0

1,3

1,2

0,42

1,0

> 0,05

> 0,05

72

120

p < 0,05 > 0,05

% 56 92 -

Die Frauen aus Rositz verzehrten 1,0 μg/kg Körpermasse und unterschieden sich

damit signifikant von denen aus Jena. Bei den Männern beider Testpopulationen

bestanden keine Unterschiede im Molybdänkonsum. Im Mittel aller Testperioden

und Personen betrug der Molybdänkonsum 1,1 μg/kg Körpermasse und Tag.

Damit konnte nachgewiesen werden, daß es in Rositz 1996 keine

Molybdänbelastung beim Menschen gab.


89

Zussammenfassend wird festgestellt, daß der Glührückstand auf Grund seines

höherem pH-Wertes und Molybdängehaltes viel Molybdän in die Pflanzenwelt

abgab. Dieses Futter kann bei Schafen Molybdänose und sekundären

Kupfermangel auslösen. Die Gefahr nimmt jedoch mit der Normalisierung des

Boden-pH-Wertes im Laufe der Humusbildung ab. Der Molybdänverzher der

Frauen und Männer von Rositz war normal und unbedenklich.


90

4 Diskussion der Ergebnisse und Schlußfolgerungen Der erstaunliche Befund, daß auf teerkontaminierten Rositzer Werksboden

wachsender Spinat im Gefäßversuch ebenso wie die Tagesduplikate der Rositzer

weniger von den 16 untersuchten polyzyklischen aromatischen

Koklenwasserstoffen (Summe der EPA-PAK) enthielten als auf Kontrollboden

wachsender Spinat und die Duplikate der Jenaer Kontrollprobanden zwang zu

neuen Überlegungen hinsichtlich der Ursachen gegebener gegesundheitlichen

Risiken für die artsansässige Bevölkerung. In der Zwischenzeit zeigte auch die

Analyse des Bienenhonigs aus dem Rositzer Lebensraum, daß in ihm, im

Vergleich zum Kontrollhonig nur der Naphthalin-, Acenaphten- und Benzo-(a)

anthracengehalt statistisch gesicherte rhöht war (Hentschel 1997). Alle anderen

PAK zeigten keine gesicherten lokalen Unterschiede. Auch Scheidt-Illing und Erler

(1996) wiesen zwischenzeitlich darauf hin, daß keine aktuell erhöhten PAK-

Expositionen bei den ehemaligen Arbeitnehmern Sanierern und der Bevölkerung

von Rositz bestehen. Andererseits kommt es darauf an die in Rositz lagernden

gewaltigen Altlasten simvoll zu entsorgen und eventuell einer weiteren Nutzung zu

zuführen. Dieser Aspekt wird noch dadurch verstarkt, daß das Gelände um das

ehemalige Teerverarbeitungswerk und seine Teerseen und Abraumhalden intensiv

landwirtschaftlich und gärtnerisch genutzt wird. Das Eindringen von Schadstoffen

in die Nahrungsketten von Pflanze, Tier und Mensch ist dadurch nicht nur möglich,

sondern in großen Umfang warscheinlich.

Die Dekontamination des teerbelasteten Bodens war und ist in Rositz geboten, um

eine Revitalisierung dieses Lebensraumes zu erreichen (Sedlacek et al. 1996). Die

termische Schadstoffbeseitigung ist neben der mikrobiologischen Bodensanierung

(Voigt et al. 1996) nur eine von verschiedenen Verfahren zur

Schadstoffbeseitigung. Sie bietet die Möglichkeit den anfallenden Glührückstand

einer simvollen Zweitnutzung als wertvoller Baustoffzuschlag und als Schotter zu

zuführen, wenn er frei von schädlichen Bestandteilen ist, keine Interaktionen mit

Stoffen auslöst, die für Flora, Fauna und den Menschen essentiel sind. Die

Aufgabe der vorliegenden Untersuchungen war es dies bei vier Schwermetallen

dem Mangan, Zink, Kupfer und Molybdän zu prüfen. Für ihre

Pflanzenverfügbarkeit und damit ihr Eindringen in die Nahrungskette ist neben der

