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Timestamp: 2020-07-12 10:14:14+00:00

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Journal für Kulturpflanzen, 61 (4). S. 117–125, 2009, ISSN 0027-7479, DOI: 10.5073/JfK.2009.04.02, Verlag Eugen Ulmer KG, Stuttgart
Total Copper Contents in Apple Orchard Soils, Vineyard Soils and Hop-field Soils
Thomas Strumpf, Ursula Stendel und Catrin Vetter
Dr. Thomas Strumpf, Julius Kühn-Institut - Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Institut für ökologische Chemie, Pflanzenanalytik und Vorratsschutz, Königin-Luise-Straße 19, 14195 Berlin, Germany, E-Mail: thomas.strumpf@jki.bund.de
Rechtsetzungen des Bundes, in denen eine Begrenzung der Kupfer-Gehalte auf direktem oder indirektem Wege für verschiedene Schutzziele vorgesehen ist
Zustandserhebung Deutscher Böden
Datenabfrage bei den Ländern
Ergebnisse einer Literaturrecherche zu Cu-Gehalten in Sonderkulturflächen, Erntegut und Lebensmitteln
Zustandserhebung der Südtiroler Böden im Obstbau
Auswirkungen von PSM-Gaben auf die Cu-Verteilung und -Verlagerung im System Boden-Pflanze
Kupferaufnahme von Pflanzen und Pflanzenteilen aus Böden mit erhöhten Cu-Gehalten
a) Die Datenverfügbarkeit zu Cu-Gesamtgehaltsdaten für Sonderkulturflächen aus der Literatur nimmt in Abhängigkeit der Größe der Anbauflächen in der Reihenfolge Weinbau > Apfelbau > Hopfenbau ab,
b) Weinbaugebiete mit langer Cu-Anwendung (Mosel, Bordeaux, Champagne, Beaujolais, Rias Baixas) weisen durchschnittlich höhere Bodengesamtgehalte auf als Anbaugebiete, die in den letzten Jahrzehnten für die Weinerzeugung neu erschlossen worden sind (Australien, Neuseeland),
c) langjährige Cu-Applikationen führen bei allen Sonderkulturen (Apfel, Wein, Hopfen) zu nachweisbaren Bodenanreicherungen,
d) unsachgemäße (erhöhte) Aufwandmengen in der Vergangenheit haben zu extremen Bodengesamtgehalten geführt (einzelne Kartoffelbauflächen in Spanien, Weinbauböden in Südbrasilien), die neben anderen Auswirkungen auch phytotoxische Schädigungen der Pflanzen erwarten lassen und
e) die Cu-Gehalte im Erntegut bleiben auch bei hoch belasteten Flächen gering. Bei holzigen Dauerkulturen (z. B. Obstbäume, Reben) kann man aufgrund des Aufnahme- und Verteilungsmusters von Kupfer in diesen Nutzpflanzen ein Verbraucherrisiko über den Pfad Boden/Pflanze ausschließen. Aus der Literatur wurden bisher noch keine Arbeiten bekannt, wo aus hoch belasteten Böden hohe Cu-Belastungen im Erntegut resultierten, die in der Folge Nutzungsbeschränkungen erforderlich gemacht hätten.
Stichwörter: Kupfer, Boden, Kernobst, Wein, Hopfen, Verbleib, Biokonzentration, Regulierung
A survey of data gained from literature concerning total copper contents found on areas of specialized crops under permanent use results in the following status:
a) The availability of data about total copper contents in areas under specialized cultivation that can be found in literature decreases along with the size of cultivated area in the following order: viticulture > apple culture > hop culture.
b) Vineyards treated with copper for many years (Mosel, Bordeaux, Champagne, Beaujolais, Rias Baixas) show on average higher total copper contents than vineyards that were newly developed within the last decades.
c) Long term applications of copper containing plant protection products result in all specialized crops (apple, grape, hops) in significant copper accumulation.
d) In the past, improper (increased) application rates of copper have resulted in extremely high total copper contents in some arable soils (some potato areas in Spain, vineyard soils in South Brazil) which are expected to cause phytotoxic damages as well as further consequences in the agro-ecosystem.
e) Even on highly contaminated sites, copper contents found in harvest products are low. Due to the uptake and distribution patterns of copper in plants of ligneous permanent crops (e.g. fruit trees, vine) a consumer risk resulting from the soil-plant path can be excluded. So far, there are no references reporting that high copper contents in soils result in high copper contents in harvest products. Consequently no usage limitations for copper fungicides are required.
