Alu-Falle Landwirtschaft

Verfasst von Bert Ehgartner. Veröffentlicht in Alu-Fallen

Oft hört man das Argument, dass Aluminium überall im Boden vorkommt und deshalb auch "ein natürlicher Teil von Getreide und Gemüse ist". Aluminium, wird damit suggeriert, kommt auf ganz natürlichem Weg in unsere Nahrungsmittel. Das war schon immer so, das ist der Lauf der Natur. Wenn man sich die Fachliteratur ansieht, so stellt sich die Sache allerdings ganz anders dar.  Da gilt Aluminium nämlich vor allem als Problemstoff, der das Wachstum der Pflanzen unterbindet und sie anfälliger gegen Krankheiten macht. Weil die Aluminiumbelastung immer mehr steigt, versuchen Konzerne wie Monsanto & Co. nun allerdings, die Pflanzen über Gentechnik Aluminium-resistent zu machen.

 


Der pH-Wert ist entscheidend

Tatsächlich ist Aluminium das häufigste Metall der Erdkruste und ein wichtiger mineralischer Bestandteil im Boden. Seine biologische Verfügbarkeit und damit seine Toxizität gehen bei neutralen Böden jedoch gegen null. Die Möglichkeit, dass überhaupt Aluminium aus dem Boden freikommt, ist abhängig vom pH-Wert. Ab einem pH-Wert von 5,5 kann Aluminium in Form der dreifach positiv geladenen Alu-Ionen in eine lösliche Form übergehen, die dann von Pflanzen aufgenommen werden kann. Je saurer der Boden, desto mehr Aluminium wird frei. Das erste Symptom einer Vergiftung der Pflanze ist die drastische Einschränkung des Wurzelwachstums und die Zerstörung bestehender Wurzeln. Wenn man die Wurzeln von Pflanzen in Experimenten mit Aluminium konfrontiert, so dauert es nur wenige Minuten bis der Effekt nachweisbar ist und ihr Wachstum zum Stillstand kommt.[i]

Gelöste Al3+-Ionen sind auf vielfache Weise toxisch für Pflanzen. Sie induzieren beispielsweise elektrische Reaktionen und Aktionspotenziale, die sich über kurze Distanz in Regionen schädlich auswirken, wo gar keine Alu-Ionen vorkommen. An den Zellen besetzt Aluminium jene Bindungsstellen, die etwa für die Aufnahme von Calcium vorgesehen sind und blockiert diese. Daraus folgt eine mangelnde Aufnahmefähigkeit von mineralischen Nährstoffen. Neben Calcium wird auch die Aufnahme des wichtigen Magnesiums reduziert. Aus der Störung des Wurzelstoffwechsels resultiert eine zunehmend schlechte Wasserversorgung. Viele Pflanzen gehen bei länger andauernder Aluminiumbelastung ein.

Ganz anderes ist die Situation bei Pflanzen, die an saures Milieu – und damit höheren Aluminiumgehalt des Bodens – gewöhnt sind. Sie haben eine breite Palette an Strategien entwickelt, um mit deren Toxizität umzugehen. Dazu gehört etwa die Fähigkeit mancher Pflanzen die Aluminium-Ionen über organische Säuren zu binden und so genannte Chelatkomplexe zu bilden. Das führt zu einer Neutralisierung der unerwünschten chemischen Eigenschaften der Al3+-Ionen. Manche Pflanzen fixieren die Alu-Ionen auch an der Zellwand oder erhöhen den pH-Wert im Umfeld der Wurzeln, so dass für die unerwünschten Eindringlinge der Sperrbalken runtergeht.

Auf diese und ähnliche Weise vermeiden Pflanzen auf sauren Böden die Anreicherung von Aluminium. Messungen aus den 40er-Jahren des vorigen Jahrhunderts ergaben, dass der Anteil von Aluminium in der Trockenmasse der Pflanzen im Schnitt relativ konstant bei 0,02 Prozent lag, auch wenn der pH-Wert des Bodens stark variierte.[ii] Dies ist insofern interessant, als zu dieser Zeit die Kontaminierung über Aluminium aus den verschiedensten Quellen noch recht gering war. Der Bedarf an Aluminium als „kriegswichtigem Metall“ führte zum Aufbau der nötigen industriellen Infrastruktur und schuf damit erst das nötige Alltagswissen um die Verarbeitung. Nach dem Krieg wurde das bis dahin weitgehend unbekannte Metall dann auch für viele zivile Produkte erprobt und eingesetzt. Seither gingen die Produktionszahlen massiv nach oben und damit stieg auch das Kontaminierungsrisiko der Umwelt. Neuere Quellen geben nun an, dass bei manchen Gräsern Alu-Werte von bis zu 1 Prozent in der Trockensubstanz erreicht werden.

 

Aluminium in der Pflanzenwelt

Es gibt nur einige wenige Pflanzenarten, die Aluminium aktiv anreichern und kaum eine dieser Pflanzen spielt in unserer Ernährung eine Rolle. Zu diesen Ausnahmen gehören manche Teesorten sowie Buchweizen. Bekannte Aluminiumakkumulatoren sind auch Hortensien, die ihre Farbe von rosa auf blau ändern, wenn sie im sauren Milieu vermehrt Alu-Ionen aufnehmen. Auch hier muss man jedoch sehr vorsichtig sein, heißt es in den einschlägigen Hortensien-Ratgebern, denn „wenn man nur ein wenig zu viel Aluminiumsulfat düngt, gehen die Pflanzen ein.“

Ob das Metall im Stoffwechsel dieser Pflanzen sinnvolle Aufgaben übernimmt und welche, ist bisher nur Gegenstand von Spekulationen. Auch in aktuelleren botanischen Werken zum Thema[iii] sind Abschnitte über die „positiven Eigenschaften von Aluminium“ extrem kurz und bestehen vorwiegend aus Fragezeichen.

