Sonderdruck aus
Forstwissenschaftliches Centralblatt
S9. Jahrgang (1970), H. !, S. 20-26
VERLAG PAUL PAREY · 2 HAMBURG 1 · SPlTALERSTRASSE 12
Alle Redne, aud, die des auszugsweisen Nachdruckes, der photomech. Wiedergabe, der Speicherung in Daten- verarbeitungsanlagen und der Obersetzung, vorbch>lten. © 1970 Verlag Paul Parcy, Hamburg und Berlin
Eidgenössische Anstalt für das forstliche Versuchswesen, Birmensdorf ZH
April 1970, Nr. 40
Abb. 1 hervor, in welcher der Bleigehalt der Vegetation in Abhängigkeit von dieser Distanz dargestellt wird. In 50 m Distanz von der Straße wurde im Wald (Fichte) nur noch etwa ½s des Bleigehalts am Straßenrand gefunden, wogegen im Freiland immer noch 1/10 bis 1/0 nachge-
ppm Pb wiesen werden konnten!
500 Durch das Anpflanzen
o Fichte (Tr. Substanz)
250 \ von Hecken längs der
\
6 Gras (Asche l• Heu (Tr. Substanz) 100
50 25
10
~ \
~t
\ \
5 2,5
50 100 150 200 250m
Abb. 1. Der Einfluß der Distanz vom Straßenrand auf den Bleigehalt der Vegetation in Wald (Fichte, aus KELLER und
PREIS, 1967) und Feld (Gras, aus CANNON und BowLEs, 1962;
Heu, aus Qu!NCHE et al., 1970)
Autobahnen und -Straßen sollte sich die Bleiverun- reinigung der Kulturen auf den angrenzenden Feldern wesentlich herab- setzen lassen. Es wäre dann jedoch zu erwarten, daß sich im Laufe der Zeit mit den abfallenden Nadeln und Blättern im Boden unter diesen Hek- ken erhebliche Bleimengen ansammeln würden, so daß unter Umständen, besonders in sauren Bö- den, toxische Bleigehalte in der Bodenlösung auf- treten könnten.
Die vorliegende Untersuchung wurde daher durchgeführt, um festzustellen, ob einerseits nennenswerte Bleimengen von Fichtenwurzeln aufgenommen und in den Sproß verfrachtet werden und ob andererseits bei hohen Bleikonzentrationen in der Bodenlösung innerhalb einer Vegetationsperiode Schäden an den Fichten auftreten (Symptome, Gaswechseldepression).
1.
Material und Methodik
1.1. Pflanzenbehandlung
Zur Verfügung standen 44 in Quarzsand vertopfl:e, fünfjährige Fichten, welche nach der vollen Nadelentwicklung (Anfang Juni bis Ende Oktober 1968) mit folgenden Nährlösungen gewässert wurden:
Nullprobe:
200 ppm Pb:
1000 ppm Pb:
2000 ppm Pb:
1648 mg/lt Na N03
1484 mg/lt Na N03
+
320 mg/lt Pb (N03) 2 824 mg/lt Na N03+
1600 mg/lt Pb (N03) 2 3200 mg/lt Pb (N03) 2Diese Lösungen variierten somit nicht in ihrem Nitratgehalt. Andere Nährstoffe wurden nicht gegeben, um Ausfällungen schwerlöslicher Bleiverbindungen zu ver- meiden. Aus dem gleichen Grund wurden die sandgefüllten Töpfe vor der ersten Blei- gabe mit entsalztem Wasser gut durchgespült. Dennoch war damit zu rechnen, daß ein Teil des Bleis durch Verunreinigungen fixiert werde, so daß sich diese hohen Blei- konzentrationen rechtfertigten.
