Bodenpedologie

Entgiftungswege

Feldbeobachtungen und Laborexperimente haben die Wirksamkeit natürlicher Pfade im Boden zur Entgiftung von Chemikalien bestätigt. Verflüchtigung, Adsorption, Ausfällung und andere chemische Umwandlungen sowie biologische Immobilisierung und Abbau sind die erste Verteidigungslinie gegen invasive Schadstoffe. Diese Prozesse sind besonders in Horizonten des Bodens A (normalerweise 1 Meter tief oder weniger) aktiv, in denen der Humus für die Entgiftungsmechanismen wesentlich ist, indem er die Reaktivität toxischer Chemikalien blockiert oder durch mikrobiellen Abbau.

Bodenmikroorganismen, insbesondere Bakterien, haben verschiedene Mittel entwickelt, um leicht verfügbare Substanzen als Kohlenstoff- oder Energiequellen zu verwenden. Mikroorganismen erhalten ihre Energie, indem sie Elektronen biochemisch von organischer Substanz (oder von bestimmten anorganischen Verbindungen) auf Elektronenakzeptoren wie Sauerstoff (O ₂) und andere anorganische Verbindungen übertragen. Daher bieten sie einen signifikanten Weg zur Zersetzung von xenobiotischen Verbindungen im Boden, indem sie als Rohstoffe anstelle von natürlich vorkommenden organischen Stoffen oder Elektronenakzeptoren wie O, NO ₃ ^- (Nitrat), Mn ⁴⁺ (Mangan) oder Fe ^{3 verwendet werden +} (Eisen) -Ionen und Sulfat (SO ₄ ²⁻).

Beispielsweise könnte eine Bakterienart den Schadstoff Toluol, ein aus Erdöl gewonnenes Lösungsmittel, als Kohlenstoffquelle und natürlich vorkommendes Fe ^{3+ verwenden}könnte als normaler Elektronenakzeptor dienen. Eine andere Spezies könnte natürliche organische Säuren als Kohlenstoffquelle und selenhaltige Schadstoffe als Elektronenakzeptoren verwenden. Oft erfordert die endgültige Zersetzung einer kontaminierenden xenobiotischen Verbindung jedoch eine Reihe vieler chemischer Schritte und mehrere verschiedene Arten von Mikroorganismen. Dies gilt insbesondere für organische Verbindungen, die Chlor (Cl) enthalten, wie chlorierte Pestizide, chlorierte Lösungsmittel und polychlorierte Biphenyle (PCBs; früher als Schmiermittel und Weichmacher verwendet). Beispielsweise wird das chlorierte Herbizid Atrazin durch aerobe Mikroorganismen über eine Vielzahl von Wegen, an denen Zwischenprodukte beteiligt sind, allmählich abgebaut.Die Komplexität der Zersetzungsprozesse und die inhärente Toxizität der Schadstoffverbindungen für die Mikroorganismen selbst können zu langen Verweilzeiten im Boden führen, die für toxische Metalle und chlorierte organische Verbindungen zwischen Jahren und Jahrzehnten liegen.

Most of the metals that are major soil pollutants (see table) can form strong complexes with soil humus that significantly decrease the solubility of the metal and its movement toward groundwater. Humus can serve as a detoxification pathway by assuming the role taken by biomolecules in the metal toxicity mechanisms discussed above. Just as strong complex formation leads to irreversible metal association with a biomolecule and to the disruption of biochemical functions, so, too, can it lead to effective immobilization of toxic metals by soil humus—in particular, the humic substances. The very property of toxic metals that makes them so hazardous to organisms also makes them detoxifiable by humus in soil.

Pesticides exhibit a wide variety of molecular structures that permit an equally diverse array of mechanisms of binding to humus. The diversity of molecular structures and reactivities results in the production of a variety of aromatic compounds through partial decomposition of the pesticides by microbes. These intermediate compounds become incorporated into the molecular structure of humus by natural mechanisms, effectively reducing the threat of toxicity. The benefits of humus to soil fertility and detoxification have resulted in a growing interest in this remarkable substance and in the fragile A horizon it occupies.