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Urban Food Security

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Schritt 1: Kontaminierte Böden reinigen

Warum sind Böden kontaminiert?

Die durchschnittliche Bodenbelastung mit Schadstoffen, sowohl geogener als auch menschlicher Herkunft, wird Hintergrundbelastung genannt. Gerade Radioaktivität sowie Schwermetalle können stellenweise eine natürliche Dichte im Boden aufweisen, die gesundheitsschädlich ist. Für die städtische Lebensmittelversorgung sind aber insbesondere anthropogene Bodenverschmutzungen relevant. Diese können aus Abwässern und ungefilterter Abluft, aus Unfällen, Abrieb und Lecks, der Ablagerung von Müll und aus der Verwendung belasteter Materialen sowie bestimmter Dünger, Klärschlämme und Pestizide entstehen.

Weniger häufig treten im Stadtbild Kontaminanten militärischen oder landwirtschaftlichen Ursprungs auf, wie beispielsweise chemische Kampfmittel, Sprengstoffe sowie humantoxische Pflanzenschutzmittel, das Vorkommen ist aber möglich. 

Wind- und Wassererosion können alle Verschmutzungen über weite Entfernungen verbreiten, daher sind Bodenanalysen für große Flächen eine sinnvolle Entscheidung. 

Mit was sind Böden kontaminiert?

Anorganische Schadstoffe

  • Böden können mit anorganischen Schadstoffen belastet sein, wie Schwermetallen, Zyaniden, Leicht- und Halbmetallen, Salzen und Radioaktivität. Humantoxikologisch relevant sind beispielsweise die Schwermetalle Cadmium, Chrom, Quecksilber, Nickel, Blei, Kupfer, Zink, Kobalt und Thallium. Wenn sie sich im Boden anreichern, liegt das meist am Bergbau, an regionaler Metall- oder Chemiekalienindustrie, an historischen Kampfgeschehen und am Straßenverkehr (bleihaltiges Benzin).
  • Leicht- und Halbmetalle wie Arsen, Selen und Beryllium sind in zu hoher Konzentration giftig. Arsen kommt beispielsweise in Holzschutzmitteln, als Fungizid oder Rattengift in der Stadt vor. Selen wird in der Verarbeitung von Elektronik, Glas und Farben eingesetzt. Beryllium findet sich hauptsächlich dort, wo Elektronikschrott unsachgemäß gelagert wurde.
  • Durch neuartige Fahrzeugkatalysatoren treten Rhodium, Palladium und Platin verstärkt in den Analysen von Straßenrändern auf – das Gefahrenpotential ist bisher unbekannt.
  • Zyanide entstehen in der Teer- und Bitumenindustrie als Nebenprodukte, ebenfalls wurden sie bis 2010 auch in Europa in der Gold- und Silbergewinnung eingesetzt.
  • Salze, im Stadtbild insbesondere Streusalze, können ebenfalls Bodenorganismen schädigen, das Gleichgewicht in der Erde stören und dadurch für die Lebensmittelgewinnung unbrauchbar machen. Gleiches gilt für sauren Regen, der durch Gase wie Stickoxide und Schwefeldioxid sowie Säuren wie Schwefel- und Salzsäure ausgelösten wird. Dieser verändert den pH-Wert des Bodens und kann damit zur Freisetzung von Schwermetallen beitragen. 

Organische Schadstoffe

Die Gruppe der organischen Verunreinigungen umfasst

  • Mineralölkohlenwasserstoffe (MKWs) wie Diesel, Benzin oder Heizöl
  • leicht flüchtige chlorierte Kohlenwasserstoffe (LCKWs), die in Reinigungs- und Lösungsmitteln vorgekommen sind
  • (Polycyclische) aromatische Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Benzol, das in Straßenrändern fast immer nachweisbar ist
  • Polychlorierte Biphenyle (PCB), die bis 2001 als Weichmacher gebräuchlich waren, -Dibenzodioxine und -furane, die als Nebenprodukte einiger industrieller Prozesse anfallen (z.B. Chlorbleichung von Papier) und bei Gebäudebränden sowie Müllverbrennung ohne Filteranlagen vorkommen
  • Mikroplastik, das nicht nur durch den langsamen Zerfall von Plastikmüll entsteht, sondern auch durch den Abrieb von Reifen, und sich dadurch vor allem auf Flächen in Fahrbahnnähe befindet.

