Masterarbeit

Zeitliche und räumliche Variationen von Arsen-Spezies in der Rhizosphäre von Reisböden

Eva Voggenreiter (07/2019-11/2020)

Betreuer: Britta Planer-Friedrich, Alan Nicol

Die Arsenspeziierung in der Rhizosphäre von Reisböden ist geprägt von den drastischen Veränderungen in biogeochemischen Bedingungen verglichen mit dem umliegenden anaeroben Boden, zum Beispiel durch die Wurzelatmung, angelagerte Eisenminerale an Wurzeln und Ausscheidung von organischen Säuren. Im Vergleich zu anorganischen und methylierten Oxyarsenspezies, deren Verhalten in der Rhizosphäre umfangreich erforscht ist, ist wenig Forschung dem Einfluss auf anorganische und organische Thioarsenate gewidmet. Experimente mit bepflanzten und unbepflanzten Rhizonboxen haben ergeben, dass der totale Arsengehalt im Porenwasser der Rhizosphäre verglichen mit dem umgebenden Boden signifikant höher ist, sowohl an 42 Tagen (0.41 μM versus 0.11 μM) als auch an 95 Tagen (0.42 μM versus 0.21 μM) nach der Transplantation der Pflanze in die Rhizonbox (DAT). Der Grund ist wahrscheinlich die erhöhte Auflösung von Eisen-(hydr)oxiden in der Rhizosphäre, die durch die Messung von hohen Konzentrationen an gelöstem Eisen im Porenwasser (bis zu 750 μM) durch sogenannte diffusive equilibrium in thin film Methoden belegt wurde. Viele Arsenspezies zeigten niedrigere Konzentrationen in der Rhizosphäre verglichen mit dem umliegenden Boden an 42 DAT aufgrund von Oxidationen durch die Wurzelatmung und Adsorption an die angelagerten Eisenminerale an Wurzeln. Arsenit wurde wahrscheinlich zu Arsenat oxidiert, welches dann an Eisenminerale adsorbierte. Monomethylierte Thioarsenate wurden wahrscheinlich auf ähnlichem Weg schrittweise zu Monomethylarsenat oxidiert, welches anschließend auch teilweise an die Eisenminerale bindet. Die Konzentrationen von höher thiolierten Spezies (mono-, dimethylierte Dithioarsenate und Trithioarsenat) waren in der Rhizosphäre an 95 DAT weitaus niedriger als an 42 DAT, wahrscheinlich wegen der erhöhten Sauerstoffanreicherung aufgrund von umfangreichem Wurzelwachstum in der Rhizonbox. Im Vergleich dazu wurde keine signifikante Verringerung der Konzentration von Dimethylmonothioarsenat von 42 zu 95 DAT beobachtet und Konzentrationen von Dimethylmonothioarsenat an 42 DAT waren sogar vergleichbar mit denen von anorganischen Oxyarsenspezies. Insgesamt trugen organische Thioarsenate im mittel einen Anteil von 27% an der totalen Arsenkonzentration bei, während nur 1.2% den anorganischen Thioarsenaten zuzuordnen waren. Die Bildung von organischen Thioarsenaten wurde außerdem nicht signifikant durch die niedrigeren pH Werte in der Rhizosphäre begünstigt, wie ursprünglich angenommen war. Die Ergebnisse dieser Masterarbeit zeigen schlussendlich, dass Thioarsenate, besonders Dimethylmonothioarsenat, in der zukünftigen Erforschung von Arsen in Reisböden miteinbezogen werden müssen.