Key words: Copper, soil, orchards, apple, vine, hop, fate, bio-concentration, regulation
Kupfer ist ein essentieller Bestandteil des Naturhaushaltes. Die Kupfergesamtgehalte in landwirtschaftlich genutzten Böden variieren in Abhängigkeit des Standortes, seiner landbaulichen Nutzung und den geogenen Hintergrundgehalten.
Trotz hoher Gesamtgehalte in diesen Böden sind die in Bodenextrakten nachweisbaren Kupferanteile sehr gering. Zudem sind Kupferbelastungen über den Pfad Boden-Nutzpflanze aus humantoxikologischer Sicht nicht relevant. Pflanzen besitzen Schutzmechanismen gegen zu hohe Cu-Gehalte, so dass phytotoxische Effekte bereits unterhalb des humantoxikologisch wirksamen Bereichs auftreten können (Tab. 1).
Tab. 1. Kupfernormalgehalte in Blättern von Sonderkulturen in mg/kg (TM) nach Bergmann (1988)
beprobtes Blatt
mittlere Blätter einjähriger Triebe Juli/August
Blätter gegenüber Trauben zur Blüte // K/Mg ≤6
voll entwickelte Blätter zur Vegetationsmitte
Über die in der Literatur bekannten biologischen und bioziden Eigenschaften des Kupfers wird berichtet (Zuliani et al., 2005; Strumpf et al., 2002a).
Der Eintrag von Kupfer in Umweltkompartimente wird durch Rechtssetzungen für verschiedene Schutzziele und -güter begrenzt (Tab. 2). Die Begrenzung erfolgt auf direktem (Anwendungsverbote) oder indirektem Wege (Verkehrsverbote) mit dem Ziel, Kupfergehalte im Erntegut (Lebensmittel, Futtermittel) zu minimieren.
Tab. 2. Begrenzung der Kupfer-Gehalte auf direktem oder indirektem Wege für verschiedene Schutzziele
indirekte Begrenzung
PflSchG in Verbindung mit PflSchmittelVO:
Zulassung Cu-haltiger PSM
Lebensmittel einschl. Obst, Gemüse, Fleisch- und Fisch­waren
RHmV (§ 1 Abs. 1 Nr. 2 - Anlage 2)
Höchstmengenbegrenzung in mg Cu/kg TM: Bei Hopfen 1000; Blattsellerie 50; Gewürzen, Tee, Trauben je 40; übrigem Gemüse und Obst je 20; anderen pflanzlichen Lebensmitteln je 10
AVV Lebensmittel-Monitoring - AVV LM
Bestimmungsgrenzen (FS bzw. Angebotsform in mg/kg)
Blumenkohl, Gemüsepaprika, Melone/Honig­melone, Papaya, Rhabarber, Zuchtchampignon, Zwiebeln je 0,5
Makrele/Makrelenfilet geräuchert, Pute frisch/tiefgefroren, Pute/Leber frisch, Thunfisch in eigenem Saft, Konserve je 1
Leinsamen, braun; Nougatkrem, süßer Brotaufstrich je 2
FMV (§§ 11 bis 14, 18 - Anlage 2)
kupferhaltige Verbindungen können als Zusatz­stoffe in Alleinfuttermitteln in folgenden Höchstmengen (mg/kg) - bezogen auf 88 v. H. Trocken­substanz - für folgende Tierarten zugesetzt werden: Kälber 4 bis 15 (Milchaustauschfuttermittel), 8 bis 30 (Ergänzungsfuttermittel) bzw. 120 (nur in Ergänzungsfuttermitteln zu Magermilch), Ferkel + Mastschweine bis 50 kg 20; Mastschweine 40 bis 80; Schweine 700 (Mineralfuttermittel)