Menge ihres Vorkommens im Boden, die sich durch das Glühen erheblich


91

verändern kann, der Boden-pH-Wert von besonderer Bedeutung. Im

teerbelasteten Lebensraum ist der Boden-pH-Wert natürlicherweise auf Grund

seiner geologischem Herkumft und möglicherweise auch durch Ascheemissionen

der Industrie schwach sauer bis neutral. Der im Gefäßversuch verwendete

teerbelastete, Rositzer Boden besaß nach dem Anbau von Hafer, Senf und Spinat

im Mittel einem pH-Wert von 6,9 und sein Glührückstand von 8,3. Die

Schwankungsbreite des Boden.pH-Werte war außerordentlich klein (6,8 - 7,0 bzw.

8,2 - 8,4). Die thermische Dekontamination des Bodens erhöhte den pH-Wert des

Glührückstandes auf 13. Er verminderte sich durch die Wurzelrückstände und

Wurzelausscheidungen von Hafer, Senf und Spinat auf 8,3 innerhalb einer

Vegetationszeit. Die Regeneration des Glührückstandes zu einen bodenähnlichen

Substrat erfolgt demnoch relativ rasch.

4.1 Mangan

Die termische Dekontamination des teerbelasteten Boden erhöhte den

Manganbestand des Glührückstandes um etwa ein Drittel im Vergleich zum

teerbelasteten Ausgangsmaterials (Tab.75).

Tabelle 75: Der Mangangehalt von Kontrollboden, Rositzer Boden und seines

Glührückstandes bzw. des auf ihnen wachsenden Spinates (mg/kg

TS)

Parameter Kontroll-

Boden

Rositzer

Boden

Glührück-

stand

KGD Rositz %1) Glührück-

stand %1)

498 274 364 40 56 74 Boden

Spinat 339 28 86 69 8 25 1)Kontrollboden × 100%, Rositz bzw. Glührückstand × 100%

Der Manganbestand des Kontrollbodens lag mit 489 mg/kg, ebenso wie der

Rositzer Teerboden mit 274 mg/kg und sein Glührückstand (364 mg/kg) in der

normal geologisch bedingten Bandbreite des Bodenmangangehaltes von 270 bis

525 mg/kg (Kabata-Pendias und Pendias 1992). Auf Grund seines niedrigen

Mangananteiles und des neutralen bzw. alkalischen pH-Wertes war der

Mangantransfer aus dem teerbelasteten boden und seinem Glührückstand

eingeschränkt und führte zur Dörrfleckenkrankheit bei dem


92

manganmangelempfindlichen Hafer. Der Spinat auf dem Rositzer Boden bzw.

seines Glührückstand speicherte nur ein Zehntel bzw. Viertel der Manganmenge,

die im Spinat des Kontrollböden gefunden wurde. Die Revitalisierungsfähigkeit des

Glührückstandes zeigte sich auch in dem höherem Mangangehalt des auf ihm

wachsenden Spinates. Die Flora des Rositzer Lößgebietes ist im Vergleich zu der

anderer Lößgebiete generell manganarm, wie sich auch an der Kartoffel dieser

Gebiete zeigte (Tab. 76).

Sie enthielt etwa ein Viertel weniger Mangan als die anderer vergleichbarer

Lebensräume. Auch die Mischköstler aus Rositz verzerten im Mittel veniger

Mangan als die des Kontrollgebietes, ohne daß es dadurch bei ihm ein

Mangandefizit auftaIhr Manganbedarf ist befriedigt. Der Glührückstand des

Rositzer Bodens kann hinsichtlich seines Manganbestandes zu Baumaterial

verarbeitet, um Straßenbau verwendet werden.

