Vom Einsatz von Nanopartikeln (NP) in Pflanzenschutzmitteln und Düngern verspricht man sich einen effizienteren und umweltschonenderen Einsatz dieser Hilfsstoffe, sowie gesteigerte Erträge. Bevor diese Vorteile aber zum Tragen kommen können, bedarf es einer Risikobeurteilung von NP für Umwelt und Nutzpflanzen.
Hintergrund
NP werden gegenwärtig als landwirtschaftliche Hilfsstoffe in Pflanzenschutzmitteln und Düngern in Betracht gezogen. Mögliche Vorteile solcher Anwendungen sind beispielsweise eine zeitlich optimierte Wirkstofffreisetzung, Schutz vor Photoabbau oder geringere Aufwandmengen. Manche NP scheinen auch positiv auf die Keimfähigkeit von Samen und die Produktion von Biomasse zu wirken. Bis heute sind das Verhalten und die Effekte von NP in der landwirtschaftlichen Umwelt aber weitgehend unbekannt. Wissenslücken bestehen insbesondere bei der Analyse von NP, ihrer Mobilität im Boden, ihren Effekten auf Bodenmikroorganismen und deren ökologische Funktionen, sowie ihrer Aufnahme und ihren Effekten auf Nutzpflanzen.
Ziel
Das übergeordnete Ziel ist die Erhebung von Daten, die für eine Risikobeurteilung von NP bei einer landwirtschaftlichen Anwendung dienlich sind. Dabei stellen sich insbesondere folgende Fragen:
1. Reichern sich NP sich in Boden, Bodenmikroorganismen und Nutzpflanzen an?
2. Beeinträchtigen NP die Zusammensetzung und ökologische Leistung von symbiotischen Bodenmikroorganismen (insbesondere die Stickstoff-Fixierung und Phosphor-Aufnahme) und
3. Haben NP Auswirkungen auf die Ertragsleistung und Qualität von Nutzpflanzen?
Die Experimente werden in Systemen aufsteigender Komplexität, von Laborreinkulturen über Topfversuche mit sterilen Böden bis zu Lysimetern mit realen Böden, durchgeführt. Als Nutzpflanzen dienen Weizen und Klee. Als wichtigste Vertreter der symbiotischen Mikroorganismen werden Stickstoff-fixierende Rhizobien und Phosphor-liefernde arbuskuläre Mykorrhizapilze untersucht. NP, die potentiell relevant für landwirtschaftliche Anwendungen sind (TiO2 und Kohlenstoffnanoröhren), werden in aufsteigenden Konzentrationen als Spray oder in flüssiger Form auf Nutzpflanzen oder Bodenoberflächen eingebracht, oder in die Böden gemischt. Aufbauend auf Arbeiten in laufenden Projekten werden verschiedene Methoden zur Analyse von NP in Böden, Sickerwasser, Mikroorganismen und Pflanzen weiter entwickelt. Effektseitig wird eine Reihe von biologischen Grössen, wie mikrobielle Biomasse und deren Zusammensetzung, Stickstoff-Fixierung, Phosphor-Aufnahme oder Pflanzenproduktivität, bestimmt.
Bedeutung
Die Resultate erlauben ein besseres Verständnis über das Schicksal von NP in der landwirtschaftlichen Umwelt, sowie deren Effekte auf Bodenmikroorganismen und Nutzpflanzen. Damit liefert das Projekt ökotoxikologisch relevante Informationen als Grundlage für eine umfassende Risikobeurteilung der NP.
Originaltitel: Effects of NANOparticles on beneficial soil MIcrobes and CROPS (NANOMICROPS)
Betrag: CHF 412'688.-
Dauer: 36 Monate
Projektverantwortlicher
- Dr. Thomas Daniel Bucheli