Pflanzen nehmen über ihre Wurzeln nicht nur Nährstoffe auf, sondern auch giftige Metalle wie zum Beispiel Cadmium. Unklar war bislang, ob die giftigen Metalle aus dem Boden oder den ausgebrachten Düngemitteln stammen.

Wissensschaftler von Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung und Duke University haben jetzt Weizenkörner untersucht und anhand einer speziellen Isotopensignatur herausgefunden, dass der Großteil der giftigen Metalle aus dem mineralischen Dünger kommt. Eine Kombination aus mineralischer und organischer Düngung würde demnach nicht nur den Gehalt an giftigen Metallen reduzieren, sondern auch den Gehalt an Metallen erhöhen, die für die menschliche Ernährung wichtig sind.

„Aus Feld- und Gewächshausstudien ist bekannt, dass die Art der Düngung, also mineralisch oder organisch, einen Einfluss auf die Metallgehalte in Nahrungsmittelpflanzen hat“, sagt Marie Muehe, Leiterin der Arbeitsgruppe Pflanzen-Biogeochemie am UFZ: „Doch man wusste bislang nicht, ob die durch die Pflanzen aufgenommenen Metalle aus dem Boden oder direkt aus den aufgebrachten Düngemitteln stammen.“ Das wollte das deutsch-amerikanische Forschungsteam mit seiner aktuellen Studie herausfinden.

Dafür nutzten die Wissenschaftler:innen Bodenproben sowie Weizenkörner aus dem Statischen Düngungsversuch der UFZ-Forschungsstation Bad Lauchstädt, der im Jahr 1902 angelegt wurde. „Einige Versuchsfelder wurden seit über 120 Jahren nicht gedüngt, andere nur mit Mineraldünger oder mit organischem Dünger wie Stallmist von landwirtschaftlichen Betrieben aus der Nachbarschaft oder aber mit einer Mischung aus beidem“, erklärt Marie Muehe.

Über die lange Versuchsdauer haben sich die Bodeneigenschaften stark auseinanderentwickelt, zum Beispiel der pH-Wert oder der Gehalt an organischer Substanz. Das Probenmaterial aus diesem Langzeitversuch war daher die perfekte Grundlage für die Untersuchungen. Hinzu kommt eine hervorragende Datenbasis, denn jedes Jahr werden von allen Versuchsflächen Bodenproben und geerntete Weizenkörner archiviert.

Nicht alle Metalle unerwünscht

Für ihre Studie nahmen die Forschenden die Proben der vergangenen 20 Jahre genauer unter die Lupe. Die Ergebnisse zeigen zum einen, dass die giftigen Metalle in den untersuchten Weizenkörnern aus dem ausgebrachten Dünger stammen und nicht aus dem Boden. Andererseits sind die Metallgehalte bei mineralischer Düngung im Vergleich zur organischen Düngung besonders hoch.

Nicht alle in mineralischen Düngemitteln enthaltenen Metalle sind jedoch unerwünscht. Zink etwa ist ein für die Ernährung wichtiges metallisches Spurenelement. Doch kann die Aufnahme von Zink ins Weizenkorn gefördert und dabei gleichzeitig die Aufnahme von giftigen Metallen verhindert werden?

„Auch das haben unsere Untersuchungen gezeigt: Durch Kombination der Düngemittel konnte der Zinkgehalt im Weizenkorn tatsächlich erhöht werden, ohne dass der Cadmium-Gehalt anstieg“, sagt Marie Muehe: „Wir empfehlen daher eine kombinierte Düngung beziehungsweise das Ausbringen von mineralischen und organischen Düngemitteln im Wechsel.“ Das spare zum einen Kosten für Dünger ein, zum anderen habe das Korn eine höhere Qualität.

Foto: André Künzelmann/UFZ