Welche Gefahren bringt ein schadstoffbelasteter Boden mit sich?

Ein verunreinigter Boden kann seine Funktion nur noch unzureichend bis gar nicht erfüllen. Bodenbürtige Organismen werden gestört, im Extremfall bleibt ihnen keine Lebensgrundlage. Kupfer ist für Nützlinge wie Regenwürmer schon in geringen Konzentrationen toxisch, doch auch Pflanzen reagieren empfindlich auf kontaminierte Böden. Das zeigt sich an geringem oder ausbleibendem Wuchs oder einen schwachen Durchwurzelung. Zeigerpflanzen wie Birken oder eine sogenannte Galmeiflora (Pflanzen, die metallhaltige Böden bevorzugen) bei ansonsten ausbleibendem Bewuchs können auf eine starke Verunreinigung hindeuten.

Werden auf den kontaminierten Böden Lebensmittel angebaut, so besteht die Gefahr der Anreicherung zunächst in den Pflanzen und anschließend im Körper des Menschen, insbesondere in der Leber. Die größte Gefahr sind Langzeitschäden wie die Entstehung von Krebs oder die Verminderung von Fruchtbarkeit. Darüber hinaus wurden auch Erbgutschädigungen beobachtet. 

Welche Möglichkeiten der Dekontamination gibt es?

Es gibt eine beinahe unendliche Liste an Möglichkeiten, die abhängig von der Art der Verschmutzung, der vorgegebenen Zeitspanne und des verfügbaren Budgets sind. Kostengünstigere Varianten brauchen häufig mehr Zeit, bis die Erde wieder vollständig regeneriert ist, dafür kommen sie ohne den aufwändigen Abtrag und die anschließende Regenerierung aus. 

In-situ und ökonomisch

Um städtische Flächen für die Lebensmittelgewinnung zu nutzen, kommen günstige Methoden, die in-situ, also vor Ort angewandt werden können, infrage. Meist werden verschiedene Anwendungen miteinander kombiniert, um die Wirksamkeit zu erhöhen. Darüber hinaus kann bei stark belasteten Böden die Sanierung aufgeschoben werden, indem in Hochbeeten und Containern gepflanzt wird. Vielbefahrene Straßenränder, ehemalige Mülldeponien oder Brachflächen gehören dazu.

Im Boden gebundene Schadstoffe bleiben unterschiedlich lange bestehen. Sowohl organische Schadstoffe als auch Zyanide sind grundsätzlich von Bodenorganismen abbaubar, anorganische Stoffe können beispielsweise durch Phytosanierung und den Einsatz von Huminstoffen aus dem Erdreich entfernt werden.

Hyperakkumulatoren und Huminstoffe

Wird eine Bodenanalyse durchgeführt, weil beispielsweise eine größere Fläche im Stadtbild bewirtschaftet werden kann, können je nach Schadstoff unterschiedliche Verfahren zum Einsatz kommen:
Teurere Verfahren umfassen die Verwendung von Waschflüssigkeiten und anschließender Hochdruckextraktion, thermische Behandlungen oder Bodenventilation.

Günstiger sind der Einsatz von extremophilen Mikroorganismen und Pflanzen, die Schwermetalle oder organische Stoffe wie Mineralöle und Chemikalien umwandeln beziehungsweise aufnehmen können. Diese Pflanzen sind logischerweise nicht für den Verzehr oder die Kompostierung geeignet, können aber in vielen Fällen als Biomasse oder Dämmung genutzt werden. Beim Phytomining werden durch Verbrennung der Pflanzen die Edelmetalle im Anschluss aus der Asche extrahiert und verkauft.

