Gefahrstoffe - Reinhaltung der Luft 71 (2011) Nr. 7/8 - Juli/August

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Bioindikation

vorausschauende Umweltvorsorge und die langfristige Sicherung des Produktionsstandorts erfordern eine perio -dische Überwachung derartiger Freisetzungen persistenter, d. h. in der Umwelt schwer oder nicht abbaubarer Fremd-stoffe. Im Rahmen der Ökosystembewertung des Mercedes-Benz Werks Rastatt der Daimler AG wurden daher Metall- und Lacklösemittel-Immissionen, die potenziell aus den Fertigungsprozessen stammen, mithilfe wirkungsbezoge-ner biologischer Verfahren erfasst, quantifiziert und bewer-tet [1; 2]. Während dieser Ökosystembewertung wurden außerdem Untersuchungen mit Flechten durchgeführt. Mit der Kartie-rung des Flechtenbestands nach der Richtlinie VDI 3957 Blatt 13 [3] lässt sich die über mehrere zurückliegende Jahre hervorgerufene langfristige pflanzenschädigende Ge-samtwirkung aller Luftschadstoffe an einem Standort unter gleichzeitiger Berücksichtigung aller anderen einwirken-den Standortfaktoren, wie z. B. (Luft-)Feuchte und Tempera-tur, ermitteln und dokumentieren. Nach der ersten Unter -

Biomonitoring im Rahmen der Ökosystembewertung eines Automobil-Produktionsstandorts

Zusammenfassung Im Rahmen eines Biomonitorings zur Ökosystem -

bewertung des Mercedes-Benz-Werks der Daimler AG in Rastatt wurden

in den Jahren 2000 und 2008 auch Flechtenkartierungen zur Ermittlung

der Luftgüte im Umfeld des Werks durchgeführt. Bei der zweiten Unter-

suchung erfolgte außerdem eine Flächenbestimmung epiphytischer

Flechten zur Bewertung der ökologischen Standortbedingungen mithilfe

von Zeigerwerten der Flechten. Im Hinblick auf das zunehmende Vor-

kommen von Flechtenarten, die durch nährstoffhaltige Immissionen, ins-

besondere stickstoffhaltige Verbindungen und Stäube, gefördert werden,

wurde 2008 stichprobenartig an sechs Messpunkten die Immissions-

belastung durch Stickstoffoxide (NO, NO2) und Ammoniak (NH3) mit-

hilfe von Diffusionssammlern gemessen. Im Raum Rastatt konnten Be -

reiche unterschiedlicher Luftgüte abgegrenzt und die zeitliche Entwick-

lung der Luftgüte dokumentiert werden. An rund zwei Dritteln der Mess-

flächen war eine zum Teil deutliche Abnahme der Luftgüte sowie ein

deutlich steigender Einfluss eutrophierender Luftverunreinigungen zu

verzeichnen. Die Zeigerwerte der Flechten unterstützten die differen-

zierte Bewertung der Messflächen. So ließen sich Bereiche ermitteln, in

denen eine über dem Durchschnitt liegende Eutrophierung der Baum -

borken herrscht – mit entsprechender Wirkung auf den Flechtenbestand.

Im Hinblick auf den Eintrag N-haltiger Immissionen ergab der Einsatz von

Diffusionssammlern erste Hinweise auf die Konzentrationen von NO,

NO2 und NH3 im Raum Rastatt sowie auf deren Herkunft und Wirkung

auf Flechten. Es lassen sich Beziehungen zwischen der Lage der Mess-

flächen, ihrer Nutzung, der Wirkung des Kfz-Verkehrs im städtischen

Bereich, dem Einfluss der landwirtschaftlichen Nutzung, lokalklimatischen

Effekten und der Luftgüte ableiten. Neben lokalen Emissionen muss

darüber hinaus auch von einem (über-)regionalen Eintrag eutrophieren-

der Luftverunreinigungen ausgegangen werden.

Teil 3: Dokumentation der Luftgüte mit Flechtenkartierungen und Messung des Stick -stoffeintrags mithilfe von Passivsammlern

H. Bartholmeß, K. Müller, W. Nobel, W. Winkelbauer

Dr. Harald Bartholmeß , Stuttgart.

Prof. Dr. Willfried Nobel,

Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen-

Geislingen (HfWU).