22 7h. Keller und R. Zuber
Ein Teil der Topfpflanzen blieb während der ganzen Versuchsdauer im Freiland;
ein zweiter Teil wurde in ein Gewächshaus verbracht, in welchem st_ändig eine relative Luftfeuchtigkeit von über 90 °/o herrschte, um die Transpiration stark einzuschränken (Feuchthaus); ein dritter Teil wurde in einem Gewächshaus gehalten, in welchem die relative Luftfeuchtigkeit an sonnigen, heißen Tagen auf 30 °/o fiel, so daß die Fichten stark transpirierten und zu erwarten war, daß mit dem Transpirationsstrom vermehrt Blei in den Sproß transloziert würde.
1.2. Messung des Gaswechsels
Am Ende der Versuchsperiode wurden die Freilandpflanzen für 14 Tage in ein Ge- wächshaus gebracht, um die durch kühle Nachttemperaturen eventuell bereits ab- gesunkene Assimilation zu reaktivieren und der Assimilationsleistung der Gewächs- hauspflanzen anzugleichen.
Dunkelatmung sowie Assimilation und Transpiration bei 30 000 Lux (ca. 0,3 ca!
cm-2 min-1) wurden darnach im Labor mit Hilfe von zwei URAS-Geräten gemessen.
Die Transpiration wurde auf ein Dampfdrucksättigungsdefizit von 9 mm Hg bezogen, das bei 25° C und 62 0/o rel. Luftfeuchtigkeit herrscht (vgl. KELLER, 1968). Methodische Einzelheiten wurden bereits früher beschrieben (KELLER, 1966, 1968).
1.3. Bleibestimmung
Nach der Gaswechselmessung wurden die Fichten zerlegt, die Wurzeln sauber vom Sand freigewaschen und alles Material bei 65° C getrocknet. Die einjährigen Nadeln und Zweige sowie das Stämmchen und die Feinwurzeln (bis zu 1 mm Durchmesser) wurden gemahlen, bei 500° C verascht, mit Salpetersäure aufgenommen, filtriert und die Aschenlösungen mit Hilfe eines Atomabsorptions-Spektrophotometers unter Ver- wendung der Blei-Hohlkathodenlampe (Wellenlänge 2833 A.) auf ihren Bleigehalt untersucht.
2. Resultate
2.1. Die Bleigehalte verschiedener Pflanzenteile
Da sich bei Versuchsende noch keine eindeutigen Vergiftungssymptome zeigten, auch nicht bei den Pflanzen der 2000-ppm-Serie, verzichteten wir auf die Analyse der Fich- ten der 200-ppm-Serie. Die Verteilung des Bleis auf verschiedene Pflanzenteile der behandelten Pflanzen ist in Tab. 1 zusammengestellt.
Aus Tab. 1 geht deutlich hervor, daß gewaltige Bleimengen in die Wurzeln auf- genommen werden, dort aber steckenbleiben. Einzig im Stammholz der mit 2000 ppm Blei gefütterten Freilandfichten wurde eine Konzentration über 100 ppm gefunden.
Die Zweige und Nadeln sind in Berücksichtigung der hohen angebotenen Bleikonzen- tration durchweg relativ bleiarm. Eine Erhöhung der Bleikonzentration in der Nähr- lösung von O auf 1000 ppm steigerte den Bleigehalt der Nadeln nur um 2-5 ppm!
In Tab. 1 fällt auf, daß die Freilandpflanzen in ihren Zweigen und Nadeln wesent- lich höhere Bleigehalte aufweisen als die Gewächshauspflanzen. Da zwischen Null- proben und bleigefütterten Fichten jedoch nur geringe Unterschiede im Bleigehalt ihrer Organe bestehen, ist offenbar hauptsächlich die standörtliche atmosphärische Bleiver- schmutzung für deren Bleigehalt verantwortlich. An verkehrsfernen Standorten beträgt der Normalbleigehalt einjähriger Fichtennadeln nur etwa 2-3 ppm (KELLER und PREIS,
Tabelle 1
Bleiverteilung in den Fichten verschiedener Behandlungen (ppm in Trockensubstanz) jeweils Mittel von vier Wiederholungen
Behandlung Wurzcln St;\mm.