Tabelle 76: Der Mangangehalt der Kartoffel und der Manganverzehr erwachsener

Mischköstler des Kontrollgebietes und teerbelasteten Lebensraumes

(mg/kg TS bzw. mg/Tag)

Kontrollgebiet Rositz Parameter

s x x s p %

Kartoffeln

Männer

5,6

1,3

7,6

3,4

5,6

2,7

1,3

1,1

> 0,05

< 0,01

74

79

Rinder und Geflügel dieses Lebensräumes bedürfen auch natürlicherweise der

Manganergänzungen über ihre Mineralstoffgemische. Das Auftreten der

Dörrfleckenkrankheit bei manganmangelempfindlichen Arten (Hafer, Zuckerrüben,

Erbsen) im Rositzer Lebensraum ist möglich.

4.2 Zink

Der Rositzer Boden und sein Glührückstand sind im Vergleich zum Kontrollboden

extrem mit Zink angereichert. Ihr Zinkgehalt übersteigt dem anthropogen

unbelasteter Böden, deren Zinkanteil sich zwischen 17 und 125 mg/kg bewegt,

erheblich (Tab. 77).


93

Der auf den zinkreichen Böden wachsende Spinat enthielt zwar hohe, aber dem

des Kontrollbodens vergleichbare Zinkmengen. Eine Gefährdung von Tier und

Mensch durch ein zu reichlisches Zinkangebot ist nicht gegeben, wie die Analyse

verschiedener Pflanzenarten generell und der Kartoffel im besonderen zeigte

(Tab.78). Die verzehrsfähigen, geschälten Kartoffeln enthielten sogar weniger Zink

als die der Kontrollareale. Lediglich der blattreiche Porree des Rositzer

Lebensraumes enthielt signifikant mehr Zink als der des Kontrollgebietes.

Tabelle 77: Der Zinkgehalt von Kontrollboden, Rositzer Boden und seines Glüh-

rückstandes bzw. des auf ihnen wachsenden Spinates (mg/kg TS)

Parameter Kontroll-

Boden

Rositzer

Boden

Glührück

-stand

KGD Rositz% Glührück

-stand %

Boden

Spinat

102

611

289

355

1484

767

116

143

283

58

1455

126

Der Zinkverzehr der Mischköstler aus Rositz war sogar niedriger als der, der

Kontrollpersonnen und entsprach nicht den Zinkverzehrempfelungen der

WHO/FAO/IAEA bei einer normalen Bioverfügbarkeit des Zinks.

Trotzt der anthropogenen Zinkanreicherung im Oberboden des Rositzer Teerwerkes und

seines Glührückstandes es zu keiner bedenklichen Zinkanreicherung in der Nahrungskette.

Der Zinkverzehr der Mischköstler war niedrig und ergänzungsbedürftig.

Tabelle 78: Zinkgehalt der Kartoffel und Zinkverzehr erwachsener Mischköstler

des Kontrollgebietes und teerbelasteten Lebensraumes (mg/kg TS

bzw. mg/Tag)


s x x s

p

%

Kartoffeln

Männer

7,0

2,8

17

9,1

15

7,2

1,3

1,9

> 0,05

< 0,001

88

78

Der Glührückstand teerkontaminierter Böden kann zu Baumaterial und als

Schotter zum Straßenbau genutzt werden. Eine Gefährdung von Pflanze, Tier und

Mensch durch seinen hohen Zinkgehalt kann auf Grund seiner bescheidenen

Pflanzenverfügbarkeit ausgeschlossen werden.


94

4.3 Kupfer

Ähnlich dem Zink wird auch Kupfer bei einem mehr sauren Boden-pH-Wert besser

von den Pflanzen aufgenomme als bei einem neutralem. Der normale

Kupfergehalt schwankt geologisch bedingt zwischen 6 und 30 mg/kg Boden. Löß

zählt zu den kupferreichen Böden, so daß der Kupferbestand des Lößes im

teerbelasteten Werksgelände und seines Glührückstandes als normal bezeichend

werden kann (Tab.79). Der Glührückstand reicherte sich durch die

Teerverbrennung mäßig mit Kupfer an und machte dieses durch seinen

alkalischen pH-Wert weniger pflanzenverfügbar, wie der Kupfergehalt des Spinats

nach weist, obwohl die Differenz in Kupferanteil des Spinates der Bodenvarianten

nicht statistisch gesichert sind.