- Maßnahmewert für Wirkungspfad Boden - Nutz­pflanze (Grünland) nach § 8 Abs. 1 Satz 2 Nr. 2 BBodSchG:
1300 mg/kg TM [KW]
- Prüfwert für Wirkungspfad Boden - Nutzpflanze nach § 8 Abs. 1 Satz 2 Nr. 1 BBodSchG (Wachstumsbeeinträchtigungen): 1 mg/kg TM [NH4NO3]
Anlage 2: Tabelle1, Pkt. 1.2: Grenzwert in Dünge­mitteln, Bodenhilfsstoffen, Kultursubstraten oder Pflanzenhilfsmitteln: 70 mg Cu/kg TM (Wirtschaftdünger, Klärschlämme und Bioabfälle sind ausgenommen)
BBodSchV: Vorsorgewert für Böden nach § 8 Abs. 2 Nr. 1 BBodSchG in mg/kg TM [KW]: Ton → 60; Lehm/Schluff → 40;
Sand → 20
AbfKlärV (§ 4 Abs. 12): Eintrag bei Ausschöpfung des GW 1.333 g ha-1 a -1 (5 t ha-1 in 3 Jahren bei 800 mg/kg TM KS)
BioAbfV (§ 4 Abs. 3 Satz 1): Eintrag bei Ausschöpfung des GW 666 g ha-1 a -1 (20 t ha-1 in 3 Jahren bei 100 mg/kg TM)
BioAbfV (§ 4 Abs. 3 Satz 2): Eintrag bei Ausschöpfung des GW 700 g ha-1 a -1 (30 t ha-1 in 3 Jahren bei 70 mg/kg TM)
VwV TA Abfall: oberirdische Ablagerung von Abfällen:
Eluatgehalt ≤ 10 mg/l
VwV TA Siedlungsabfall: Eluatgehalte: Deponie­klasse I ≤ 1 mg/l; Deponieklasse II ≤ 5 mg/l;
BBodSchG (§ 17 Abs. 1): Für die landwirtschaftliche Bodennutzung gilt „Gute fachliche Praxis“
BBodSchV: Zulässige zusätzliche Fracht über alle Wirkungspfade nach § 8 Abs. 2 Nr. 2 BBodSchG:
360 g ha-1 a -1
AbfKlärV (§ 4 Abs. 8): Aufbringungsverbot bei Überschreitung des Vorsorgewertes von 60 mg/kg TM [KW]; weitere Aufbringungsverbote und Beschränkungen für Sonderkulturen und Wasserschutzgebiete nach § 4
BioAbfV (§ 9 Abs. 2): Aufbringungsverbot bei Überschreitung des Vorsorgewertes in mg/kg TM [KW]: Ton → 60; Lehm/Schluff → 40; Sand → 20
RL 98/83/EG (Wasser für den menschlichen Gebrauch) → 2 mg/l = TrinkwV (Anlage 2,Teil II): Grenz­wert von 2 mg Cu/l
RL 75/440/EWG (Oberflächenwasser für die Trinkwassergewinnung→ Grenzwert < 50 µg/l
RL 78/659/EWG (Qualität von Süßwasser) → Richt­wert für Fischgewässer < 40 µg/l
Abwas­serverordnung -AbwV
Abwasser aus einem Metallbe- und –verarbeitungsbetrieb darf vor der Vermischung mit anderem Abwasser nur 0,5 mg/l enthalten
Rahmen-AbwasserVwV: Mindestanforderungen für Industrie an das Einleiten von Cu-haltigem Abwasser in Gewässer 0,1 ... 10 mg/l
Das Einleiten von Stoffen der Liste II in das Grundwasser sowie ... bedürfen der behördlichen Erlaubnis, soweit ...