Dr. Wolfgang Winkelbauer, Dr. Karl Müller,

Daimler AG, Werk Rastatt, Umweltschutz- und

Arbeitsschutzmanagement.

1 Einführung und Aufgabenstellung

Bei verschiedenen Produktionsschritten im Automobilbau werden unter anderem Metalle und Lacklösemittel freige-setzt, deren Emissionen zwar durch umweltschonende Be-arbeitungstechniken, verlustarme Applikationstechniken und wirksame Abluftreinigungsmaßnahmen deutlich redu-ziert, jedoch nicht gänzlich vermieden werden können. Eine

Biomonitoring as a part of an ecological assessment of an automotive manufacturing site – Part 3: Documentation of air quality with lichen mappings and measurements of the nitrogen input with diffusive samplers

Abstract Within the frame of a biological monitoring for ecosystem

assessment at Daimler AG's Mercedes-Benz plant in Rastatt lichen mapp -

ings were carried out in 2000 and 2008 as an indicator of air quality in

the vicinity of the plant. In 2008 the monitoring also included the deter-

mination of the lichen surface area to allow an ecological evaluation of

the local conditions by using rating values of the occurring species. With

regard to the increasing occurrence of lichen species favoured by nitro -

genous compounds and dusts or other pollutants with eutrophicating

effects, the concentration of nitrogen oxide (NO, NO2) and ammonia

(NH3) was randomly measured with diffusive samplers at six sites. It was

possible to detect zones of different air quality and to show the temporal

development of air quality in the Rastatt area. At about two thirds of the

mapping sites a partially substantial decrease of air quality and an in -

creas ing influence of eutrophic pollutants was detected. The rating

values of the lichens supported the differentiated assessment of the

measured surfaces. In some areas the impact of eutrophicating sub-

stances on tree bark was clearly above the average, resulting in a corres-

ponding effect on the occurrence of lichens. The use of diffusive samp -

lers resulted in information about the ambient air concentration of NO,

NO2 and NH3 in the Rastatt area, their possible sources and their effects

on lichens. Relations between the location of the sites, their utilization,

the effects of traffic in urban areas, the influence of agriculture and farm -

ing, local climatic effects and air quality could be documented. Besides

local emissions it must be assumed that there is also a (supra-)regional

impact of eutrophicating substances.

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Bioindikation

suchung im Jahr 2000 sollte nun bei der Wiederholung der Kartierung im Jahr 2008 sowohl die aktuelle lufthygienische Situation im Umfeld des Werks Rastatt als auch die zeitliche Entwicklung der Luftgüte seit der ersten Erhebung doku-mentiert werden. Die Kartierung im Jahr 2008 wurde ergänzt durch den Ein-satz der Flächenbestimmung epiphytischer Flechten nach VDI 3957 Blatt 8 [4]. Bei diesem Verfahren können die vor-kommenden Flechtenarten aufgrund ihrer spezifischen An-sprüche an das Substrat als Anzeiger für die Qualität und Quantität von abiotischen Umweltfaktoren benutzt werden. Sie ermöglichen damit eine zusätzliche ökologische Bewer-tung eines Standorts bzw. das Aufzeigen von Veränderungen. Veränderte Flechtenzusammensetzungen, insbesondere die Häufung eutrophierungsanzeigender Arten an verkehrs-nahen Standorten, weisen auf eine erhöhte Bedeutung von stickstoffhaltigen Luftverunreinigungen jenseits von NOx hin. Die Vermutung, dass Ammoniak (NH3) als Nebenpro-dukt der NOx-Umwandlung im Katalysator von Verbren-nungsmotoren (Straßenverkehr) hier eine wesentliche Rolle spielt, wurde durch Emissionsmessungen, wie auch durch erste Immissionsmessungen im Straßennahbereich, bestä-tigt [5; 6]. Da in Deutschland, anders als z. B. in den Nieder-landen, bisher nur wenige Immissionsdaten zur Verfügung stehen, wurde deshalb an sechs Messpunkten die Immis-sionsbelastung durch Stickstoffoxide (NO, NO2) und Ammo-niak (NH3) mithilfe von Passivsammlern stichprobenartig im Untersuchungsgebiet erfasst.