 

Was sagt die Forschung?

Charlotte Poschenrieder, hat an der Fakultät für Biowissenschaften der Universität Barcelona diese Frage in den letzten Jahren genauer untersucht.[iv] „Aluminium ist für die Ernährung der Pflanzen nicht notwendig und bisher wurde keine spezifische Funktion etabliert, wo es eine Rolle spielt“, erklärt sie. „Bei sauren mineralischen Böden könnten manche Pflanzen jedoch von der Aufnahme von Al3+-Ionen profitieren.“ Sie tippt auf eine mögliche bessere Abwehrkraft der Pflanzen gegen Schädlinge sowie die Abschreckung von Fressfeinden, wenn diese Aluminium einlagern. Eine andere Möglichkeit, so Poschenrieder, wäre die bessere Verwertung des Nährstoffes Phosphor, den Aluminium als bekannter „Phosphorfänger“ den Pflanzen ermöglicht. In diesen Prozess sind auch Mykorrhizapilze involviert. Die recht komplexe Symbiose zwischen Pilzen und Teepflanzen in Bezug auf die Aufnahme von Phosphor mit Hilfe von Aluminium ist bisher jedoch noch nicht in den Einzelheiten erforscht.

Abgesehen von diesen Ausnahmen steht nach wie vor die Giftigkeit von Aluminium im Vordergrund. Sie gilt als eines der wichtigsten Hindernisse der landwirtschaftlichen Produktion auf sauren Böden, speziell in den Tropen. Dies gilt besonders, wenn die Al3+-Ionen an Hydroxy-Gruppen (OH) gebunden sind. Bereits sehr geringe Al3+-Konzentrationen im mikromolaren Bereich können Wurzeln zerstören und relevanten Schaden bei Nutzpflanzen anrichten.

Ihre enorme Reaktionsfreudigkeit beschränkt sich jedoch nicht auf diese Elemente, sondern führt auch zu anderen chemischen Bindungen, welche die Toxizität von Aluminium deutlich reduzieren. Dies gilt besonders, wenn sich die Al3+-Ionen an organische Säuren, an Phenole, Humin- oder Fulvinsäure binden. Diese organischen Alu-Verbindungen sind für Pflanzen fast vollständig ungiftig. Und ähnlich verhält es sich, wenn diese Alu-Verbindungen über pflanzliche Nahrung oder Trinkwasser vom Menschen aufgenommen werden. In Teepflanzen sind die Alu-Ionen beispielsweise fast durchwegs an Phenole gebunden und damit in der unproblematischen Form gespeichert.

Menschen leben auf Böden zwischen einem pH-Wert von 3 (stark sauer) bis zu 7,5 (schwach alkalisch). Je saurer der Boden, desto mehr freie Wasserstoffionen (H+) liegen vor. Böden können versauern wenn sie im Rahmen einer Intensiv-Landwirtschaft überdüngt werden, z. B. mit Ammoniumsulfat oder Ammoniumstickstoff. Weitere negative Einflüsse sind „Saurer Regen“, der die Ursache in Abgasen von Industrie und Autoverkehr hat, die sich in der Atmosphäre ansammeln und dann als sauer gewordener Regen niedergeht; ebenso ein verdichteter Boden, in dem organische Masse infolge Luftmangels nicht gut verarbeitet werden kann.

Das Absinken des pH-Wertes hat für das Pflanzenwachstum und Bodenleben vielfache Bedeutung und führt zu einem vielgliedrigen Strukturzerfall. Die biologische Vielfalt geht zurück, Al3+-Ionen und Schwermetallionen werden frei.

Dass der Aluminiumgehalt in Getreide, Gemüse und Futtergräsern ansteigt, hat also viel mit der Art der Landwirtschaft zu tun. In überdüngten, verdichteten Böden ist die Gefahr der Versauerung deutlich höher als bei ökologischer Landwirtschaft mit regelmäßigem Fruchtwechsel und schonender Bodenbearbeitung.

Eine weitere Quelle der Versauerung ist die Trockenlegung von Sümpfen und Augebieten. Wenn derartige Böden austrocknen und der Atmosphäre ausgesetzt sind, ergeben sich eine Reihe von chemischen Reaktionen, die Schwefelsäure freisetzen und damit auch zur Lösung von Aluminium und anderen Metallen beitragen.

Mit dem nächsten Regen oder der nächsten Überschwemmung werden die Chemikalien in die Gewässer geschwemmt.



[i] Llugany M.  et al. „ Monitoring of aluminum-induced inhibition of root elongation in four maize cultivars differing in tolerance to aluminum and proton toxicity“ 2005; Physiol. Plant 93: S. 265–271

[ii] Jansen S et al. „The evolution of aluminium accumulation in angiosperms“ in Alan R. Hemsley, Imogen Poole (Hrg.) „The Evolution of Plant Physiology“, 2004 Elsevier, S. 467ff.

[iii] Roy AK et al. „Some aspects of aluminium toxicity in plants“ Botanical Review 1988; 54: S. 145–178

[iv] Charlotte Poschenrieder, Juan Barceló „Aluminum in Plants“, Springer 2012

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