Tabelle 79: Der Kupfergehalt von Kontrollboden, Rositzer Boden bzw. seines

Glührückstandes und des auf ihnen wechsenden Spinates (mg/kg TS)

Parameter Kontroll-

Boden

Rositzer

Boden

Glührück-

stand

KGD Rositz % Glührück

-stand

Boden

Spinat

14

23

22

15

32

9,0

1,9

-

157

65

229

39

Auf Rositzer Löß wachsende Kulturpflanzen enthielten wechselnde

Kupfermengen. Gurken, Schnittbohnen, Kartoffeln (Tab. 80). Roggenkörner und

Grünweizen speicherten signifikant weniger Kupfer als die gleichen Arten des

Kontrollgebietes. In Gegensatz zum lokalen Kupfergehalt der Flora aßen die

Mischköstler aus Rositz eine signifikant kupferreichere Nahrung. Sie verzehrten

von allen zwanzig Testpopulationen Deutschlands die kupferreichste Lebensmittel-

und Getränke-trockenmasse (Anke et al. 1998) Deutschlands, ohne daß dafür eine

Erklärung gegeben werden kann.

Der thermisch dekontaminierte Glührückstand kann hinsichtlich seines

Kupferbestandes zu Baumaterial und Schotter verwendet werden.


95

Tabelle 80: Der Kupfergehalt der Kartoffel und der Kupferverzehr erwachsener

Mischköstler des Kontrollgebietes und teerbelasteten Lebensraumes

(mg/kg TS bzw. mg/Tag)


s x x s

p

%

Kartoffeln

Männer

3,2

23

6,4

15

4,2

9,0

1,2

-

< 0,05

< 0,05

66

123

4.4 Molybdän

Im Gegensatz zu Mangan und abgeschwächt Zink und Kupfer erhöht sich die

Pflanzenverfügbarkeit mit steigendem Boden-pH-Wert weit enthalten die

geologisch unterschiedlich entstandenen Böden 0,02 bis 17 mg Mo/kg. Im Mittel

können 1,3 bis 2,8 mg/kg oder etwa 1,8 mg Mo/kg als durchschnittlicher

Molybdänbestand deklariert werden (Kabata-Pendias und Pendias 1992).

Der neutrale Boden-pH-Wert des Rositzer Teerboden und der alkalische seines

Glührückstandes beginstigsten neben seines großeren Molybdänbestand die

Molybdänaufnahme des Spinates und verdrei- bis versechfachten seinen

Molybdängehalt signifikant (Tab.81).

Tabelle 81: Der Molybdängehalt von Kontrollboden, Rositzer Boden bzw. seines

Glührückdtandes und des auf ihnen wachsenden Spinates (mg/kg TS)

Parameter Kontroll-

Boden

Rositzer

Boden

Glührück-

stand

KGD Rositz Glührück-

stand

Boden

Spinat

0,89

0,30

1,43

0,85

2,84

1,73

0,43

0,75

161

283

319

577

Davon ist noch keine Gesundheitsgefährdung von Tier und Mensch abzuleiten,

wie der Molybdänanteil der Wild- und Kulturpflanzen des Kontrollgebietes und von

Rositz zeigten. Die Majorität der Arten aus Rositz speicherten weniger Molybdän

als die Kontrollpflanzen, wie auch der Molybdängehalt der Kartoffel belegt

(Tab.82).