2 Methodik

2.1 Messnetz

Die Größe und die Ausrichtung des Untersuchungsraums orientierten sich an den von der Umweltforschung der Daimler AG durchgeführten Immissionsmessungen bzw. von Simulationsrechnungen und den dadurch dokumentier-ten Ausbreitungsverhältnissen für die im Werk Rastatt ent-stehenden Luftverunreinigungen. Die Kartierung des Flech-tenbestands erfolgte innerhalb eines 1 km x 1 km-Mess -netzes auf der Basis der Gauß-Krüger-Koordinaten auf 18 Messflächen sowie an den beiden Messpunkten „Immis-sionsmessstation (IM)“ nahe Tor 1 und „Stadtzentrum (SZ)“ (Bahnhofstraße), siehe Bild 1. Das kartierte Gebiet umfasst sowohl Flächen, die überwiegend landwirtschaftlich genutzt werden (im Süden und Westen), als auch Bereiche, die durch Industrie und/oder Gewerbe (Werksgelände, Teile des Stadtgebiets Rastatt) bzw. durch Wohnbesiedlung geprägt sind.

2.2 Kartierung des Flechtenbestands

Die Aufnahme des Flechtenbestands und ihre Auswertung im Jahr 2000 erfolgte gemäß den Vorgaben der damals gülti-gen Richtlinie VDI 3799 Blatt 1 [7], auf die auch im „Leitfaden – Indikatoren im Rahmen einer Lokalen Agenda 21“ [8] zur Erfassung von Veränderungen des Bestands an Flechten bzw. des Ausmaßes der Luftverschmutzung verwiesen wird. Im Dezember 2005 wurde diese Richtlinie durch ein neues Verfahren – VDI 3957 Blatt 13 [3] – abgelöst. Auch bei dem neuen Verfahren wird das Ausmaß der Umweltbelastung in einem Untersuchungsraum durch die Verbreitung und Häu-figkeit (Diversität) der vorkommenden Flechtenarten in einer definierten Kartierungsfläche ermittelt. Die Aus- und Bewertung der Kartierungsdaten erfolgt nun aber nach

einem anderen Schema. Die Richtlinie ist auf die Verhältnis-se von Mitteleuropa abgestimmt und basiert auf dem Vor-schlag für eine europaweit einheitliche Methode [9]. Eine ebenfalls auf diesem Vorschlag aufbauende Richtlinie exis-tiert auch in Italien [10]. Die neue VDI-Richtlinie berücksichtigt nun die Tatsache, dass als Folge mehrerer Umweltschutzgesetze seit Mitte der 1980er Jahre die Konzentration der sauren Schadgase – vor allem Schwefeldioxid – in der Luft und folglich auch an den Baumborken deutlich abgenommen hat. Gleichzeitig ver-stärkten sich aber die Auswirkungen luftgetragener Nähr-stoffverbindungen, insbesondere stickstoffhaltiger Verbin-dungen und Stäube. Manche dieser Stoffe, wie z. B. Ammo -niak (NH3), können sowohl den pH-Wert erhöhen als auch zu einer Nährstoffanreicherung des Substrats (Eutrophierung), beitragen. Demzufolge werden nun Flechtenarten, die einen Rinden-pH-Wert im neutralen Bereich bevorzugen (Neutro-phyten) bzw. düngungstolerant sind (Eutrophierungszeiger) überproportional gefördert. Für die säuretoleranten Flech-ten (Acidophyten) hat dagegen die Erhöhung der pH-Werte auf der Rinde ungünstige Bedingungen geschaffen. Zusätz-lich tolerieren sie die Einwirkungen des Stickstoffs und an-derer Immissionen mit düngender Wirkung schlecht und sind dadurch gegenüber den Eutrophierungszeigern weni-ger konkurrenzkräftig. Aus diesen Gründen ist seit Ende des letzten Jahrhunderts eine kontinuierliche Abnahme dieser Arten festzustellen. In dieser Situation erweist sich folglich die Berechnung eines Indexes, der – wie in Richtlinie VDI 3799 Blatt 1 [7] – auf der Aufsummierung aller Flechten-arten beruht, als nicht mehr zielführend für die Beurteilung der Immissionsbelastung, weil hohe Diversitätswerte nicht automatisch mit einer verringerten Immissionsbelastung einhergehen. Daher wird nun der Flechtendiversitätswert

Bild 1. Flechtenkartierung im Raum Rastatt 2008 – die Luftgüteindizes an den 18 Messflächen bzw. an den zwei Messpunkten Immissionsmessstation (IM) und Stadtzentrum (SZ), Erfassung mit dem fünffeldrigen Aufnahmegitter nach VDI 3957 Blatt 13. Erste Ziffer: Bewertung der Luftgüte: 1 – sehr geringe Luftgüte, 2 – geringe Luftgüte,

3 – mäßige Luftgüte, 4 – hohe Luftgüte, 5 – sehr hohe Luftgüte.

