Kleine Helfer

Biologisches Phosphat-Recycling mit Wasserlinsen

Auf biologischem Weg Phosphat aus Oberflächengewässern recyceln? Seit ein paar Jahren führen zwei Jungforscher dazu Untersuchungen durch. Ihre Forschungsergebnisse kann man onlinein ihrem Blog verfolgen.

Wasserlinsen in Kultur: kleine Helfer zur biologischen Phosphatrückgewinnung.

Die verfügbaren Phosphorvorkommen werden sich in den nächsten Dekaden erschöpfen. Das wird weitreichende Konsequenzen für die Ernährung der stetig wachsenden Weltbevölkerung nach sich ziehen. Die modernen landwirtschaftlichen Methoden sorgen für ein erhöhtes Auswaschen der Böden, was die Agrarindustrie durch verstärktes Eintragen von phosphathaltigem Dünger zu kompensieren versucht. Folge ist eine Störung des natürlichen Phosphat-Kreislaufs, die sich unter anderem in erhöhten Phosphat-Konzentrationen in lokalen Oberflächengewässern zeigt und in einer erhöhten Eutrophierung.

Seit 2013 beschäftigen sich Leon Werner und Johann Liebeton, inzwischen Biologie-Studenten an der TU Darmstadt, mit dem biologischen Phosphat-Recycling aus Oberflächengewässern und der Etablierung eines nachhaltigen Phosphat-Kreislaufes. Die photo-metrische Phosphat-Gehaltsbestimmungen an Oberflächengewässern in ihrer Umgebung hatte zuvor gezeigt, dass die Phosphat-Ionen-Konzentration in vielen Gewässern hoch ist.

Wasserlinsen als Dünger einsetzen
Auf der Suche nach einem Organismus, der sich besser als die zuvor verwendete Mikroalge (u.a. Chlorella vulgaris) für ihre Zwecke der Phosphatakkumulation eignet, stießen die beiden Studenten auf Wasserlinsen. Diese lassen sich ihren Angaben zufolge deutlich besser aus Gewässern entfernen, zeichnen sich generell durch einen geringen Platzbedarf aus und besitzen eine hohe Wachstumsrate. Nahezu weltweit verbreitet, schränken nur zu hohe und zu niedrige Temperaturen das Wachstum der Wasserlinsen ein. Die Idee der beiden jungen Forscher: Phosphat-akkumulierende Wasserlinsen, die aus lokalen Gewässern geerntet werden, könnten als Dünger eingesetzt werden und einen Teil des ausgewaschenen Phosphats zurückbringen. Die Winzlinge würden so die Wiedererlangung der Homöostase im Phosphat-Kreislauf unterstützen.

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Ihre Untersuchungen zeigten, dass die „kleine Wasserlinse“ Lemna minor in der Lage ist, Phosphate aus einer wässrigen Lösung nahezu vollständig zu entfernen. Auch konnten sie die Eignung von Wasserlinsen für die Düngung von Weizenpflanzen belegen: Wuchshöhe und Biomasse waren am Ende des Versuchs signifikant größer im Vergleich zur Kontrolle, zur Phosphat-Lösung und zu einem herkömmlichen Nitrat-Phosphat-Kalium-Dünger.

Die beiden Studenten hoffen, künftig parallel zum Studium noch genügend gemeinsame Zeit für die Forschung aufbringen zu können, denn sie haben Großes vor: Als nächsten Schritt planen sie die Erzeugung künstlicher Algen- blüten im Labor. Außerdem wollen sie u.a. mit fluoreszenzmikroskopischen Untersuchungen den von den Wasserlinsen verwendeten Phosphatspeicherstoff identifizieren. sk

Leon Werner, Johann Liebeton
Korrespondenz: johannliebeton@posteo.de
Der Blog zum Thema: lemnaquatic.wordpress.com


Leon Werner und Johann Liebeton studieren derzeit an der TU Darmstadt Biologie bzw. Biotechnologie. Publikationen zum bevorstehenden Phosphatmangel machten die beiden auf das Thema aufmerksam. Was in der Schule und im Labor des Heidelberger Life-Science Labs des DKFZ begann, wird inzwischen an der Universität fortgeführt: Seit 2013 untersuchen sie Wasserlinsen, um herauszufinden, ob sich diese zur Phosphatakkumulation eignen. In den Jahren 2015 und 2016 erreichten sie jeweils den 2. Platz im Landeswettbewerb Jugend-forscht Hessen sowie einen Förderpreis beim Bundesumweltwettbewerb.

Werner und Liebeton glauben, dass es möglich ist, einen nachhaltigen Phosphat- und Düngemittelkreislauf mithilfe von Wasserlinsen zu etablieren. In Zukunft möchten die Studenten untersuchen, ob sich Wasserlinsen auch in der Praxis dazu eignen, Eutrophierungen/Algenblüten zu bekämpfen bzw. in ihrer Härte zu mindern. Dazu planen sie die Erzeugung künstlicher Algenblüten im Labor. Außerdem wollen sie u.a. mit fluoreszenzmikroskopischen Untersuchungen den von den Wasserlinsen verwendeten Phosphatspeicherstoff identifizieren.

Ihre aktuellen Versuche führen sie in den Laboren der Arbeitsgruppe Chemische Pflanzenökologie der TU Darmstadt durch. Fachliche Unterstützung erhalten sie durch die Arbeitsgruppenleitung; Mitarbeiter des botanischen Gartens helfen bei der Züchtung der Wasserlinsen. Vor allem aber auch durch diverse Materialspenden von Unternehmen konnten und können die beiden ihre Versuche durchführen.

Bisheriger Höhepunkt ihrer Forscherkarriere: Der Besuch der Bundeswirtschaftsministerin Frau Zypries im September dieses Jahres.

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