Bakterien entschärfen giftiges Kadmium im Boden
Geomikrobiologen der Universität Tübingen untersuchen das Potenzial der unsichtbaren Helfer bei der Sanierung
Kadmium kommt in natürlichen Phosphatlagerstätten vor und gelangt so in phosphathaltige Düngemittel. Während die Gesetze in Deutschland vorschreiben, dass Phosphatdünger nicht mehr als 50 Milligramm Kadmium pro Kilogramm Phosphorpentoxid enthalten darf, fehlen solche Richtlinien auf EU-Ebene und in vielen anderen Ländern. Da die Ressource Phosphat sich weltweit dem Ende zuneigt, wird der Abbau auf qualitativ schlechtere Abbaustätten verlegt. Die Entfernung des Kadmiums aus dem abgebauten Phosphat ist kostspielig und unterbleibt in vielen Fällen. Das hat zur Folge, dass immer häufiger qualitativ schlechte Phosphatdünger auf Agrarflächen ausgebracht werden. Durch den steigenden Einsatz von Düngemitteln steigt auch insgesamt der Gehalt an Schwermetallen in Böden stetig an.
Die Verfügbarkeit des mineralgebundenen Kadmiums wird im Boden verringert, indem es in neu gebildete Eisenminerale eingebaut wird, zum Beispiel in das Mineral Magnetit. Dieses wird aufgrund seiner Stabilität, Reaktivität und Fähigkeit, Metalle zu binden, immer öfter zur Sanierung kontaminierter Böden und Gewässer eingesetzt. Das Tübinger Forscherteam konnte in Laborexperimenten mit kontaminierten Böden zeigen, dass es Bakterien sind, die kadmiumhaltige, rostige Eisenoxid-Minerale biologisch umsetzen und dadurch auflösen. Für genauere Untersuchungen haben sie ein geeignetes Bakterium aus einem kadmiumhaltigen Boden isoliert und als Laborkultur herangezüchtet. Dieser Stamm kommt selbst mit sehr hohen Kadmiumkonzentrationen zurecht.
„Die Studien zeigten, dass dieses Bakterium während der Auflösung des Eisenminerals das gebundene Kadmium zunächst in Lösung bringt, bevor dieses sich fast vollständig an neu gebildete Minerale, insbesondere den stabilen Magnetit, bindet“, erklärt Andreas Kappler. Die Forscher halten es daher für möglich, dass dieses kurzzeitig mobile Kadmium aus kontaminierten Böden durch Pflanzen, die Metalle in ihren Organen ansammeln, aufgenommen werden könnte. „Wenn sich das als umsetzbar erweist, ließe sich das Metall verhältnismäßig einfach durch das Abernten der kadmiumspeichernden Pflanzen entsorgen“, sagt der Geomikrobiologe.
Originalveröffentlichung
Muehe E M, Obst M, Hitchcock A P, Tylsizczak T, Behrens S, Schröder C, Byrne J M, Michel M, Krämer U, Kappler A. Fate of Cd during microbial Fe(III) mineral reduction by a novel and Cd-tolerant Geobacter species. Environmental Sci-ence and Technology, in press
Muehe E M, Adaktylou I J, Obst M, Zeitvogel F, Behrens S, Planer-Friedrich B, Kramer U, Kappler A. Organic carbon and reducing conditions lead to cadmium immobilization by secondary Fe mineral formation in a pH neutral soil. Environmental Science and Technology (2013), 47,13430-13439.