Zweite Ziffer: Einfluss eutrophierender Luftverunreinigungen: E1 – sehr geringer Einfluss,

E2 – geringer Einfluss, E3 – mäßiger Einfluss , E4 – starker Einfluss , E5 – sehr starker Einfluss .

Zahl im Stern: Messpunkte der Immissionsmessung mit Diffusionssammlern

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für die Eutrophierungszeiger getrennt von den anderen Arten (Referenzarten) berechnet und bei der Bewertung der lufthygienischen Situation negativ belegt. Zu diesem Zweck enthält die Richtlinie VDI 3957Blatt 13 [3] neben einer Liste mit 16 Flechtenarten, die durch nährstoffreiche Immissio-nen – vor allem Stickstoffverbindungen und Stäube – geför-dert werden, auch eine spezielle Bewertungsmatrix zur Be-stimmung der Luftgüte.

2.3 Flächenbestimmung epiphytischer Flechten zur

ökologischen Bewertung von Standorten mithilfe der

Zeigerwerte von Flechten

Eine detaillierte Beobachtung der momentan feststellbaren Änderung des Artenspektrums anhand einzelner Flechten-individuen im zeitlichen Verlauf ist mit der Frequenzmetho-de nach VDI 3957 Blatt 13 [3] nicht möglich, weil sie die Fläche (Deckungsgrad) der Flechten nicht berücksichtigt. Damit auch unter diesem Aspekt standardisierte Unter-suchungen mit Flechten erfolgen können, wurde eine Methode aufgegriffen und modifiziert, die u. a. im Wirkungs-kataster Baden-Württemberg zur Erfassung immissions-bedingter Veränderungen im Flechtenwachstum entwickelt und verwendet wurde [11; 12]. Bei diesem Verfahren – veröffentlicht als Richtlinie VDI 3957 Blatt 8 [4] – wird pro Messfläche derjenige Baum aus der Kar-tierung ausgewählt, der den besten Flechtenbewuchs im Aufnahmegitter aufweist. Innerhalb der zehn Aufnahmefel-der werden die vier Flächen mit dem besten Flechtenbe-wuchs bestimmt. Auf dieser 20 cm x 20 cm großen Fläche überträgt man die Kontur aller vorkommenden Flechten mit Filzstiften auf eine am Stamm befestigte Folie. Nach dem Digitalisieren der Folie werden die Flächen der einzelnen Flechten mittels einer speziellen Software ermittelt. Anhand der Flächenanteile und verschiedener Zeigerwerte von Flechtenarten lassen sich flächengewichtete mittlere Zei-gerwerte berechnen, die dann eine ökologische Bewertung der kartierten Standorte ermöglichen.

2.4 Messung der Immissionsbelastung mit Diffusionssammlern

Zur Erfassung gasförmiger Luftverunreinigungen werden seit Jahren routinemäßig Diffusionssammler (Passivsamm-ler) genutzt [13; 14]. Bei diesem Messprinzip gelangen die Luftverunreinigungen über eine definierte Diffusions -strecke zu einem Absorptionsmittel, in dem sie – z. B. durch eine quantitative chemische Reaktion – „gespeichert“ wer-den und damit für die spätere analytische Bestimmung im Labor verfügbar sind. Anders als zeitlich hochauflösende „aktive“ Analysenverfahren integrieren Diffusionssammler die Immissionsbelastung über die gesamte Expositions -dauer (mehrere Tage bis mehrere Wochen) und liefern da-mit einen zeitlichen Mittelwert. Das kostengünstige Einsatz-prinzip ermöglicht Untersuchungen mit hoher räumlicher Auflösung; die Empfindlichkeit kann durch die Wahl der Ex-positionsdauer in gewissen Grenzen variiert werden. Zur Ermittlung der Immissionsbelastung durch NO, NO2 und NH3 wurden Diffusionssammler des Schwedischen Umwelt-forschungsinstituts (IVL Svenska Miljöinstitutet, Göteborg) mit entsprechender spezifischer Empfindlichkeit verwendet [15]. Diese Sammler werden weltweit im Routinemonitoring eingesetzt, u. a. auch im Rahmen von Luftschadstoffmessun-gen durch Landesbehörden und Forschungsanstalten in