BBodSchV: Prüfwert für Wirkungspfad Boden - Grundwasser nach § 8 Abs. 1 Satz 2 Nr. 1 BBodSchG: 50 µg/l
VwVwS (Verwaltungsvorschrift wassergefährdende Stoffe)
Einstufung von Kupferverbindungen in Wassergefährdungsklassen
17. BImSchV § 5 (Verordnung über Verbrennungsanlagen für Abfälle und ähnliche brennbare Stoffe)
Emissionsgrenzwert: Anlagen sind so zu errichten und zu betreiben, dass der Summenparameter der Metalle Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V, Sn und ihrer Verbindungen 0,5 mg/m³ nicht überschreitet
Eine Datenabfrage des Pflanzenschutzreferats des Bundesministers für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) bei den Länderreferenten für Pflanzenschutz im September 2008 ergab, dass dort keine aktuellen Erfassungsdaten zur Höhe der Bodenbelastung durch Kupfer auf diesen Flächen vorliegen.
Es ist bekannt, dass es in den letzten hundert Jahren in Böden unterschiedlicher Sonderkulturflächen (Apfel, Wein, Hopfen) zu einer deutlichen Erhöhung der Kupfergesamtgehalte gekommen ist (Tab. 3). Diese resultieren sowohl aus natürlichen Cu-Gehalten der bodenbildenden Gesteine, wie z. B. beim Devon-Schiefer, als auch aus anthropogenen Einträgen durch kupferhaltige Pflanzenschutzmittel (PSM) und Holzschutzmittel (mit Kupfer-Chrom-Arsenaten imprägnierte Pfähle), Komposte, die unter Verwendung der Pressrückstände (Trester) mit Kupfer behandelter Trauben hergestellt wurden und Siedlungsabfälle, die zur Humusversorgung der Böden und/oder als Erosionsschutz vor allem in Steillagen aufgebracht wurden.
Tab. 3. Cu-Gehalte in Sonderkulturflächen, Erntegut und Lebensmitteln (Auswahl)
Pflanze/Teil
Gehalte µg/g TM
Marktware, Slowenien (Zuliani et al., 2005)
Lebensmittelmonitoring, Schweiz (Auermann et al., 1980)
~ 1,22
geschält, Frischgewicht, Schweiz (Andrey et al., 1988)
Gehalt in Lagen von Nichteisen-Metallindustrie (Auermann et al., 1980)
Bodengesamtgehalt bis 3688 µg/g, Spanien (Cala-Rivero et al., 1985)
Kanada (Ihnat et al., 2000)
0.51 -- 45
Lebensmittelmonitoring, Schweden (Jorhem, 2000)
0.25 -- 1.10,
0.23 -- 2.41
25 Honigproben, Türkei (Tuzen and Soylak, 2005; Tuzen et al., 2007)
8.9 -- 66
China (Li et al., 2005)
bis 1108
Japan (Aoyama, 1998; Aoyama and Nagumo, 1996; Aoyama and Nagumo, 1997)
140 -- 144
langjährige Sekundärrohstoffdüngeraufbringung, Japan (Kunito et al., 2001)
2.5 -- 9
jährliche Anreicherung bei Vergleich 0, 5, 10, 20, 30 alter Apfelanlagen (Bodenhorizont 0-10 cm) (Li et al., 2005)
1.52 (0.03 -- 10.32)
Slowenien (Macek et al., 1977b)
(66 Rot- und Weißweinsorten), Spanien (Olalla et al., 2004)
2.85 -- 7.77
Marktware, Türkei (Tuzen and Soylak, 2007)
0,148 (0,020 -- 640)
(35 Rot- und Weißweine), Methodenentwicklung ETAAS, Ungarn (Ajtony et al., 2008)
(60 Rot- und Weißweinsäfte), Spanien (Olalla et al., 2004)
0.02 -- 0.42
Methodenentwicklung, FS FAAS, Brasilien (Ferreira et al., 2008)
0,0538 -- 0,674
Methodenentwicklung, dPSA, Italien (Dugo et al., 2004)
alte Weinbergsböden auf Nemea, Griechenland (Vavoulidou et al., 2005)
1,300 -- 1,400
Brasilien, Rio Grande do Sul (Bodenhorizont 0-10 cm) (Nachtigall et al., 2007)