96

Tabelle 82: Der Molybdängehalt der Kartoffel und der Molybdänverzehr

erwachsenener Mischköstler des Kontrollgebietes und teerbelateten

Lebensraumes mg/kg TS bzw. mg/Tag)

Parameter Kontrollgebiet Rositz

s x x s

p

%

Kartoffln

Männer

0,357

0,033

0,576

0,101

0,436

0,094

0,191

0,071

> 0,05

> 0,05

76

93

Lediglich Wiesenrotklee aus Rositz akkumulierte mehr Molybdän als der des

Kontrollgebietes. Der höhere Molybdängehalt des Glührückstandes ist nicht

bedenklich. Er ist hinsichtlich seines Molybdänbestanden auch als Baustoff und

Schotter geeignet. Er eignet sich auf Grund seines hohen Bleianteiles jedoch nicht

als Bodenzuschlagstoff (Mocanu 1988).

Der teerbelastete Rositzer Boden und sein Glührückstand können auf Grund ihres

hohen pH-Wertes Manganmangelerscheinungen bei manganmangelempfindlichen

Pflanzenarten auslösen. Auch der Transfer von Zink und Kupfer in die

Nahrungskette ist einigesckränkt, während die Pflanzenverfügbarkeit des

Molybdäns pH-Wert-bedingt besser ist.

Der Glührückstand des dekontaminierten Bodens ist hinsichtlich seines Mangan-,

Zink-, Kupfer- und Molybdänanteiles als Rohstoff für Baumaterial und Schotter für

Straßenbau universell geeignet. Seine Nutzung als Bodenzuschlagstoff verbietet

sein hoher Bleigehalt (Mocanu 1998).


97

5 Zusammenfassung Aufgabe der Arbeit war es die lokale Versorgung bzw. Belastung der

Nahrungskette mit den lebensnotwendigen Spurenelementen Mangan, Zink,

Kupfer und Molybdän in Rositz zu untersuchen und Verwendungs möglichkeiten

des Glührückstandes nach der thermischen Dekontamination des teerbelasteten

Bodens zu ergründen. Der thermische Dekontamination der Teerboden hinterlaßt

einen Glührückstand der mit Schwermetallen angereichert ist. Ihr Transfer in der

Nahrungschete bis zum Mensch war bisher unbekannt.

Mangan

• Der teerbelastete Boden von Rositz ist nicht mit Mangan kontaminiert. Bis in 2

m Tiefe enthielt er aber insignifikant mehr Mangan als in der darünter

liegenden Bodenhorizonte. Die thermische Dekontamination erhöhte den

Manganbestand des Glührückstandes um ein Drittel in Vergleich zum

teerbelasteten Ausgangsmaterial.

• Der niedrige Mangangehalt des teerreichen Rositzer Bodens verursachte in

Verbindung mit seinem neutralen Boden-pH-Wert die Dörrfleckenkrankheit

beim Hafer und führte zum Absterben. Hafer, Senf und Spinat teerbelasteter

Rositzer Böden speicherte 5,26 bzw. 8% der Manganmenge, die in den

Pflanzen des Kontrollbodens gefunden wurden. Das Wachstum den

angebauten Pflanzenarten normalisierte sich bis zur dritten Kultur. Der pH-

Wert des dekontaminierten Glührückstands sank von 13 auf 8,3 nach dem

dritten Vegetationsperiode.

• Kultur- und Wildpflanzen des teerbelasteten Rositzer Lebensraumes

speicherten generell weniger Mangan als vergleichbar Kontrollpflanzen. Beim

Rind ohne Mangnergänzung des Futters muß mit

Manganmangelerscheinungen gerechnet werden.


98

• Erwachsene Mischköstler aus Rositz verzehrten 1996 etwa ein Viertel bis ein

Drittel weniger Mangan als vergleichbare Kontrollpersonen. Manganmangel ist

bei ihm jedoch nicht zu erwarten.

Zink

• Der teerbelastete Rositzer Oberboden ist stellenweisen anthropogen

umfangreich mit Zink belastet. Mit zunehmende Tiefe der Bodenhorizonte

nimmt sein Zinkgehalt ab. Die termische Dekontamination verdreizehnfachte

seinen Zinkbestand.