Baden-Württemberg, Rheinland-Pfalz und Niedersachsen [16; 17]. Im Rahmen der stichprobenartigen Immissionsmessungen im Raum Rastatt erfolgte die Exposition der Passivsammler an insgesamt sechs Messpunkten, die im Hinblick auf die charakteristischen Nutzungsstrukturen (landwirtschaft -liche Nutzflächen, Randbereich des Werks mit Zufahrts -straßen, städtischer Bereich) ausgewählt wurden (s. Bild 1). Um typische Witterungs- und Immissionsbedingungen zu erfassen, fanden die Messungen in zwei vierwöchigen Peri-oden im Februar (Winter) und im Mai/Juni (Frühsommer) statt.

3 Ergebnisse

3.1 Flechtenkartierung

Die Kartierung erfolgte gemäß VDI 3957 Blatt 13 [3] mit dem fünffeldrigen Aufnahmegitter an vier Stammseiten an insge-samt 107 Bäumen der Baumarten-Gruppe 1 – Rinde unter natürlichen Verhältnissen ± subneutral. Damit die Ergebnis-se der beiden Kartierungen verglichen werden konnten, wurde der Flechtenbestand wie im Jahr 2000 auch mit dem zehnfeldrigen Aufnahmegitter nach der inzwischen zurück-gezogenen Richtlinie VDI 3799 Blatt 1, erfasst. Außerdem mussten die Frequenzwerte der Flechten aus der Erhebung im Jahr 2000 getrennt nach Eutrophierungszeiger und Refe-renzarten gemäß VDI 3957 Blatt 13 [3] bewertet werden, um mögliche Veränderungen in der Luftgüte zwischen den bei-den Kartierungen aufzeigen zu können.

3.1.1 Erhebung nach VDI 3957 Blatt 13

Die bei der Kartierung 2008 ermittelten Luftgüteindizes im Raum Rastatt zeigt Bild 1. Insgesamt ergibt sich eine sehr einheitliche Bewertung für die Luftgüte. Mit Ausnahme der Messfläche 18 am südöstlichen Rand des Untersuchungs-raums weisen alle anderen Messflächen sowie die beiden Messpunkte eine „mäßige Luftgüte“ auf (mittlere Luftbelas-tung). Hinsichtlich des zweiten Indexwerts für den Einfluss eutro-phierender Luftverunreinigungen ist bei den Messflächen ebenfalls eine einheitliche Bewertung mit „sehr starkem Einfluss“ (E5) festzustellen, ausgenommen Messfläche 14 mit „starkem Einfluss“ (E4). Der in Messfläche 14 gelegene Messpunkt 30 (SZ) weist ebenfalls die Stufe „starker Ein-fluss“ (E4) auf, der niedrigste Anteil an Referenzarten über-haupt zeigt hier aber tendenziell ungünstigere Wuchs -bedingungen für Flechten an. Betrachtet man in einer weiteren Auswertung die Flechten-diversitätswerte im Hinblick auf die Klassengrenzen der Be-wertungsmatrix in VDI 3957 Blatt 13, so lassen sich inner-halb der Stufe „sehr starker Einfluss“ (E5) anhand hoher Flechtendiversitätswerte der Referenzarten an drei Mess -flächen (9, 10, 11) sowie an Messpunkt 31 (Immissionsmess-station) tendenziell bessere Wuchsbedingungen für die Flechten ausmachen. Umgekehrt ergeben sich für sieben Messflächen sowohl im Bereich landwirtschaftlicher Nutz-flächen (Messfläche 1, 2, 7, 15, 17) als auch im städtischen Umfeld (Messfläche 5, 6) sowie an Messpunkt 30 (SZ) etwas ungünstigere Wuchsbedingungen. Ein eindeutiger Schwer-punkt für den Einfluss eutrophierender Luftverunreinigun-gen ist somit nicht erkennbar.