Südbrasilien (Mirlean et al., 2007)
344,1 +/- 36.5
Slowenien (Udovic and Lestan, 2007)
71 -- 120 (83 -- 93)
Slowenien (Rusjan et al., 2007)
Bordeaux (Rusjan et al., 2007)
Südtirol (Rusjan et al., 2007)
100 -- 1500
Champagne, Beaujolais (Besnard et al., 2001; Ducaroir et al., 1996; Flores-Velez et al., 1996)
176.6; 133.2 -- 252.9
Italien (Viti et al., 2007)
278; 22 -- 398, 200 -- 500; 32 -- 1,030
Frankreich (Marin et al., 2008; Brun et al., 1998; Michaud et al., 2007; Chaignon et al., 2003)
246 --259 (96 -- 583)
Spanien (Fernandez-Calvino et al., 2008c; Fernandez-Calvino et al., 2008b; Novoa-Munoz et al., 2007)
206 (60 -- 560)
~ 100 -- 132
Spanien, Galizien (Rias Baixas) (Fernandez-Calvino et al., 2008a; Arias et al., 2006)
neu aufgepflanzt (Fernandez-Calvino et al., 2008a; Arias et al., 2006)
langjährige Nutzung (Fernandez-Calvino et al., 2008a; Arias et al., 2006)
475 (26 -- 114)
70 (46 -- 2880)
Repräsentative Bestandsaufnahme Cu-Bodengesamtgehalte in Rebanlagen; Deutschland (Klos­kowski, 1998); Mittelmosel, Saar und Baden; Bodenhorizont 0-20 cm
nach 1945 angelegt 25 Standorte
langjährige Nutzung 188 Standorte
16,5 – 656,1
176 (19 – 656)
151 (18 – 569)
34 (17 – 112)
30 (6 – 63)
Mosel, verschiedene geologische Ausgangssubstrate (123 Stichproben) (Tülp, 2004)
Weinbrache
11,2 (2,4 -- 43,5)
4,8 (3,7 -- 6,1)
22,1 (8,6 -- 34,6)
Kupfergehalte in beprobten Gräsern, Kräutern, Leguminosen etc.
(419 Vegetationsproben) (Tülp, 2004)
Mäuseschwanz-Schwingel (Vulpia myuros)
20-30jährige Nutzung, Australien, Victoria (Piekzak and Mcphail, 2004)
130 -- 1280
Europa (Wightwick et al., 2008)
6 -- 150
Australien (Wightwick et al., 2008)
5 -- 523
Neuseeland (Gaw et al., 2006)
Anreicherung nach Cu-Applikationen über 6 Jahre (Bodenhorizont 0-15 cm), USA (Epstein and Bassein, 2001)
370 -- 800
Bodengehalte nach 70jährigem Anbau (Claus, 1979; Scholl und Enkelmann, 1984; Gärtel, 1985; Mohr, 1985)
Hopfen - Bier
0.032 -- 0.054
Untersuchung von PSM-Rückständen, Slowenien (Sovljanski et al., 1978)
Methodenentwicklung ETAAS, Spanien (Vinas et al., 2002)
Hopfen - Zapfen
181.9 -- 252.2
langjährige Cu-Applikation, Slowenien (Macek et al., 1977a)
171.5 -- 751.5
intensive Cu-Applikation, Untersuchung von PSM-Rückständen
(Sovljanski et al., 1978)
Hopfen, Pflanze
187 -- 653
(Biendl, 1999)
20 – 449
21 -- 449
21 --275
31 -- 102
Bestandsaufnahme Cu-Bodengesamtgehalte in Hopfengärten;
Deutschland; 55 Standorte (Kloskowski, 1998) davon
Hallertau;
Tettnang;
Spalt und Hersbruck
Deutschland; Bayern (Schramel et al., 2000)
Das Phänomen einer Kupferanreicherung in Böden nach langjähriger Anwendung von Cu-haltigen Spritzmitteln ist schon sehr lange bekannt (z.B. Herschler, 1939).
Beispielhaft für ein langjährig intensiv genutztes Sonderkulturanbaugebiet werden nachfolgend Daten einer vorliegenden Zustandserhebung der Südtiroler Böden vorgestellt. In dieser Zustandserhebung erfolgte eine Bewertung der Cu-Gesamtgehalte im Hinblick auf Ertragsbeeinträchtigung (Phytotoxizität). Die Beurteilung der Schwermetallgehalte in den Böden (Stimpfl et al., 2006) erfolgte nach den Orientierungswerten von Eikmann und Kloke (1993) (Tab. 4).