Hyperakkumulatoren sind Pflanzen, die bis zu Hunderte Male mehr Schadstoffe aufnehmen können als andere Pflanzen überleben würden. Solche Pflanzen zur Phytosanierung sind beispielsweise Hanf (Schwermetalle), der Maronen-Röhrling-Pilz (radioaktives Cäsium und Metalle), die gesamte Pflanzengattung der Halophyten/Salzpflanzen (Übersalzung) wie der Queller, doch auch Sonnenblumen, Tabakpflanzen oder die dickstielige Wasserhyazinthe gehören dazu.

Es gibt Tabellen, die Hyperakkumulatorenpflanzen den Schadstoffbelastungen zuordnen, beispielsweise hier: progressive-agrarwende.org/phytosanierung/ 

Eine sehr umfangreiche Tabelle findet sich hier: 
gaz.wiki/wiki/de/Hyperaccumulators_table_%E2%80%93_3

Phytosanierung funktioniert am besten mit der Unterstützung entsprechender Mikroorganismen, die dem Boden zugefügt wurden, beispielsweise bestimmte Bakterienkulturen. Dennoch können sie nur einen Teil der Sanierungsstrategie ausmachen, da sie nur bestimmte Stoffe extrahieren und auf andere keinen Einfluss haben.

 

Wie können Huminsäuren eingesetzt werden?

Die Wirkung von Huminstoffen in der Sanierung von Böden ist vielfach wissenschaftlich belegt (ein Ausschnitt siehe Anhang). Gänzlich ohne Pflanzen, jedoch auch in Kombination mit Phytosanierung, stehen Huminsäuren als hochpotente, natürliche Anwendung zur Verfügung. Im Gegensatz zu anderen Anwendungen sind Huminsäuren nicht nur ungiftig, sondern für Mensch, Tier und Umwelt gesundheitsförderlich.
 
Huminsäuren haben die Besonderheit, dass sie polyfunktional sind und breitsystemisch auf Boden und Pflanzen positiv einwirken. Das bedeutet, dass sie alle Arten von Umweltgiften im Boden unschädlich machen können oder Bedingungen im Boden schaffen, die die Selbsthygienisierungsvorgänge in Böden unterstützen. Bodenanalysen, gerade bei kleinen Flächen, können dadurch obsolet werden, da eine Sanierung und Stabilisierung durch Huminstoffe für alle Schadstoffe eingesetzt werden kann. Leicht verunreinigte Böden können mit hoher Wahrscheinlichkeit und geringem Aufwand deutlich verbessert werden. Hierbei spielen drei Dekomtaminationsprinzipien eine Rolle: Abbau zu unschädlichen Substanzen, Einkapselung und Mobilisierung mit anschießender Herausführung aus dem System.
 
Interessant ist auch die prophylaktische Wirkung. Denn Lebensmittel im Stadtraum anzubauen bedeutet, sie grundsätzlich weiteren Umweltgiften, gerade durch die Luft, aber auch durch die Bewässerung, auszusetzen. Ein Konzept, das die rhythmische Bodenwartung durch Zugabe von Huminsäuren einschließt, ermöglicht langfristig gesunde Lebensmittel. 

Anwendungsempfehlung

HUMIN-S 118 kann zur Entfernung von Wasserverunreinigungen im Gießwasser und zur anfänglichen Sanierung kontaminierter Böden eingesetzt werden. Nach der Bodenreinigung kann ein hochwertiges Huminsäure-Präparat wie HS®-300 BIO BASIC die Ergebnisse des Urban Farming deutlich verbessern.

HS®-300 BIO BASIC, regelmäßig angewendet, wird den Humusgehalt im Boden stetig erhöhen, sodass nützliche Bodenorganismen, Kleinstlebewesen und der pH-Wert im optimalen Gleichgewicht gehalten werden. Das verringert die Gefahr von Schadinsekten, -bakterien und -pilzen und sorgt für eine reiche Ernte mit nährstoffreichen Lebensmitteln. Die Freisetzung von Schadstoffen aus dem Boden wird durch einen hohen Humusgehalt gering gehalten und der Abbau wird beschleunigt. 

