Neu, S. und Schlich, K. und Dudel, E. G.
(2017)
Verbleib und Ökotoxizität von SiO2 und CeO2-Nanomaterialien im System Boden - Pflanze.
In: Jahrestagung der DBG 2017: Horizonte des Bodens, 02.-07.09.2017, Göttingen.
Kurzfassung
Aufgrund des breiten Anwendungsspektrums von nSiO2 und nCeO2 sind Einträge dieser Nanomaterialien (NM) in den Boden über verschiedene Expositionspfade umweltrelevant hinsichtlich Verbleib und Ökotoxizität im System Boden - Pflanze. Im Rahmen des Projekts DENANA (Designkriterien für Nachhaltige Nanomaterialien, BMBF-FKZ: 03X0152) wurden diesbezüglich verschiedene, u.a. dotierte und funktionalisierte, NM nebst ionischen Referenzen und Bulkmaterialien getestet. Ergebnisse aus Kurz- und Langzeitversuchen mit höheren Pflanzen deuten darauf hin, dass nSiO2- bürtiges Silicium (Si) maßgeblich in gelöster Form von Pflanzen aufgenommen wird. Im Fall von Winterweizen (Triticum aestivum L.) wurde Si oberirdisch in Form sekundärer Neubildungen akkumuliert. Eine partikuläre Aufnahme konnte bislang weder für nSiO2 noch für nCeO2 nachgewiesen werden. Auch zeigten die getesteten Sorten keine erhöhte Akkumulation von Si oder Cerium (Ce) im Weizenkorn, sodass eine Gefährdung der Lebensmittelsicherheit durch Weizenmehlprodukte als gering einzustufen ist. Unterdessen deutete eine Steigerung des Phosphor (P)-Ernährungszustands der Pflanzen infolge Applikation von nSiO2 zum Substrat auf eine Verdrängung von P durch Si von Bindungsplätzen im Boden, mit potentiellen Implikationen für die Pflanzendüngung. Ökotoxikologische Wirkungen durch nSiO2 wurden in umweltrelevanten Konzentrationen weder auf höhere Pflanzen noch auf Ammonium oxidierende Bodenmikroorganismen beobachtet. Hinsichtlich nCeO2 wurde jedoch in einem Fall (NM-212 aus dem OECD Sponsorship Programm) nach Alterung in Böden eine reproduzierbare, signifikante Hemmung der Reproduktion des Kompostwurms Eisenia andrei sowie Fluchtverhalten induziert. Weiterhin konnte, trotz ausbleibender Hemmung der Biomasseproduktion, bei Weizenpflanzen mithilfe von in vivo Messungen zum Zustand des Photosystem II konzentrationsabhängig eine Stressreaktion auf nCeO2 festgestellt werden.
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