1 ljähr. Zweige
1 ljähr. Nadeln
Freiland
0 ppm
..
'... ...
62 22 45 241000 ppm ... 4237 45 47 26
2000 ppm
... ... ... ..
5800 145 58 31Trockenhaus
0 ppm
.. .. ...
23 29 19 181000 ppm
...
'....
3237 11 18 23Feuchthaus
0 ppm ... 29 6 14 10
1000 ppm
...
'. .... .. . ..
4000 35 16 151967). Das Gewächshaus hat die Pflanzen offensichtlich vor einer Verunreinigung mit Blei leicht geschützt. Daher weisen selbst die mit 1000 ppm Pb gefütterten Gewächs- hausfichten in ihren Zweigen und Nadeln geringere Bleigehalte auf als die Nullproben im Freiland.
Die Bleigehaltsunterschiede zwischen Fichtennadeln aus Trockenhaus und Feucht- haus sind so gering, daß man sagen kann, daß mit dem Transpirationsstrom, auch bei hohen Bleikonzentrationen in der Bodenlösung und bei hohem Dampfdrucksättigungs- defizit der Luft, nur minimale Mengen dieses Schwermetalls verfrachtet werden. Dies bestätigt für Holzgewächse mit einer anderen Methode die Befunde von LEH (1966) und SucHODOLLER (1967) an krautigen Pflanzen.
2.2. Assimilation, Atmung und Transpiration Die Ergebnisse der Gaswechselmessung sind in Tab. 2 zusammengestellt.
Tabelle 2
Gaswechsel von Fichten verschiedener Bleibehandlungen
Behandlun/. Pb-Gehalt Dunkelheit 30 000 Lux
Pb-Gehalt er in Nadeln
Assimilation J Tr:rnspiration
Nährlösung Atmung 1 Transpiration 1
ppm ppm mg CO/gh g H
2O/gh mg CO2'gh 1 g H
2O/gh
- - - - - - -
F euchthausfichten
0 ppm
...
9,8 0,30 0,08 1,28 0,17200 ppm
... -
0,27 0,08 1,51 0,211000 ppm
...
14,9 0,25 0,045 1,16 0,17Freilandfichten
0 ppm
...
23,8 0,12 0,07 1,50 0,14200 ppm
... -
0,08 0,04 1,66 0,131000 ppm
...
25,9 0,11 0,06 1,65 0,152000 ppm
...
31,4 0,11 0,04 0,97 0,0924 1h. Keller und R. Zuber
Aus Tab. 2 geht hervor, daß die im Feuchthaus gehaltenen Fichten durchweg eine wesentlid1 höhere Dunkelatmung aufwiesen als die Freilandfichten, während ihre Assimilation bei 30 000 Lux geringer war. Die Atmung nahm mit zunehmendem Blei- gehalt leicht ab. Die Transpiration der Feuchthaus-Fichten dagegen war bei beiden Lichtverhältnissen deutlich erhöht. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß die ständig in feuchter Luft gehaltenen Fichtennadeln nicht an hohe Dampfdrucksättigungs- defizite gewöhnt waren und unter den Meßbedingungen daher mehr Wasserdampf verloren. Möglicherweise besaßen sie eine dünnere Cuticula als die Nadeln der Frei- landfid1ten. In einem Versuch mit anderer Fragestellung, in welchem Buchen in unter- schiedlicher Luftfeuchtigkeit nachgezogen wurden, zeigte sich ebenfalls, daß die in hoher Luftfeuchtigkeit gewachsenen Pflanzen eine stärkere Transpiration aufwiesen als die an trockene Luft gewöhnten Pflanzen.
