Implications of maize fertigation with treated domestic wastewater on soil heavy metal contamination and health risks

In vielen Teilen der Welt wird es immer schwieriger, Süßwasser zu finden, während der Bedarf an Nahrungsmitteln weiter steigt. Eine praktische Lösung, die Landwirte und Stadtplaner untersuchen, ist die Wiederverwendung von aufbereitetem häuslichem Abwasser für die Bewässerung. Dieses Wasser, das durch Aufbereitungssysteme zur Entfernung von schädlichen Krankheitserregern und organischen Abfällen geleitet wurde, enthält dennoch Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor, die Pflanzen zum Wachsen benötigen. Diese Wiederverwendung bringt jedoch ein verborgenes Bedenken mit sich: Haushaltswasser trägt oft Spuren von Schwermetallen aus alltäglichen Produkten wie Reinigungsmitteln, Kosmetika und Sanitäranlagen in sich. Obwohl diese Metalle in winzigen Mengen vorhanden sind, bauen sie sich nicht ab. Im Laufe der Zeit können sie sich im Boden anreichern und in die Nutzpflanzen gelangen, die wir essen. Die zentrale Frage für Wissenschaftler ist, ob die Verwendung dieses aufbereiteten Wassers auf Grundnahrungsmittel wie Mais eine neue Gefahr schafft oder ob die Risiken bereits unabhängig von der Wasserquelle in der Umwelt vorhanden sind.

Ein Forscher an der Ardhi University in Dar es Salaam, Tansania, ging die Frage an, indem er Mais unter kontrollierten Bedingungen anbaute. Er wollte sehen, ob die Bewässerung mit aufbereitetem häuslichem Abwasser dazu führen würde, dass sich Schwermetalle im Boden oder in den Maiskörnern stärker anreichern als bei der Verwendung von sauberem Leitungswasser. Zu diesem Zweck pflanzte er Mais in einem Gewächshaus an, um Regen von den Ergebnissen fernzuhalten. Er teilte die Parzellen in zwei Gruppen auf: Eine Gruppe erhielt das aufbereitete Abwasser, während die andere sauberes Leitungswasser erhielt. Beide Gruppen wurden mit einem Tröpfchenbewässerungssystem bewässert, um sicherzustellen, dass die Pflanzen gleichmäßige Mengen erhielten. Der Forscher maß daraufhin sorgfältig die Konzentrationen von sechs spezifischen Schwermetallen – Blei, Chrom, Cadmium, Kupfer, Zink und Nickel – im Boden in verschiedenen Tiefen sowie im geernteten Maiskorn. Er berechnete zudem, wie viel dieser Metalle ein Mensch durch den Verzehr des Mais konsumieren könnte, und schätzte das potenzielle Gesundheitsrisiko sowohl für Erwachsene alsً auch für Kinder ab.

Die Studie zeichnete ein komplexes Bild, in dem die Wasserquelle nicht der primäre Treiber der Kontamination war. Als der Forscher den Boden analysierte, stellte er fest, dass das aufbereitete Abwasser die Menge der Schwermetalle im Vergleich zum sauberen Wasser nicht signifikant erhöhte. Tatsächlich wiesen für einige Metalle wie Cadmium und Nickel die mit Abwasser bewässerten Böden sogar geringere Konzentrationen auf als die Kontrollparzellen. Der Boden zeigte jedoch Anzeichen einer moderaten Anreicherung mit Kupfer, Zink und Chrom, und es gab eine überraschende Anomalie bei Blei. Während die Bleiwerte nahe der Oberfläche niedrig waren, stiegen sie in den tieferen Bodenschichten der Abwasserparzellen dramatisch an, was darauf hindeutet, dass sich das Metall auf eine noch nicht vollständig verstandene Weise durch das Bodenprofil nach unten bewegt. Trotz dieser Variationen unterschieden sich die Gesamtbelastungswerte in den aufbereiteten Parzellen statistisch nicht von den sauberen Wasserparzellen, was darauf hindeutet, dass das Abwasser selbst nicht der Hauptverursacher für die Zugabe neuer Toxine in den Boden war.

