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Untersuchungen zum Verhalten von Uran im System Boden/Pflanze unter besonderer Berücksichtigung des Uraneintrags durch mineralische Phosphordünger

The behavior of uranium in the soil/plant system with special consideration of the uranium input by mineral phosphorus fertilizer

Setzer, Sascha


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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-109071
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2014/10907/

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Uran , Sorptionsexperimente , Lolium perenne , Gefäßversuche , Phosphordünger
Freie Schlagwörter (Englisch): uranium , sorption experiments , Lolium perenne , pot experiments , phosphorus fertilizer
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Bodenkunde und Bodenerhaltung
Fachgebiet: Agrarwissenschaften, Ökotrophologie und Umweltmanagement fachübergreifend
DDC-Sachgruppe: Naturwissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 28.03.2014
Erstellungsjahr: 2013
Publikationsdatum: 01.07.2014
Kurzfassung auf Deutsch: Das Verhalten von Uran in der Umwelt und das sich daraus ableitende Gefährdungspotential für den Menschen werden in der Fachliteratur kontrovers diskutiert. Mineralische Phosphordünger können erhebliche Uran-Konzentrationen beinhalten, sodass durch deren Einsatz Uran in Agrarökosysteme eingetragen werden kann. Es ist immer noch unklar, ob und in welchem Ausmaß dieses düngerbürtige Uran über den Konsum kontaminierter Wässer oder pflanzlicher Ernteprodukte in die menschliche Nahrungskette gelangen kann. Die Mobilität und Verfügbarkeit von Uran im Agrarökosystem wird entscheidend durch dessen Verhalten in der Pedosphäre bestimmt. Diese bildet durch Interaktion mit organischen und anorganischen Bestandteilen ein wirkungsvolles Speicher- und Filtersystem für Schadstoffe und beeinflusst somit maßgeblich den Verbleib von Uran in der Umwelt. Um das Gefährdungspotential von Uran besser abschätzen zu können, wurde in der vorliegenden Arbeit dessen Verhalten im System Boden/Pflanze unter Berücksichtigung des Uran-Eintrags durch mineralische Phosphordünger untersucht. Zielsetzungen waren (A) die allgemeine Verteilung von Uran im Boden zu ermitteln, (B) den Einfluss von CaCO3 auf das Sorptionsverhalten von Uran zu untersuchen und (C – D) den Effekt variierender Bodeneigenschaften und (E) der Zugabe von mineralischem Phosphordünger auf die Uran-Aufnahme von Weidelgras zu quantifizieren.
Die Ergebnisse der Teilstudien geben Grund zu der Annahme, dass von dem Einsatz mineralischer Phosphordünger kein akutes Gefährdungspotential im Sinne des Verbraucherschutzes ausgeht. Die untersuchten Böden zeigten überwiegend ein hohes bis sehr hohes Sorptionsvermögen für Uran. Gleichzeitig wurde nur ein geringer Boden-Pflanze-Transfer festgestellt, wobei der überwiegende Teil in/an den Pflanzenwurzeln akkumulierte. Es kann somit sowohl die Verfügbarkeit im Boden als auch die Aufnahme von Pflanzen allgemein als niedrig eingestuft werden. Weiterhin konnten Standortfaktoren identifiziert werden, die eine höhere Uran-Verfügbarkeit im Boden begünstigen. Neben sehr hohen und niedrigen pH-Werten bewirkten vor allem hohe CaCO3-Gehalte im Boden eine höhere Uran-Verfügbarkeit. Jedoch verursachte weder die Zugabe von CaCO3 noch die Applikation von Phosphordünger einen signifikant höheren Boden-Pflanze-Transfer. Vor diesem Hintergrund bleibt zu überprüfen, ob das unter Laborbedingungen nachgewiesene Uran-Mobilisierungspotential durch CaCO3 unter Freilandbedingungen ähnlich ausgeprägt ist und somit der Einsatz von Kalk in der Landwirt-schaft eine Verlagerung von uranhaltigen Verbindungen begünstigt.
Kurzfassung auf Englisch: The fate of uranium in the environment and, consequently, its hazard potential for human beings is still discussed controversially in the scientific literature. Mineral phosphorous fertilizer can contain uranium as impurity, so that their application can cause an additional input of uranium into agricultural environments. It is still unclear whether and to what extent fertilizer-derived uranium can enter the human food chain by the consumption of contaminated waters or vegetable crop products. The mobility and availability of uranium in the agricultural ecosystem is mainly determined by its behavior in the pedosphere. Due to interactions with organic and inorganic components, the pedosphere is an effective storage and filter system for pollutants and thus plays an important role for the fate of uranium in the environment. In order to improve the assessment of the hazard potential, the present study investigates the behavior of uranium in the soil/plant-system with a focus on the uranium input by mineral phosphorous fertilizer. The specific objectives were (A) to investigate the general distribution of uranium in soils, (B) to determine the effect of CaCO3 on the sorption behavior of uranium and to quantify the effects of (C – D) varying substrate properties and (E) the application of phosphorus fertilizers on the uranium uptake by ryegrass.
The results of these experiments imply that the use of mineral phosphorous fertilizers does not pose an acute risk within the meaning of consumer protection. The studied soils predominantly had a high to very high sorption capability for uranium. At the same time, a small soil-to-plant-transfer of uranium was determined, where the majority of uranium accumulated in/to the plant roots. The availability of uranium in soils and its uptake by plants can thus be classified as generally low. Furthermore, some soil parameters were identified which seem to favor a higher uranium-availability. This study found that very high and very low pH values as well as high CaCO3 content in the soil cause a higher uranium-availability. However, neither the application of CaCO3 nor of phosphorous fertilizer caused a significant increased of the soil-to-plant transfer. Against this background it remains to be tested whether the demonstrated uranium-mobilization potential by CaCO3 under laboratory conditions is similarly pronounced under field conditions and hence the use of lime in agriculture promotes the leaching of uranium.
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