Tab. 4. Klassifizierung der Richtwerte für Kupfer (in mg/kg Boden) nach Bodengesamtgehalten (modifiziert nach Eikmann und Kloke, 1993)
Unbedenklichkeitsbereich (U)
Toleranzbereich (T)
Sicherheitsbereich (S)
Toxizitätsbereich (Tox)
(< BW I)
(BW I - BW II)
(BW II - BW III)
(> BW III)
50-1001)
1) Aufgrund der Erfahrungen im Obst- und Weinbau wurde der Bodenwert II für Kupfer für landwirtschaftliche Böden mit 100 mg/kg Boden festgelegt (Amt für Agrikulturchemie, Land- und Forstwirtschaftliches Versuchszentrum Laimburg).
Erläuterungen zu Tab. 4:
Unbedenklichkeitsbereich (<BW I): Uneingeschränkte Nutzung. Die Gehalte entsprechen den natürlichen Konzentrationen der meisten land- und forstwirtschaftlich genutzten Böden.
Toleranzbereich (von BW I bis BW II): Tolerierbare Gehalte, die nach bisherigen Erkenntnissen den Kulturpflanzen keinen Schaden zufügen. Eine gesundheitliche Belastung von Tier und Mensch ist nicht anzunehmen.
Sicherheitsbereich (von BW II bis BW III): Es sind noch keine Pflanzenschäden zu erwarten. Einträge von Schwermetallen müssen vermieden werden. In diesem Bereich ist mit einem leicht erhöhten Gesundheitsrisiko zu rechnen. Bei der Beurteilung muss im Einzelfall über Vorsorgemaßnahmen entschieden werden unter Einbeziehung vieler verschiedener Faktoren wie beispielsweise Nutzungsart, pH-Wert, Bodenart, Humus.
Toxizitätsbereich (> BW III): Schäden an Pflanzen, Tier, Mensch und am Ökosystem können auftreten, Schutzmaßnahmen sind erforderlich.
Die Kupfergesamtgehalte (Königswasser-Auszug) im Oberboden streuen in einem weiten Bereich zwischen 21 und 1390 mg/kg (Median: 65 mg/kg) (Tab. 5). 35.7% der Gehalte liegen im Unbedenklichkeitsbereich (U), 30.6% im Toleranzbereich (T), 22.5% im Sicherheitsbereich (S) und 11.2% im Toxizitätsbereich (Tox). Die Kupfergehalte im Calciumchlorid/DTPA-Auszug liegen im Oberboden zwischen 3.4 und 757 mg/kg (Median: 20 mg/kg). Der Quotient (ausgedrückt in %) aus dem Kupfergehalt im CAT-Auszug und demjenigen im KW-Auszug ergibt 30.8% im Oberboden und sinkt auf 18.6% in der 4. Bodenschicht. Die Löslichkeit des Kupfers ist somit vergleichsweise hoch und nimmt mit zunehmender Schichttiefe ab.
Tab. 5. Kupfergesamtgehalte in Südtiroler Obstbauböden (98 Beprobungsstellen)
Cu-Gehalt im KW-Auszug [mg/kg] im Oberboden, 0-20cm
pflanzenverfügbare Cu-Gehalte im CAT-Auszug [mg/kg] im Oberboden, 0-20 cm
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Größenordnung der Gesamtgehalte ähnlich derjenigen deutscher Anbaugebiete ist.
Die ermittelten Kupfergehalte in den Ernteproben lagen nach Applikation von jährlich 4 kg Cu/ha trotz erhöhter Bodengesamtgehalte im Bereich der Normalgehalte, so dass ein durch hohe Kupfergaben resultierendes Verbraucherrisiko nahezu ausgeschlossen werden kann. Die Beurteilung der Verfügbarkeit des Kupfers für den Wirkungspfad Boden-Grundwasser führte zu dem Ergebnis, dass der nach Bundesbodenschutz-Verordnung (BBodSchV) vorgegebene Prüfwert in keinem Fall überschritten wurde. Unter den gewählten 'worst case' - Bedingungen waren die Pflanzenschutzmittelgaben nicht mit negativen Auswirkungen auf die Cu-Verteilung und -Verlagerung im System Boden-Pflanze und im Wirkungspfad Boden-Grundwasser verbunden (Strumpf et al., 2002b).
