Minderung der Cadmiumaufnahme in Kakao (Theobroma cacao L.) mit Biokohle aus lokalen Rohstoffen im peruanischen Amazonasgebiet

Lateinamerika und die Karibik (LAC) ist der weltweit führende Produzent von Edelkakao und trägt 17% der weltweiten Kakaoproduktion bei, die hauptsächlich von ressourcenarmen Kleinbauern in Andenländern (Peru, Ecuador, Kolumbien) produziert wird. Jüngste Untersuchungen haben gezeigt, dass Kakao aus LAC relativ hohe Konzentrationen an Cadmium (Cd,) aufweist, die nicht mit der Bodenverschmutzung in Zusammenhang stehen. Neue Beschränkungen des Cd-Gehalts in Schokolade schränken den Zugang der Landwirte zu wichtigen internationalen Märkten ein und bedrohen damit ihre Existenz. Eine der möglicherweise vielversprechendsten Minderungsmethoden zur Reduzierung der Cd-Aufnahme in Kakaobohnen ist die Verwendung von Biokohle, dh des organischen Materials, das durch Pyrolyse verbrannt wird. Pflanzenkohle kann als Bodenverbesserungsmittel in bestehenden und neuen Kakaoplantagen verwendet werden. Biokohle wird aufgrund ihrer Sorptionsfähigkeit und Kalkwirkung zur Sanierung von Cd-belasteten Böden eingesetzt. Es gibt jedoch wenig Verständnis dafür, unter welchen Bedingungen von Böden oder Rohstoffen die Pflanzenkohle eine positive Wirkung auf die Verringerung der Cd-Aufnahme hat, die über die bloße Wirkung der Kalkung hinausgeht. Tatsächlich hängen die Eigenschaften von Pflanzenkohle weitgehend vom Ausgangsmaterial, das für seine Herstellung verwendet wird, und den verwendeten Methoden ab. Für eine effektive Nutzung von Pflanzenkohle als Bodenverbesserungsmittel ist es wichtig, die geeignetsten Rohstoffe, die in lokalen Abfallströmen verfügbar sind, zu untersuchen und zu identifizieren und dass die Herstellungsverfahren von Pflanzenkohle so abgestimmt sind, dass ihre Sorptionskapazität für Cd maximiert wird. Möglicherweise ist das Vorhandensein ausreichender funktioneller Gruppen, die wiederum mit seiner Oxidation und dem Vorhandensein von Schwefelgruppen verbunden sind, eine Schlüsseleigenschaft. Zu den möglichen Rohstoffen zählen Kakaoschoten, Blätter und Blattstiele von Ölpalme (Elaeis guineensis) und Asai (Euterpe oleracea Mart), äußere Schale von Sacha Inchi (Plukenetia volubilis), Reisschalen (Oryza sativa) und verschiedene Arten von tierischen Bioabfällen. Das Hauptziel dieser Forschung ist es, die kosteneffizientesten und effektivsten Biokohle-Präparate zu identifizieren, um die Cd-Akkumulation in Kakao in peruanischen Böden zu verringern und die Mechanismen der Cd-Immobilisierung im Boden zu verstehen. Zu diesem Zweck wird diese Arbeit bioverfügbares Cd in faktoriellen Kombinationen verschiedener Böden, die mit verschiedenen Pflanzenkohlepräparaten angereichert wurden, unter Verwendung von DGT-Geräten (Diffusive Gradient In-Thin Film) evaluieren. DGT zeigt die Cd-Verfügbarkeit für Kakao an. Zusätzlich werden die Ladung der Pflanzenkohle, das Säureneutralisationsvermögen und die funktionellen Gruppen durch potentiometrische Titration und FTIR charakterisiert und ihre elementare Zusammensetzung mit Standardmethoden, physikalische und chemische Eigenschaftenanalyse, Haupt- und Nebennährstoffe und Schwermetallgehalt bestimmt. Die vielversprechendsten Pflanzenkohlen auf Basis von DGT und chemischer Analyse werden anschließend in Topfversuchen mit einer schnell wachsenden Indikatorpflanze (Tabak) getestet. Schließlich wird die Effizienz ausgewählter Pflanzenkohlen bei der Reduzierung der Cd-Aufnahme und -Akkumulation in Kakaobohnen in Kakaoplantagen in einer repräsentativen Gruppe agroökologischer Zonen untersucht. Die Feldversuche sind Teil eines größeren Projekts, in dieser Arbeit wird der Minderungserfolg in Bezug auf Boden- und Pflanzenkohleeigenschaften untersucht.