Es ist sinnvoll bei der Bepflanzung der Beete darauf zu achten, dass der Boden gänzlich mit Pflanzen oder Mulch bedeckt ist. Das erhöht die nützlichen Aktivitäten im Boden und die Speicherung von CO2, verringert Verdunstung und die Wahrscheinlichkeiten für Müllablage oder Verunreinigungen durch Tierkot. Prinzipien der Permakultur und der syntropischen Landwirtschaft können die Effizienz und Resilienz des Anbaus vervielfachen.

Biologische Bodensanierung für Stadtgärtner*innen – worüber möchtet ihr mehr erfahren? Schreibt es in die Kommentare! Weitere Infos findet ihr auf unserer Webseite und im persönlichen Gespräch!

Eine Auswahl an Studien zur Bodensanierung mit Huminstoffen:

Hatfield, K., Hertkorn, N., Perminova, I.V. (2005) Use of Humic Substances to Remediate Polluted     Environments: From Theory to Practice, Springer

Mosley, R. (1998) The Effects of Humates on Remediation of Hydrocarbon and Salt contaminated Soils 

Kulikova, N.A. and Perminova, I.V. (2002) Binding of atrazine to humic substances from soil, peat, 
    and coal related to their structure, Environ. Sci. Technol. 36. 

Weber, E.J., Spidle, D.L., Thorn, K.A. (1996) Covalent binding of aniline to humic substances. 1. 
    Kinetic studies, Environ. Sci. Technol. 30.

Chiou, C.T., Kile, D.E., Brinton, T.I., Malcolm, R.L., and Leenheer, J.A. (1987) A comparison of     the water solubility enhancements of organic solutes by aquatic humic materials and     commercial humic acids, Environ. Sci. Technol. 21.

McCarthy, J.F., Jimenez, B.D., and Barbee, Th. (1985) Effect of dissolved humic material on 
    accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons: structure-activity relationships, Aquat.     Toxicol. 7.

Steinberg, C.E.W., Haitzer, M.; Brueggemann, R., Perminova, I.V., and Yashchenko, N.Yu. (2000) 
    Towards a quantitative structure activity relationship (QSAR) of dissolved humic substances     as detoxifying agents in freshwaters, Int. Rev. Hydrobiol. 85(2–3).

Leversee, G.J., Landrum, P.F., Giesy, J.P, and Fannin, T. (1983) Humic acids reduce     bioaccumulation of some polycyclic aromatic hydrocarbons, Can. J. Fish. Aquat. Sci. 40

Kukkonen, J. (1991) Effect of pH and natural humic substances on the accumulation of organic 
    pollutants in two freshwater invertebrates, in B. Allard (ed.), Humic Substances in the     Aquatic and Terrestrial Environment.

Landrum, P.F., Reinhold, M.D., Nihart, S.R., and Eadie, B.J. (1985) Predicting the bioavailability of
    organic xenobiotics to Pontoporeia hoyi in the presence of humic and fulvic materials and     natural dissolved organic matter, Environ. Toxicol. Chem. 4, 459–467.

Gensemer, R.W., Dixon, D.G., and Greenberg, B.M. (1998) Amelioration of the photo-induced     toxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons by a commercial humic acid, Ecotoxicol. 

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Humintech ist ein Biotechunternehmen mit Sitz in Grevenbroich. Unser Fokus liegt auf der Erforschung, Entwicklung und industriellen Produktion von 
Huminstoffen und Huminsäuren für den Landwirtschaftssektor. Unsere Produkte finden außerdem Verwendung in der Futtermittel-, Pharma- und
Bauindustrie, der Veterinärmedizin und bei ökologischen Anwendungen wie etwa der Wasserreinigung und Bodensanierung.

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