Auswirkungen von Kupferbelastungen auf ausgewählte Indikatoren der Bodenzönose

  • Frank Riepert Julius Kühn-Institut – Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, Institut für ökologische Chemie, Pflanzenanalytik und Vorratsschutz, Berlin
Schlagworte: Kupfer, Böden, Agrarökosysteme Indikatororganismen

Abstract

Über die Auswirkungen von kupferhaltigen Pflanzenschutzmitteln und Einträgen aus anderen kupferhaltigen Quellen in der Landwirtschaft auf Bodenorganismen existiert eine umfangreiche Literatur. Aus diesen Untersuchungen lässt sich ableiten, dass Kupfer bei langjähriger Anwendung schädigend auf viele Arten von Bodenorganismen wirkt. Aufgrund unterschiedlicher artspezifischer Empfindlichkeit gegenüber Kupfer kann es zur Verschiebung des Artengefüges auf kupferbelasteten Standorten kommen. Insgesamt sinkt die Biodiversität mit steigendem Kupfergehalt. Anpassungsmechanismen an erhöhte Kupferkonzentrationen sind je nach Art in Abhängigkeit vom Vorhandensein von Entgiftungsmechanismen möglich. Allgemein scheint hierfür jedoch ein hoher Energieaufwand erforderlich zu sein. Neben dem Kupfergehalt wirken sich allerdings auch andere Bewirtschaftungsfaktoren mit Wirkung auf die Nährstoffzufuhr und Feuchteregulierung des Bodens auf Abundanz, Biomasse und Artenvielfalt im Boden aus.

Mikroorganismen reagieren unterschiedlich, Bakterien sind in der Regel empfindlicher als Pilze. Signifikante Effekte auf die Kurzzeitatmung treten ab ca. 50 mg Cu/kg Boden auf. An Schwermetallbelastungen im Boden angepasste Mykorrhizapilze können zu höheren Cu-Gehalten im Spross führen. Insgesamt verhinderte die arbuskuläre Mykorrhiza nicht die erhöhte Aufnahme von Kupfer durch Pflanzen bei hohen Bodenkonzentrationen, verstärkte sie aber auch nicht in alarmierender Weise. Schwermetallen ausgesetzte Bakterien können z. T. hohe Metall-Konzentrationen akkumulieren, die räuberische Organismen (z. B. Nematoden) schädigen können.

Eine umfangreiche Untersuchung auf 52 Standorten in Baden-Württemberg zeigte eine hohe Standortabhängigkeit der Wirkungen auf drei kupferempfindliche endogäische Regenwurmarten, die zur Charakterisierung der Habitatfunktion des Bodens als Indikatoren ausgewählt worden waren. Eine Prüfwertableitung anhand von 10 Jahre zuvor aufgelassenen Wein- und Hopfenanbauflächen und 26 Referenzflächen führte zu einem Prüfwert von 33 mg Cu/kg-Boden (Gesamtgehalt). Eine Studie zu den Auswirkungen auf Springschwänze (Collembolen) im Freiland wies Populationseffekte ab ca. 200 mg Cu/kg Boden nach. In dieser Studie sank die Biodiversität linear mit steigender Kupferkonzentration.

In neueren Arbeiten werden mittels eines probabilistischen Ansatzes (Species sensitivity distribution, SSD) Schwellenwerte abgeleitet, nach denen längerfristige schädliche Wirkungen auf Vertreter der Bodenfauna bei Bodenkonzentrationen von 55 mg Gesamt-Cu/kg Boden (41,25 kg Cu/ha) erwartet werden können. Zum Vergleich: Alte Weinbergsböden an Mosel und Saar haben zu 98% Gehalte, die über 100 mg Cu/kg Boden liegen und können als Spitzenwert bis zu 2880 ppm in der Bodenschicht 0-20 cm erreichen. Darüber hinaus liegen Daten aus Meidungsversuchen an der Standardart Eisenia fetida (Annelidae) und Freilandarten vor, die zeigen, dass bei 56 mg Cu/kg Boden, Würmer versuchen, entsprechenden Substratkonzentrationen zu entkommen. Eine aktuelle, bislang 3-jährige Freilandstudie im Auftrag der „European Copper Task Force“ hat als vorläufiges Ergebnis gezeigt, dass die Regenwurmpopulationen an 2 Grünlandstandorten bei jährlichen Aufwandmengen von 40 kg Cu/ha (53 mg Cu/kg Boden bezogen auf 5 cm Bodenschicht bei einer Bodendichte von 1,5) nach 3 aufeinander folgenden jährlichen Anwendungen reduziert werden, wobei davon insbesondere epigäische Arten betroffen sind. 40 kg Cu/ha ist das 10-fache der im Hopfenbau jährlich angewandten Aufwandmenge.

Eine Anreicherung von Cu in Regenwürmern (A. caliginosa) findet allerdings kaum statt. Der gefundene Anreicherungsfaktor (BCF) ist < 1, was bedeutet, dass Regenwürmer in der Lage sind, den Verbleib von Cu im Körper zu regulieren.

Veröffentlicht
2009-04-01
Rubrik
Originalarbeit-Kurzmitteilung