Phytosanierung von Boden : Praxisversuch zur Optimierung der Phytosanierung durch Zugabe von Schwefel
Creators: name: Angerer, Laura
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2023
Subjects: 333: Bodenwirtschaft und Ressourcen
620: Ingenieurwesen

description: Die Effizienz der Phytosanierung von Böden ist stark abhängig von der Bioverfügbarkeit der zu sanierenden potenziell toxischen Elemente (PTE) im Boden. Die Mobilität und die Bioverfügbarkeit der meisten PTEs ist häufig bei niedrigen pH-Werten und somit sauren Bedingungen erhöht. Der Einsatz von Zusätzen, wie beispielsweise Schwefel (S), welche den Boden-pH senken können, haben das Potenzial, zu einer Optimierung der Phytosanierung beizutragen. 
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss einer S-Zugabe, in einem leicht mit Cadmium (Cd) verschmutzten Boden, auf den Boden-pH und die Effizienz der Phytoextraktion durch Pflanzen untersucht. Zusätzlich wurde untersucht, ob durch eine verstärkte Immobilisierung erhöhte Cd-Konzentrationen durch das Sickerwasser aus dem Boden ausgetragen werden können. Die Untersuchungen erfolgten mittels zweier eigens entwickelten Lysimetern (LmS, LoS) welche mit einem Cd-verschmutzen Boden befüllt und mit Tabakpflanzen (Nicotiana tabacum L.) bepflanzt wurden. Einem Lysimeter (LmS) wurde zusätzlich elementarer S beigefügt. Während des Versuchs wurde dabei der Boden-pH regelmässig gemessen. Nach einer viermonatigen Wachstumsphase wurden die Tabakpflanzen geerntet. Sowohl die Pflanzen als auch der Boden und das Sickerwasser beider Lysimeter wurden auf ihre Cd-Gehalte hin analysiert. Zusätzlich wurde das bioverfügbare Cd der Böden mittels DGT ermittelt. Als Begleitparameter wurde der S und Sulfat Gehalt des Bodens und des Sickerwassers untersucht. 
Der pH-Wert des Bodens bei Versuchsbeginn lag bei 7.21. Bei Versuchsende lag der pH-Wert des LmS bei 7.13 und des LoS bei 7.17. Der Cd-Gehalt des Bodens lag vor der Versuchsdurchführung bei 0.68 mg/kg TS. Nach der Versuchsdurchführung lag der Cd-Gehalt bei 0.67 mg/kg TS beim LmS und bei 0.675 beim LoS. Der bioverfügbare Cd-Gehalt lag beim Ausgangsmaterial bei 0.0009 ug/ml, beim LmS bei 0.001 ug/ml und LoS bei 0.0015 ug/ml. Die Pflanzen, welche im Boden mit S-Zugabe heranwuchsen, produzierten 0.75 kg Trockenbiomasse (TS) und enthielten im Mittel 1.7 mg/kg TS. Jene Pflanzen ohne S-Zugabe produzierten insgesamt 1.3 kg TS und enthielten 1.3 mg/kg TS. Das Sickerwasser aus dem LmS enthielt einen Cd-Gehalt von 1.1 μg/l und jenes aus dem LoS 0.7 μg/l. Die S-Zugabe führte zu keiner erheblichen Senkung des Boden-pH-Wertes. Die Pflanzen mit S-Zugabe enthielten pro kg TS zwar mehr Cd, jedoch war die Cd-Aufnahme insgesamt kleiner, da diese weniger Biomasse produzierten. Es wurde angenommen, dass die S-Zugabe bei den Pflanzen zu einem toxischen Effekt führte. Ebenfalls konnte beim Boden mit S-Zugabe kein unterschied der Bioverfügbarkeit von Cd im Vergleich zum Ausgangsmaterial festgestellt werden. Beim Sickerwasser aus dem LmS konnte ein erhöhter Cd-Gehalt im Vergleich zum LoS festgestellt werden. Jedoch lagen die Werte in einer Grössenordnung vor, bei welcher sie keine Gefahr für das Trinkwasser oder das Grundwasser darstellten.
description: The efficiency of soil phytoremediation is strongly dependent on the bioavailability of the potentially toxic elements (PTEs) in the soil. The mobility and bioavailability of most PTEs is often increased at low pH and thus acidic soil conditions. The use of additives, such as sulfur (S), which can lower soil pH, may have the potential to help optimize phytoremediation. 
In the present work the effect of S addition on soil pH and the efficiency of phytoextraction by plants was investigated. In addition, it was investigated whether enhanced immobilization could cause higher Cd concentrations to be extracted from the soil by leachate. The experiments were carried out using two specially developed lysimeters (LmS, LoS) which were filled with a Cd-contaminated soil and planted with tobacco plants (Nicotiana tabacum L.). Elemental S was also added to one lysimeter (LmS). During the experiment, the soil pH was measured regularly. After a four-month growth period, the tobacco plants were harvested. The plants as well as the soil and the leachate of both lysimeters were analyzed for their Cd contents. In addition, the bioavailable Cd of the soils was determined by DGT. The S and sulfate content of the soil and the leachate were investigated as associated parameters. 
The soil pH at the beginning of the experiment was 7.21. At the end of the experiment, the pH of the LmS was 7.13 and that of the LoS was 7.17. The Cd content of the soil before the experiment was 0.68 mg/kg DM. After the experiment was conducted, the Cd content was 0.67 mg/kg DM for the LmS and 0.675 for the LoS. The bioavailable Cd content was 0.0009 ug/ml for the parent material, 0.001 ug/ml for the LmS and 0.0015 ug/ml for the LoS. Plants grown in soil with S addition produced 0.75 kg dry biomass (DM) and contained an average of 1.7 mg/kg DM Cd. Those plants without S addition produced a total of 1.3 kg DM and contained 1.3 mg/kg DM Cd. The leachate from the LmS contained a Cd content of 1.1 μg/l and that from the LoS 0.7 μg/l. The addition of S did not lead to a significant decrease in soil pH. The plants with S addition contained more Cd per kg DM, but the overall Cd uptake was smaller because they produced less biomass. It was assumed that the S addition led to a toxic effect in the plants. Likewise, no difference in Cd bioavailability was observed in the soil with S addition compared to the parent material. In the leachate from the LmS, an increased Cd content could be detected compared to the LoS. However, the values were in an order of magnitude where they did not cause any risk for drinking water or groundwater.