Durch anthropogene Tätigkeiten aufgebrachtes Kupfer kann nur über die Pfade Boden-Pflanze und in verhältnismäßig kleinen Mengen über den Pfad Boden-Wasser im Naturhaushalt verteilt werden. So ist das meiste Kupfer mit der organischen Matrix des Bodens und Sulfiden vergesellschaftet.
Für die Beurteilung von Kupfergehalten in Böden ist die Konzentration in der Bodenlösung (Sickerwasser) von entscheidender Bedeutung, weil der Transfer in die Pflanze (Nahrungskette) über die gelöste Form erfolgt.
Vor einer Aufnahme in die Pflanze müssen die Elemente deshalb aus dem Boden ’herausgelöst’ werden. Dies erfolgt, indem die Wurzelhyphen ein aus niedermolekularen organischen Säuren (Oxalsäure, Äpfelsäure, Zitronensäure etc.) bestehendes Exudat ausscheiden und anschließend die in der Bodenlösung vorhandenen pflanzenverfügbaren Anteile in Abhängigkeit des Wasserverbrauchs in oberirdischen Pflanzenteilen mit einer Saugspannung von ca. 0,95 bar mit dem Transpirationsstrom aufnehmen.
Ziel von Untersuchungen am Julius Kühn-Institut (JKI) zum Transfer von Kupfer über den Pfad Boden-Pflanze war es, eine einfache Abschätzung von Auswirkungen erhöhter Kupferbodenbelastungen auf die Aufnahme- und Verteilungsmuster von Cu in Modellpflanzen zu erhalten. Die Modellpflanzen Sellerie, Tabak, Zuckerrübe, Tomate und Sonnenblume wurden über eine ganze Vegetationsperiode kultiviert und beprobt, was zur Ableitung gesicherter Aussagen des Aufnahme- und Verteilungsmusters von Schadelementen führt. Modellpflanzen sollten zudem eine große Blattoberfläche (hohe Transpirationsrate und damit hohes Aufnahmevermögen) besitzen und in Böden mit erhöhten Schwermetallgesamtgehalten (‚worst case’ - Bedingungen) kultiviert werden (s. Tab. 7).
Tab. 7. Biokonzentrationsfaktoren von Kupfer bei Apium graveolens L., Nicotiana tabacum L., Beta vulgaris var. altissima L., Solanum lycopersicum L. und Helianthus annuus L. bei Bodengesamtgehalten von 15 … 23 mg Cu/kg Boden(TS) am Versuchsstandort Berlin
BCF (Biokonzentrationsfaktor)
Betarübe
Frucht­stand
Press­kuchen
Das Versuchsfeld des JKI in Berlin-Dahlem kann als typisch für urbane Standorte mit naturbedingt und großflächig siedlungsbedingt erhöhten Hintergrundgehalten an Kupfer eingestuft werden.
Der Boden ist ein lehmiger Sand, zum Teil mit Parabraunerde über einer mächtigen Tonschicht in zwei Meter Tiefe. Die Bodengüte liegt im Durchschnitt bei 40 Bodenpunkten (Tab. 6).
Tab. 6. Wichtige Bodenparameter der untersuchten Böden der Anbaufläche
H2O-Gehalt
2-0,063mm
0,063-0,002mm
<0,002mm
Aufgrund relativ komplizierter bodenschutzrechtlicher Vorgaben (unterschiedliche Bodenarten, geogen bedingte Hintergrundsituationen, Gesamt- und pflanzenverfügbare Gehalte; Berücksichtigung des pH-Wertes bei einzelnen Elementen, Frachtenregelung) bot sich bei über den Werten der BBodSchV liegenden, aber nicht homogen verteilten Cu-Bodengesamtgehalten die Verwendung von Biokonzentrationsfaktoren als Bewertungsgrundlage an.
