Natürliche und anthropogene Kolloide - Nachweis, Verbleib und Wirkung von Mikro- und Nanoplastik im Boden

Land / Region: Deutschland

Projektanfang: 01.01.2020

Projektende: 31.12.2023

Projektstand: 31.12.2023

Hintergrund:

Das Thema Mikroplastik und erzeugt momentan eine hohe Aufmerksamkeit in den Medien. Generell stellen Kunststoffe in der Umwelt eine globale Herausforderung dar. Genaueres Wissen über Wirkung und Verbleib von Mikroplastik und Nanoplastik (MNP) in Böden ist limitiert. Eine der wesentlichen Ursachen für diese Wissenslücken ist, dass es einen Mangel an geeigneten Nachweismethoden gibt.
Kunststoffe werden auf verschiedenen Wegen in Böden eingetragen. Über den Abwasserpfad gelangen mikro- und nanoskalige Kunststoffe (u.a. Haushaltsabwässer, Reifenabrieb) in Kläranlagen, wobei sie weitestgehend im Klärschlamm abgeschieden werden. Die landwirtschaftliche Verwertung des Klärschlamms führt zum Eintrag in ackerbaulich genutzte Böden. Weitere relevante Eintragspfade sind Mulchfolien und Kompost. Durch physikochemische Beanspruchung und mechanische Zerkleinerung größerer Kunststoff-Fragmente entstehen dann sekundäre MNP. Je kleiner die Partikel werden, umso höher ist deren Potenzial zur Aufnahme in Pflanzen und Bodenorganismen. Da Böden eine deutliche Senke für MNP sind, gibt es Bedenken, dass durch MNP wichtige Nahrungsnetze in Böden gestört werden können.
Das Worst-Case-Szenario wäre die Gefährdung der Ernährungssicherheit durch MNP. Deshalb untersucht die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut Schmallenberg (IME) und der Bundesanstalt für Gewässerkunde die Mobilität und Wirkung von Nanoplastik in Böden.

Ergebnisse:

Da der Nachweis von MNP in der Umwelt sehr schwierig ist, wurden Polystyrol-Partikel (PS-P) mit einer Markierung aus Palladium versehen, um ihre Nachweisbarkeit in Böden und Pflanzen zu erhöhen (Abbildung 1). Diese Partikel wurden in Topfversuchen mit Ackerböden (Braunerde, Podsol) zur Pflanzenwurzel transportiert und haben sich wahrscheinlich auf der Wurzeloberfläche angereichert. Auf das Wachstum von Haferpflanzen (Avena sativa) hatte dies keine negativen Auswirkungen (Abbildung 2). Eine negative Wirkung der Partikel auf Bodenmikroorganismen konnte nicht ausgeschlossen werden, wobei die Versuchsergebnisse keine klassischen Dosis-Wirkungs-Beziehungen zeigten. Auch der Einfluss der Partikel auf die Benetzungshemmung der Böden konnte nicht abschließend geklärt werden. Dementsprechend sind weitere Versuche mit einer größeren Anzahl von Böden in Planung. Aufgrund der unklaren Forschungslage, sollte der Eintrag von Kunststoffen in die Umwelt möglichst vollständig reduziert werden.
Die erlangten Ergebnisse dienen als Datengrundlage für die Risikoabschätzung (Hoppe et al., 2023). Damit werden in erster Linie Wissenschaft, Politik und Industrie unterstützt, aber auch die Öffentlichkeit wird durch die wissenschaftlichen Ergebnisse informiert und sensibilisiert.

Weitere Mikroplastik-Projekte an der BGR:

SOil Sampling for Microplastic Analysis (SOSMA) - Entwicklung von einheitlichen Vorgaben zur Probenahme und Probenvorbehandlung zum vergleichbaren Nachweis von Mikroplastik in Böden und Bodenmaterialien.

Literatur:

Hoppe, M., Köser, J., Scheeder, G., Lamparter, A., Dorau, K., Grüger, L., Dierkes, G., & Schlich, K. (2023). Palladium-doped and undoped polystyrene nanoplastics in a chronic toxicity test for higher plants: Impact on soil, plants and ammonium oxi-dizing bacteria. NanoImpact, 32, 100484. https://doi.org/10.1016/j.impact.2023.100484.

Dorau, K., Hoppe, M., Rückamp, D., Köser, J., Scheeder, G., Scholz, K., & Fries, E. (2023). Status quo of operation procedures for soil sampling to analyze microplastics. Microplastics and Nanoplastics, 3(1), Article 1. https://doi.org/10.1186/s43591-023-00063-5.

Ivanic, F. M., Guggenberger, G., Woche, S. K., Bachmann, J., Hoppe, M., & Carstens, J. F. (2023). Soil organic matter facilitates the transport of microplastic by reducing surface hydrophobicity. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 676, 132255. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2023.132255.

Partner:

Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und angewandte Ökologie
Institut für Bodenkunde, Leibniz Universität Hannover
Bundesanstalt für Gewässerkunde