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l Luftgüte gleich bleibend/Einfluss eutrophierender Luft-verunreinigungen zum Teil deutlich steigend: bei drei der 18 Messflächen am westlichen Rand des Werksgeländes (Mess-fläche 8), im Stadtzentrum (Messfläche 14) und am südöst-lichen Rand des Untersuchungsgebiets (Messfläche 18) so-wie bei Messpunkt 30 (SZ); l Luftgüte zum Teil deutlich abnehmend/Einfluss eutro-phierender Luftverunreinigungen zum Teil deutlich stei-gend: bei zehn der 18 Messflächen sowohl im Bereich land-wirtschaftlicher Nutzflächen als auch im östlichen Teil des Werksgeländes in Richtung Stadtzentrum.

3.1.2 Veränderungen in der Luftgüte im Raum Rastatt

Bild 2 zeigt die Luftgüte für die Kartierung im Jahr 2000, neu bewertet nach VDI 3957 Blatt 13, im Vergleich zur Situation im Jahr 2008. Aus der Gegenüberstellung der beiden Luft-gütekarten sind folgende Veränderungen in der Luftgüte seit dem Jahr 2000 erkennbar: l keine Veränderungen bei Luftgüte und Einfluss eutrophie-render Luftverunreinigungen: bei fünf der 18 Messflächen im Norden von Rastatt im Bereich landwirtschaftlicher Nutz-flächen (Messfläche 2, 3) sowie östlich von Ottersdorf (Mess-fläche 11) und im südlichen Werksbereich (Messfläche 12) sowie bei Messpunkt 31 (Immissionsmessstation);

Bild 3. Flechtenkartierung im Raum Rastatt – Mittlere Reaktionszahlen R der Flechten pro Messfläche/-punkt als Maß für den pH-Wert der Rinde (links) und mittlere Nährstoffzahlen N der Flechten pro Messfläche/-punkt als Maß für die Nährstoffversorgung/Eutrophierung (rechts). Definition der R-Zahl nach VDI 3957 Blatt 8 [4]: 1 extrem sauer/pH < 3,4 ; 5 mäßig sauer/pH 4,9 bis 5,6; 7 subneutral/pH 5,7 bis 6,5; 9 basisch pH > 7

Definition der N-Zahl nach VDI 3957 Blatt 8 [4]: 1 mineralarm; 3 mäßig mineralreich, keine oder sehr geringe Eutrophierung; 5 mineralreich oder mäßig mit nährstoffreichem Staub imprägniert;

9 sehr stark staubimprägnierte Rinde

Bild 2. Flechtenkartierung im Raum Rastatt – die Luftgütekarten basieren auf den Ergebnissen der Kartierungen im Jahr 2000 (links) und 2008 (rechts) (Auswertung nach VDI 3957 Blatt 13). Bedeutung der Ziffern siehe Legende von Bild 1

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N-Zahlen eine gewisse Nachwirkung saurer Luftverunreini-gungen – insbesondere SO2 – anzunehmen ist. Messfläche 9 und 10 gehören zu den Flächen, die durch vergleichsweise höhere Flechtendiversitätswerte der Referenzarten inner-halb der Stufe „sehr starker Einfluss“ (E5) (vgl. Abschn. 3.1.1) tendenziell bessere Wuchsbedingungen aufweisen. Von einem weiteren relevanten Eintrag saurer Luftverunrei-nigungen ist heute kaum noch auszugehen. Weiterhin wird eine mögliche Eutrophierung der Rinde an den erfassten Bäumen durch Staub zum Teil noch durch die niedrigeren pH-Werte abgepuffert. Erst wenn diese Nachwirkung nach-lässt, dürfte sich die Eutrophierung stärker im Flechtenbe-wuchs (Artenspektrum, Häufigkeit) bemerkbar machen. Die aufgezeigten Veränderungen in der Luftgüte im Raum Rastatt insgesamt sowie die Aussagen anhand der Reaktions- und Nährstoffzahlen spiegeln sich in den Veränderungen im Vorkommen einzelner Flechtenarten wider. Die höchsten Anteile an der Gesamtfrequenz 2000/2008 sowie deutliche Zunahmen weisen die in der Richtlinie VDI 3957 Blatt 13 [3] als Eutrophierungszeiger gekennzeichneten Flechten auf (vgl. Tabelle 1). Auch bei der Blattflechte Candelaria

concolor – die zwar nach VDI 3957 Blatt 13 den Referenzarten zuzuordnen ist, aber vor allem auf mäßig sauren bis subneu-tralen und mineralreichen, oft staubimprägnierten Rinden siedelt – nimmt der prozentuale Anteil wie bei den Eutro-phierungszeigern ebenfalls zu. Flechtenarten aus der Gruppe der Referenzarten, die eher saure und weniger stark eutrophierte Rinden bevorzugen, wie z. B. Hypogymnia physodes, die Parmelia-Arten und die Strauchflechten, weisen dagegen eine deutliche Abnahme ihres Anteils am Flechtenbewuchs auf.