• Trotz des hohen Zinkanteiles der teerbelasteten Rositzer Böden und seines

Glührückstandes enthielt der auf ihnen wachsende Hafer, Senf und Spinat

signifikant weniger Zink als auf die Kontrollboden wachsenden drei

Pflanzenarten. Der relativ hohe pH-Wert des Bodens verhindert den

Zinktransfer in die Flora.

• Der Zinkgehalt der Kultur- und Wildpflanzen aus Rositz entsprach dem der

Kontrollpflanzenarten. In Rositz kommt es trotz der Zinkbelastung des

Werksbodens nicht zu einer Zinkanreicherung in der Nahrungskette des

Menschen.

• Die erwachsenen Mischköstler aus Rositz konsumierten 33 bzw. 22% weniger

Zink/Tag als die Kontrollpersonen aus Jena. Ihr Zinkverzehr entspricht trotz der

stellenweisen Zinkanreicherung im Oberboden nur marginal den Empfehlungen

der WHO. Eine Zinkerganzung der Nahrung des Mensch erscheint nicht

notwendig, könnte aber bei landwirtschaftlischen Nutztieren geboten sein.

Kupfer

• Eine Kupferanreicherung in den teerbelasteten Böden von Rositz wurde nur auf

einen Standort in mäßigen Umfang festgestellt. Mit zunehmender

Bodenentnahmetiefe sank sein Kupferbestand insignifikant. Die termische

Dekontamination vervierfachte ihn.


99

• Der auf Rositzer Boden und seinem Glührückstand wachsende Hafer, Senf und

Spinat enthielt, wahrscheinlich auf Grund seines neutralen bzw. basichen pH-

Wertes weniger Kupfer als die entsprechenden Pflanzenarten auf

Kontrollboden. Die Unterschiede blieben insignifikant.

• Der Kupfergehalt der Kultur- und Wildpflanzen aus Rositz schwankt

insignifikant um die Kupferkonzentrationen der Kontrolltflanzen. Lediglich

Schnittbohnen, Gurken, Kartoffeln, Roggenkörner und Grünweizen speicherten

statistisch gesichert weniger Kupfer als die Kontrollpflanzen.

• Miscköstler beider Geschlechter aus Rositz aßen im Mittel mehr Kupfer als

andere Testpopulationen Deutschlands. Die Ursachen des reichlichen

Kupferverzehrs sind ursächlich unbekannt.

Molybdän

• Der Molybdengehalt des teerbelasteten Rositzer Bodens ist normal. Er bewegt

sich in der Bandbreite des natürlichen Molybdängehaltes. Die thermische

Dekontamination vervielfachte seinen Molybdänteil.

• Der neutrale bzw. basische pH-Wert im Rositzer Boden und seines

Glührückstandes vervielfachte den Molybdänbestand von Hafer, Senf und

Spinat teilweise auf Mengen, die beim Rind als Konsumenten dieses Futters

Molybdänose erwarten lassen.

• Im Gegensatz zum Hafer, Senf und Spinat in Gefäßversuch enthielten von den

untersuchten Kultur- und Wildpflanzen nur der Weisenrotklee statistisch

gesichert mehr Molybdän als die Kontrollpflanzen.

• Weibliche und männliche Miscköstler aus Rositz aßen im Mittel weniger

Molybdän als die Kontrollpersonen aus Jena. Ihr Molybdänbedarf wurde

befriedigt. Eine Molybdänbelastung war nicht gegeben.


100

Vervendung des Glührückstandes

Der thermische dekontaminierte Boden kann hinsichtlich seines Mangan-, Zink-,

Kupfer und Molybdengehaltes als Rohstoff für Baumaterial und als Schotter für

den Straßen-bau, jedoch nicht Bodenergänzungsmittel verwendet werden. Sein

hoher Bleigehalt verbietet letzteres.


I

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