NanoMetalle – Risiko für den Ackerbau?

NanoMetalle können Pflanzen schädigen und die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigen. Dies zeigen Experimente mit Sojapflanzen. Die Stoffe reichern sich in den Pflanzen an und gelangen so auch in Lebens- und Futtermittel.

Immer mehr Konsumprodukte – Kosmetika, Elektrogeräte, Kraftstoffe usw. – enthalten Nanomaterialien wie Zinkoxid oder Cerdioxid. Über den Klärschlamm aus Abwasseranlagen und Abgase gelangen diese Metalle in den Boden. Wie eine Studie zeigt, reichern sich die Nanopartikel in Sojapflanzen an – mit negativen Folgen für die Landwirtschaft. 

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Soja zählt nach Angaben der FAO weltweit zu den fünf wichtigsten Nahrungs- und Futterpflanzen und ist damit ein wichtiger Wirtschaftsfaktor. Die Sojapflanze produziert mehr Proteine als jede andere Nutzpflanze. Dafür braucht sie kaum Dünger. Ihren Stickstoffbedarf deckt die Pflanze über eine Symbiose mit Stickstoff fixierenden Knöllchenbakterien. Während 97% des in den USA angebauten Getreides gedüngt werden, sind es nur 19% des Sojaanbaus. Durch diese Ökosystemleistung der Sojapflanzen sparen Landwirte Geld. Und die Umwelt wird weniger mit mineralischen Düngemitteln belastet.

Folgen für den Ackerbau

Wissenschaftler haben untersucht, wie sich unterschiedliche Mengen von Zinkoxid bzw. Ceridioxid im Boden auf Sojapflanzen auswirken. Frühere Studien zu den Effekten von NanoMetallen auf Hydrokulturen brachten widersprüchliche Ergebnisse – einige zeigten eine Bioakkumulation der Stoffe, andere nicht. Mit der ersten Boden-Studie wollen die Forscher nun die Folgen für den Ackerbau realistisch abschätzen. 

Die Forscher kultivierten die Sojapflanzen im Gewächshaus entweder mit 0.005, 0.1, bzw. 0.5 Gram Zinkoxid pro Kilogramm Erde oder mit 0.1, 0.5, bzw. 1 Gramm Cerdioxid pro Kilogramm Erde. Frühere Studien zeigen für diese Dosierungen Effekte auf Hydrokulturen und Mikroorganismen. Inwiefern diese Werte den Verhältnissen auf dem Acker entsprechen, darüber geben die Forscher in ihrer Studie keine Auskunft. Sie maßen, wie viele Nanopartikel sich in den Wurzeln, Blättern, Stielen und Bohnen der Pflanzen anreicherten. Und beobachteten, wie dies das Wachstum der Pflanzen beeinflusste. 

Pflanzen nehmen NanoMetalle aus dem Boden auf

Im Boden gespeicherte NanoMetalle werden von Sojapflanzen aufgenommen, dies zeigen die Experimente. Das Zinkoxid reicherte sich in der gesamten Pflanze an, in Blättern, Wurzeln und den essbaren Bohnen. In den Sojabohnen lag der Zinkgehalt bis zu dreimal höher als normal, in den Wurzeln war er um das zwei- bis vierfache erhöht. Das Cerdioxid wurde hingegen nur in den Wurzeln angereichert. Pflanzen, die hohen Dosen des Metalls ausgesetzt waren, akkumulierten in ihren Wurzeln bis zu 400mal mehr Cerdioxid als Pflanzen in unbelasteten Böden. Bildgebende Verfahren zeigten, dass beide Nanometalle vor allem in den Zellwänden gespeichert wurden.  

Je mehr Cerdioxid in den Wurzeln nachweisbar war, desto weniger Stickstoff fixierende Knöllchenbakterien lebten in den Wurzelknöllchen. Hierdurch stand den Pflanzen bis zu 80% weniger Stickstoff zur Verfügung. Sie waren nicht mehr in der Lage, ihren Stickstoffbedarf durch die Symbiose mit den Bakterien zu decken. 

Dies hatte Folgen für die Produktivität der Pflanzen: Mit Cerdioxid belastete Pflanzen blieben kleiner und hatten geringere Erträge. Demgegenüber förderte Zinkoxid das Wachstum leicht. Gewebe mit hohem Metallgehalt konnte jedoch schlechter Wasser speichern, die Biomasse war trockener.

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Negative Folgen für Umwelt und Lebensmittelqualität

Die Studie zeigt: Cerdioxid stört das mikrobielle Gleichgewicht im Boden. Dies verringert die Produktivität von Sojapflanzen und beeinträchtigt die Bodenfruchtbarkeit. Die Pflanzen verlieren ihre Fähigkeit, in Symbiose mit Knöllchenbakterien Stickstoff zu fixieren. Um unter diesen Bedingungen die Produktivität der Pflanzen zu erhalten, wird eine zusätzliche Düngung notwendig. Dies bedeutet höhere Kosten für den Landwirt und mehr Düngemitteleintrag in die Umwelt. 

Sojapflanzen speichern Zinkoxid auch in den essbaren Bohnen. Ob sich dies langfristig negativ auf die Lebens- und Futtermittelqualität und –sicherheit auswirkt, ist noch unbekannt. Zum einen sind die nachgewiesenen Mengen, den Autoren zufolge, noch nicht gesundheitlich bedenklich. Zum anderen ist fraglich, ob Sojapflanzen auf dem Feld bereits so hohen Metallkonzentrationen ausgesetzt sind wie in der Studie angenommen. Dazu fehlen Analysedaten von Bodenproben. Zudem weiß man noch nicht, ob das Zinkoxid in den Sojabohnen in Form von Zinkionen oder Zinkoxid gespeichert wird. Der menschliche Körper nimmt Zink in Form von Zinkionen auf. Zinkoxid könnte sich im Organismus anders auswirken. 

Die Studienergebnisse deuten darauf hin, dass mit NanoMetallen belastete Böden für die Landwirtschaft langfristig zu einem ernsten Problem werden könnten. Wie sich diese Stoffe auf die Produktivität von wichtigen Nutzpflanzen und auf Bodenorganismen auswirken, muss weiter untersucht werden. Dringend nötig sind zudem effektive Monitoringsysteme, die die aktuelle Belastung von Böden aufzeigen. Klare Umweltstandards für die Behandlung von Abwässern könnten eine Kontaminierung von Böden verhindern. Zudem müssen weitere Studien zeigen, welche gesundheitlichen Risiken mit NanoMetallen belastete Lebensmittel darstellen.