Die Situation sah anders aus, als der Forscher die Maiskörner selbst untersuchte. Unabhängig davon, ob der Mais mit aufbereitetem Abwasser oder mit sauberem Leitungswasser bewässert wurde, enthielten die Körner gefährliche Mengen mehrerer Schwermetalle. Die Bleikonzentration im Mais lag im Durchschnitt bei 2,21 Milligramm pro Kilogramm, was weit über dem von internationalen Gesundheitsorganisationen festgelegten sicheren Grenzwert von 0,2 Milligramm pro Kilogramm liegt. Auch Chrom und Zink überschritten in beiden Gruppen die Sicherheitsgrenzwerte. Dieser Befund deutet darauf hin, dass die Kontamination bereits in der Umwelt oder im Boden vorhanden war, bevor das Experiment begann, und nicht durch das Bewässerungswasser eingebracht wurde. Die Pflanzen nahmen diese Metalle unabhängig von der Wasserquelle aus dem Boden auf. Das einzige Metall, das der Mais nicht in nennenswerten Mengen aufnahm, war Cadmium, das in den Körnern nicht nachweisbar war.

Der Forscher untersuchte auch, wie leicht die Pflanzen diese Metalle aus dem Boden aufnehmen, einen Prozess, der als Bioakkumulation bekannt ist. Er fand heraus, dass die Pflanzen bei den meisten Metallen die Kontamination nicht in nennenswertem Maße in das essbare Korn übertrugen. Die Ausnahme war Zink, das der Mais bereitwillig aufnahm und somit ein hohes Akkumulationspotenzial zeigte. Dies bedeutet, dass der Boden zwar viele der Schwermetalle zurückhalten kann, Zink jedoch leicht in die Nahrung gelangt, die wir essen. Als das Team die Gesundheitsrisiken berechnete, die mit dem Verzehr dieses Mais verbunden sind, deuteten die Ergebnisse auf eine klare Verwundbarkeit hin: Kinder. Da Kinder kleinere Körper haben, aber oft eine ähnliche Menge an Nahrung im Verhältnis zu ihrer Körpergröße zu sich nehmen, sind sie einer viel höheren täglichen Aufnahme dieser Metalle ausgesetzt als Erwachsene. Die Studie ergab, dass Blei und Nickel die größten Beitragszahler zu den nicht-kanzerogenen Gesundheitsrisiken waren, während Nickel und Chrom die größte Gefahr für langfristige Krebsrisiken darstellten.

Die vielleicht bemerkenswerteste Schlussfolgerung der Studie ist, dass der Mais, der mit sauberem Leitungswasser kultiviert wurde, gleich hohe oder sogar höhere Gesundheitsrisiken barg als der mit aufbereitetem Abwasser gezogene Mais. Die Gesamtrisiko-Scores für Kinder, die Mais aus den sauberen Wasserparzellen aßen, waren höher als die aus den Abwasserparzellen. Dies deutet darauf hin, dass die Hintergrundbelastung im Boden und in der allgemeinen Umwelt das eigentliche Problem ist, nicht die Wiederverwendung von aufbereitetem Wasser. Das aufbereitete Abwasser machte die Situation nicht schlimmer; in einigen Fällen erschien es sogar etwas sicherer als die Alternative. Die Studie legt nahe, dass die im Lebensmitteln gefundenen Schwermetalle aus anderen Quellen stammen, möglicherweise aus der natürlichen Geologie der Region oder aus anderen Formen der Umweltverschmutzung.

Letztlich unterstreicht diese Forschung, dass die Wiederverwendung von aufbereitetem Abwasser zwar eine praktikable Strategie zur Wassereinsparung ist, aber das breitere Problem der Schwermetallkontamination in der Lebensmittelversorgung nicht löst. Das Vorhandensein gefährlicher Metalle in Grundnahrungsmitteln wie Mais ist ein systemisches Problem, das unabhängig vom verwendeten Wasser existiert. Die Ergebnisse fordern einen Fokuswechsel: Weg von der Schuldzuweisung an das Abwasser, hin zur Adressierung der zugrunde liegenden Verschmutzungsquellen in den Boden- und Wassersystemen. Der Schutz der öffentlichen Gesundheit, insbesondere der am stärksten gefährdeten Gruppe, der Kinder, erfordert eine integrierte Überwachung der Wasser- und Bodenqualität sowie gezielte Bemühungen zur Sanierung der Umwelt. Die Studie bestätigt, dass die Wasserquelle nicht der alleinige Bestimmungsfaktor für die Sicherheit ist und dass ein umfassender Ansatz erforderlich ist, um sicherzustellen, dass die Lebensmittel, die wir essen, für alle sicher bleiben.