Dr. Collin Weber, Dr. Kai Nils Nitzsche, Prof. Moritz Bigalke

Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Material- und Geowissenschaften, Fachgebiet Bodenmineralogie und Bodenchemie

Reifenabriebpartikel (TWP) sind die wichtigste Quelle von Mikroplastik, das in die Umwelt gelangt. TWP entstehen durch die Reibung zwischen Reifen und Straßenoberfläche und sind in der Regel mit Mineralien von der Straße verkrustet und bilden Partikel mit einer Größe< von 40 nm bis 400 µm. Einmal gebildet, können TWP durch Abfluss von Straßen und durch Lufttransport über kurze Entfernungen durch Luft und Spritzwasser in landwirtschaftlich genutzte Böden am Straßenrand und in das Boden-Pflanzen-System transportiert werden (siehe Abbildung). Aufgrund der chemischen Zusammensetzung und der daraus resultierenden Toxizität von TWP stellen sie eine potenzielle Bedrohung für Bodenökosysteme dar. Während toxische Verbindungen (z. B. S und Zn) aus TWP auslaugen können, könnten sie auch Makronährstoffe sorbieren. TWP können also schwerwiegende Auswirkungen auf die Bodenchemie haben und sich im Laufe der Zeit möglicherweise negativ auf die Pflanzenleistung auswirken.

 

Bislang wurden die potenziellen gefährlichen Auswirkungen von TWP nur anhand von im Labor erzeugten TWP erforscht, die sich erheblich von „realen“ TWP in Böden unterscheiden, da letztere eine Mischung aus verschiedenen Altersstufen, Oberflächen und Formen sind, die von verschiedenen Reifen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen stammen. Daher besteht das Gesamtziel des Projekts darin, die zugrunde liegenden Auswirkungen der „realen“ TWP und des freigesetzten S und Zn auf den Elementkreislauf in den Böden und die Pflanzenleistung aufzuzeigen. Das Projekt setzt sich aus drei Arbeitspaketen (WP) zusammen. Im Rahmen von WP1 werden Oberbodenproben von straßenbegleitenden und landwirtschaftlich genutzten Böden an stark befahrenen Straßen im Rhein-Main-Gebiet entnommen, um mit Hilfe einer modifizierten Zweiphasen-Dichtetrennungsmethode, die einen zusätzlichen Reinigungsschritt beinhaltet, große Mengen an TWP aus der „realen Welt“ zu gewinnen. In WP2 wird das extrahierte TWP in Batch-Experimenten verwendet, um die Auslaugung von Spurenelementen (z. B. Zn), von organischem Kohlenstoff und von S unter Verwendung der in Bodenlösungen relevanten pH-Werte sowie die Sorption der wichtigen Nährstoffe Phosphat und Ammonium zu untersuchen. In abschließenden Topfversuchen mit extrahierten TWP-Zusätzen (WP3) werden die Auswirkungen verschiedener TWP-Konzentrationen (0,01 %, 0,1 %, 1 %) auf den Nährstoffkreislauf und die Leistung von Salat und Sommerweizen untersucht.