Da die Assimilationsleistung der Feuchthaus-Fichten bei stark gesteigerter Atmung geringer war als jene der Freilandfichten, dürfte man schließen, daß den Fichten die feuchte Atmosphäre nicht besonders behagte. Möglicherweise trug eine schlechtere Bodendurchlüftung als Folge des ständig feuchten Bodens Schuld daran. Da die Feucht- haus-Fid1ten trotz geringerer Bleigehalte in den einjährigen Nadeln gegenüber den Freilandfichten ungünstigere Resultate der Gaswechselmessung aufweisen, kann ge- schlossen werden, daß die Verbleiung kaum als Ursache dieses Versagens angesehen werden kann. Bei der Assimilation ist der Wert der Feuchthaus-Fichten in der 1000- ppm-Nährlösung statistisch nicht gesichert unterschieden vom Wert der Nullproben, er ist aber gesichert geringer als der Wert der entsprechenden Freilandfichten. Bei letzte- ren sinkt die Assimilation erst bei den Fichten der 2000-ppm-Nährlösung, so daß erst bei jenen ein allfälliger Bleieinfluß auftritt. Jene Fichten machten auch einen leicht chlorotischen Eindruck, so daß möglicherweise das Blei die Chlorophyllsynthese be- einträchtigte.
3. Diskussion
Die vorliegenden Resultate (Tab. 1) zeigen eindrücklich, daß selbst bei hohen Blei- konzentrationen in der Bodenlösung nur geringe Mengen dieses Schwermetalls aus den Wurzeln in den Sproß verfrachtet werden. Dies stimmt mit den Befunden an land- wirtschaftlichen Gewächsen von LEH (1966 ), SucHODOLLER (1967) sowie RüHLING und TYLER (1968) überein. Ferner zeigte sich, daß auch hohe Bleikonzentrationen in der Bodenlösung von den Fichtenwurzeln wenigstens eine Vegetationsperiode lang aus- gehalten wurden. Die angewendeten Bleikonzentrationen waren extrem hoch, betrugen sie doch bis zu 20 mval Pb/lt. Da in Nährlösungsversuchen bezüglich der Mangan- gifügkeit Ulmensämlinge bei 2 mval/lt schon nach wenigen Monaten geschädigt wurden (KELLER, 1957), überraschte die Widerstandsfähigkeit der Fichten gegenüber Blei.
Es ist zu berücksichtigen, daß die ausgepuffi:en Bleiverbindungen durchweg schwer löslich sind oder im Boden in schwer lösliche Verbindungen übergeführt werden, besonders bei hohen pH-Werten. Aber selbst in einem sauren Boden (pH~3) eines lichten Föhrenwaldes fanden RüHLTNG und TYLER (1968), daß vom totalen Bleigehalt (> 300 ppm) nur ein kleiner Bruchteil (< 20 ppm) essigsäurelöslich war. Eine Ver- giftung der Fichten durch Wurzelaufnahme übermäßiger Bleimengen ist somit auch am Rand stark befahrener Autostraßen kaum zu befürchten. Aus diesem Grunde wird die Pflanzung von Fichten als Staubfänger längs Autobahnen befürwortet. Eine allfällige Gefährdung der Fichtenwurzeln durch das Salzen der Straßen im Winter ist allerdings in dieser Untersuchung nicht berücksichtigt.
Zum Schluß danken wir den Herren S. MA1tJANov1c, H. SCHWAGER sowie S. WYSs für ihre getreue Mithilfe.
Zusammenfas ung
Die vorliegende Arbeit sollte feststellen, ob nennenswerte Bleimengen von Fichten- wurzeln aus dem Boden (Nährlösung) aufgenommen und in den Sproß verfrachtet werden können und ob hohe Bleikonzentrationen in der Nährlösung zu Vergiftungs- erscheinungen führen.