Der Biokonzentrationsfaktor ist ein Maß für den Transfer der Elemente vom Boden in die Pflanze (Pfad Boden/Pflanze) und ihrer Anreicherung im Erntegut (Tab. 7). Er ergibt sich aus dem Quotienten des Elementgehaltes in der Pflanze und dem Gesamtgehalt des Elements im Boden.
Aus den ermittelten Biokonzentrationsfaktoren lassen sich allgemeingültige Aussagen zum Transport bodenbürtigen Kupfers in Nutzpflanzen ableiten (Paschke et al., 2007):
• Es bestätigt sich die Faustregel, dass je höher die Transpirationsrate der Pflan­zen (große Blattoberfläche) ist, desto intensiver erfolgt der Transport des Kupfers mit dem Transpirationsstrom in oberirdische Pflanzenteile.
• Das Spurennährelement Cu wird besser als die Schwermetalle Pb und Cr durch Pflanzenwurzeln aufgenommen und gleichmäßig in den Blattetagen und in den Blättern verteilt. Ein ähnliches Verteilungsmuster wird auch bei dem Spurennährelement Zink beobachtet.
• Bezogen auf die Bodengesamtgehalte wurden max. 20 v.H. des bodenbürtigen Kupfers von den ausgewählten Modellpflanzen aufgenommen. In ruralen Gebieten führt der Anteil pflanzenverfügbarer Kupfergehalte i.d.R. nicht zu Risiken bei der Erzeugung von Ernteprodukten (~ 90 v.H. der landwirtschaftlich und gärtnerisch genutzten Gesamtfläche). In Ballungsgebieten und auf Flächen mit Altlast können bei Punktbelastungen deutliche Überschreitungen der Vorsorgewerte für Böden nach BBodSchV auftreten (~ 10 v.H. der insbesondere gärtnerisch und durch Sonderkulturen genutzten Gesamtfläche).
Weitere Literaturdaten über Cu-Normalgehalte in Pflanzen/Erntegut/Nahrungsmitteln und erhöhte Cu-Gehalte in Pflanzen / Erntegut bei unterschiedlicher Bodenkontamination (geogene und anthropogene Einflüsse) liegen bei den Autoren vor.
Ajtony, Z., N. Szoboszlai, E.K. Susko, P. Mezei, K. Gyoergy, L. Bencs, 2008: Direct sample introduction of wines in graphite furnace atomic absorption spectrometry for the simultaneous determination of arsenic, cadmium, copper and lead content. Talanta 76, 627-634.
Andrey, D., T. Rihs, E. Wirz, 1988: Monitoring program „Heavy Metals in Food“. II. Lead, cadmium, zinc, and copper in Swiss potatoes. Mitteilungen aus dem Gebiete der Lebensmitteluntersuchung und Hygiene 79(3), 327-338.
Aoyama, M., 1998: Effects of heavy metal accumulation in apple orchard soils on the mineralization of humified plant residues. Soil Science and Plant Nutrition 44, 209-215.
Aoyama, M., T. Nagumo, 1996: Factors affecting microbial biomass and dehydrogenase activity in apple orchard soils with heavy metal accumulation. Soil Science and Plant Nutrition 42, 821-831.
Aoyama, M., T. Nagumo, 1997: Effects of heavy metal accumulation in apple orchard soils on microbial biomass and microbial activities. Soil Science and Plant Nutrition 43, 601-612.
Arias, M., M. Paradelo, E. Lopez, J. Simal-Gandara, 2006: Influence of pH and soil copper on adsorption of metalaxyl and penconazole by the surface layer of vineyard soils. Journal of Agricultural and Food Chemistry 54, 8155-8162.
Auermann, E., H.G. Dässler, J. Jacobi, J. Cumbrowski, U. Meckel, 1980: Untersuchungen zum Schwermetallgehalt von Getreide und Kartoffeln. (Heavy metal content of cereals and potatoes). Nahrung 24(10), 925-937.
Bergmann, W. (Hrsg.) 1988: Ernährungsstörungen bei Kulturpflanzen. Entstehung, visuelle und analytische Diagnose. Stuttgart, New York, Gustav Fischer Verlag, ISBN 3-437-30562-X. SS. 317-322.
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