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Untersuchungen zur Sanierbarkeit HCH-kontaminierter Ackerböden

Zimmermann, Dirk


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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung I
Fachgebiet: Agrarwissenschaften, Ökotrophologie und Umweltmanagement fachübergreifend
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 10.11.2008
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 19.11.2008
Kurzfassung auf Deutsch: Die Untersuchungen dienten dem Zweck ein praktikables Verfahren zu entwickeln, um mit HCH-belastete, landwirtschaftliche Nutzflächen zu dekontaminieren.
Dazu wurden Laborexperimente durchgeführt, um grundsätzlich die Abbaumöglichkeiten zu untersuchen und durch Einsatz von radioaktiv markiertem beta-HCH den Verbleib von Abbauprodukten zu erfassen.

In Gefäßversuchen mit verschiedenen Pflanzenarten sollten Erkenntnisse über Aufnahme, Translokation und letztlich den Entzug durch Pflanzen gewonnen werden. Die Feldversuche dienten einerseits dazu, die im Gefäß ermittelten Entzüge im Freiland zu überprüfen und andererseits wurde versucht, die im Labor gewonnenen Erkenntnisse bezüglich des effektiven HCH-Abbaus unter anaeroben Reaktionsbedingungen auf das Freiland zu übertragen. Schließlich werden Rammkernsondierungen durchgeführt, um eine mögliche Verlagerung von HCH in tiefere Bodenschichten zu prüfen.

Hierbei wurden folgende Ergebnisse erzielt:

In den Laborversuchen wurde durch Inkubation von belastetem Boden bei unterschiedlicher Temperatur in geschlossenen Gefäßen und durch Zusatz von Reduktionsmitteln (Zinkpulver, Eisenpulver, Natriumsulfat, Natriumdithionit) in kurzer Zeit ein sehr effektiver Abbau von HCH erreicht. Allerdings erwiesen sich diese Verfahren als nicht praktikabel für das Freiland wegen des hohen Aufwands an Reduktionsmittel (z.B. 20 t Zinkpulver/ha).

Die Schaffung von anaeroben Reaktionsbedingungen und Zusätze von Melasse und Vinasse lieferten im Labormaßstab ebenfalls recht gute Ergebnisse. Die Methode erschien noch am ehesten für das Freiland geeignet, jedoch erbrachten die Freilandversuche keine vergleichbaren Ergebnisse.

Eine Überprüfung der Wirksamkeit der zugesetzten Substrate Melasse und Vinasse ergab, dass diese offenbar ohne Einfluss blieben. Auch ein Zusatz von Kalk blieb ohne Wirkung auf den HCH-Abbau.

Die Erzeugung anaerober Reaktionsbedingungen und einen dadurch induzierten schnellen HCH-Abbau ließen sich im Freiland nicht realisieren.
Die Untersuchung der Abbauwege des HCH unter Verwendung von radioaktiv markiertem beta-HCH ergab, dass eine teilweise Mineralisierung bis zum CO2 erfolgt. Weiterhin wurde Radioaktivität (14C) in Methan und in verschiedenen Huminstofffraktionen nachgewiesen.

In den Gefäßversuchen mit 4 Kulturpflanzen wurden unterschiedliche Aufnahmeraten aber vor allem auch interessante Differenzierungen bezüglich der Translokation von der Wurzel in den Spross bei den 4 Pflanzenarten nachgewiesen.
Die errechneten Entzüge, die auch in den Feldversuchen in der Größenordnung bestätigt wurden, waren zu gering, um in einem überschaubaren Zeitraum eine wirkungsvolle Dekontamination zu erzielen.

Mittels Rammkernsondierungen bis in eine Tiefe von 2 m konnte nachgewiesen werden, dass das über Staub auf die Bodenoberfläche gelangte HCH auch nach ca. 20 Jahren noch zu 86% in der Ackerkrumme (0 - 25 cm) und zu 7,2% im Unterboden (25 - 50 cm) vorhanden war und nur eine sehr geringe vertikale Migration stattfand.
Kurzfassung auf Englisch: The analyses serve the purpose to develop a practicable procedure to decontaminate agricultural areas polluted by HCH.

Experiments were performed to determine possible ways of the degradation and to apprehend the whereabouts of decomposition products by using radioactive HCH. Different plant species were grown in pot experiments in order to achieve proficiency in the uptake, the translocation and ultimately the deprivation by plants.

On the one hand the field trials served to verify the detected deprivations (from the pot experiments) in field experiments and on the other hand to transfer the results concerning the effective HCH-degradation under anaerobic conditions to the outdoor environment. Finally Window Sampling was performed in order to proof possible displacements in lower ground layers.
The following results were achieved:

A very effective degradation of HCH was accomplished in the laboratory through incubation of polluted soil in closed vessels while adding of reduc-ing agents (zinc powder, iron powder, sodium sulphate and sodium dithio-nite). Unfortunately this procedure is impracticable under outdoor conditions due to high consumption of reducing agents (e.g. 20t zinc powder/ha)
Creating anaerobic conditions and the addition of molasses and vinasse also showed satisfying results on the laboratory scale. This method seemed to be suitable under outdoor conditions. However, the results in the field were not comparable with the accomplished results in the laboratory.
The test to prove the efficiency of added substrate showed that these are effectless. Also the addition of lime did not have an effect on the degradation of HCH.

The investigation of degradation pathways by using radioactive HCH in-dicated a partial mineralization to CO2. The radioactivity was also proven in methane and in several fractions of humic matter.

Different absorption rates and especially differentiation regarding the translocation from the root into the shoot were proven in four cultivated plants (through pot experiments). However, the calculated eliminations of the pot experiments, which were also verified in same dimensions in the field trials, were too low to lead to an efficient decontamination over a manageable time period.

Creating of anaerobic conditions to induce a faster HCH-degradation were not realizable under outdoor weathering conditions.

Window Sampling up to 2 m depth verified that HCH, which contami-nated the surface of soil by dust, is present after 20 years to 86 % in the topsoil (0 – 25 cm) and only to 7.2 % in the subsoil (25 – 50 cm) so only an unimportant vertical migration took place.

Finally it has to be pointed out that these investigations indeed lead to several scientifically interesting results but unfortunately it was not possible to develop a practicable method to decontaminate agricultural areas.