Vertopfte Fichten wurden daher in Sandkulturen mit Lösungen gewässert, welche bis zu 2000 ppm (20 mval Pb/lt) Blei als Pb (NO3) 2 enthielten. Am Ende der Vege- tationsperiode wurde der Gaswechsel im Dunkeln und bei 30 000 Lux gemessen und die Pflanzenteile (Feinwurzeln, Stamm, einjährige Zweige, einjährige Nadeln) mit Hilfe eines Atomabsorptions-Spektrophotometers auf Blei analysiert.
Die Wurzeln enthielten sehr viel Blei, während die untersuchten Sproßteile relativ bleiarm blieben. Im Bleigehalt von Nadeln, welche ständig stark bzw. kaum transpi- riert hatten, wurden nur unwesentliche Unterschiede festgestellt, so daß höchstens eine geringe Bleiverlagerung mit dem Transpirationsstrom erfolgt. Eine deutliche Assimila- tionsdepression war bei den Fichten feststellbar, welche mit 2000 ppm Pb gefüttert worden waren, doch ist nicht damit zu rechnen, daß in der freien Natur eine so hohe Bleikonzentration in der Bodenlösung erreicht wird. Eine Vergiftung der Fichten am Rande von Autobahnen durch die Aufnahme übermäßiger Bleimengen ist daher kaum zu befürchten. Einer Pflanzung von Fichten längs Autobahnen als Hecken (Luftfilter) zum Schutze landwirtschaftlicher Kulturen vor einer Bleikontamination steht daher von dieser Seite nichts entgegen.
Summary
Lead uptake and Lead distribution in young spruce plants
The paper aims at answering whether considerable amounts of lead are taken up by the roots and are translocated into the shoot and whether high lead concentrations are roxic or not.
Potted spruces were fed in sand cultures with solutions containing up to 2000 ppm Pb (20 mval/lt) in the form of Pb ( 03) 2 • At the end of the growing season gaseous exchange was measured in darkness and in light (30 000 Lux) and plant parts (roots, stem, 1 year old twigs and needles) were analyzed for lead by a spectrofotometric method (atomic absorption).
Roots contained very high amounts of lead whereas the analyzed parts of shoots remained relatively poor in lead (table 1). There was a very small diffcrence in lead content of needles which bad been transpiring very intensively and very little, respcc- tively. lt is concluded, therefore, that only a minute lead translocation occurs with the water transport. A distinct depression of photosynthesis was observed in spruces which were fed with 2000 ppm Pb (table 2). lt is, however, questionable whether such high concentrations of lead may occur in soil solutions. An intoxication of spruces along highways by uptake of excessive amounts of lead is unlikely to occur. lt there- fore is no argument against the plancing of spruce hedges (air filcer) along highways to protect agricultural crops from lead contamination by exhaust fumcs.
Literatur
CANNON, H. L., and BowLEs,
J.
M., 1962: Contamination of vegecation by cecraechyl lead.Science 137, 765-766. - KE1.u:1t, TH., 1957: Physico-chemical soil conditions of podzolized soiJs hindering ehe growth of exaccing hardwoods. Ph. D. Diss. (unveröff.) Bibi. Univ. \Vis- consin, Madison, 94 pp. - Ders., 1966: Über den Einfluß von transpirationshemmenden Che-
26 1h. Keller und R. Zuber
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Cbl. 85, 65-79. - Ders., 1968: Die Wirkung einer Bodenabdeckung (Mulchung) im Forst- pflanzgarten auf den Gaswechsel junger Fichten. Forstw. Cbl. 87, 1-8. - Ders., und PREIS, H., 1967: Der Bleigehalt von Fichtennadeln als Indikator einer verkehrsbedingten Luftverunrei- nigung. Schweiz. Z. Forstwes. 118, 143-162. - LEH, H. 0., 1966: Verunreinigungen von Kulturpflanzen mit Blei aus Kraftfahrzeugabgasen. Gesunde Pflanzen 18, H. 2. - Qu1NCHE,
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P., ZUBER R., et BovAY, E., 1970: Lcs dep&ts de plomb provenant des gaz d'echappement des vehicules automobiles Je long des routesa
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