3.3 Immissionsbelastung durch NO, NO2 und NH3

Die über jeweils vier Wochen im Februar und Mai/Juni er-fassten Immissionskonzentrationen für NO, NO2 und NH3

3.2 Flächenbestimmung epiphytischer

Flechten

Im Hinblick auf eine Darstellung der zeitlichen Entwicklung und/oder der möglichen Ursachen der ermittelten lufthygienischen Situation bedarf es einer genaueren Betrachtung des Vor-kommens und der speziellen Ansprü-che der Flechtenarten an das Substrat. Hierzu dienen sog. Zeigerwerte [18], die auch in der Richtlinie VDI 3957 Blatt 8 [4] zur Berechnung des flächenge-wichteten Zeigerwerts für den pH-Wert der Rinde (R-Zahl) und für den Nähr-stoffgehalt (N-Zahl) eingesetzt werden. Die mittleren Reaktionszahlen pro Messfläche liegen in einem Bereich zwischen 3,96 und 6,88 (Mittelwert: 5,57), siehe Bild 3 links, und charakteri-sieren damit Rinden-pH-Werte zwi-schen 4,1 (ziemlich bis mäßig sauer) und 6,5 (subneutral). Der durch Immis-sionen nicht beeinflusste pH-Wert liegt für die untersuchten Baumarten bei Ap-fel und Linde bei pH 4,9 bis 5,6, bei Spitz- und Bergahorn sowie bei Wal-nuss bei pH 4,9 bis 7,0 [19]. Die an den ausgewählten Bäumen erfasste Flech-tenvegetation spiegelt bei diesem Kriterium damit ins-gesamt diese Substrateigenschaften wider. Reaktionszahlen unter 6 sind an elf der 18 Messflächen zu verzeichnen und geben einen Hinweis darauf, dass hier zum einen eine früher erfolgte Absenkung des Borken-pH-Werts durch saure Luftverunreinigungen noch nachwirken kann bzw. dass andererseits an diesen Bäumen der Eintrag von eutrophierenden, pH-Wert-erhöhenden Immissionen noch nicht so stark ist, dass sich eine entsprechende Änderung im Artenspektrum bemerkbar macht. Dagegen weisen die höchsten Reaktionszahlen in den Messflächen 8, 15 und 16 am südwestlichen Rand des Werksgeländes bzw. im süd-westlichen Bereich des kartierten Gebiets darauf hin, dass hier der pH-Wert der Rinde aufgrund einer Eutrophierung durch basenhaltige Stäube und/oder Ammoniakemissionen bereits im Bereich subneutral liegt. Die ermittelten Nährstoffzahlen pro Messfläche liegen zwischen 3,05 und 5,99 (Mittelwert: 4,79), siehe Bild 3 rechts. Die Rinde von Walnuss- und Ahornbäumen gelten als mine-ralreich, Nährstoffzahlen im Bereich 5 bis 5,5 spiegeln hier also natürliche Verhältnisse wider [19]. Bei Nährstoffzahlen von 6 und höher nimmt die Wahrscheinlichkeit einer Eutro-phierung durch Staubanwehungen und somit eine Beein-flussung des Nährstoffgehalts der Rinde zu. Dies trifft hier vor allem für die Messflächen 8 und 13 sowie 15 und 16 zu. Gehen dagegen die Nährstoffzahlen in Richtung 3 wie bei Messfläche 10, ist keine oder eine sehr geringe Eutrophie-rung anzunehmen. Reaktions- und Nährstoffzahlen zeigen insgesamt eine deut-liche positive Beziehung (Korrelationskoeffizient r = +0,92): An Messpunkten mit einer vergleichsweise hohen Reak -tionszahl erreicht auch die Nährstoffzahl einen hohen Wert. Diese Beobachtungen lassen den Schluss zu, dass gerade an den Messflächen am Rand bzw. im Stadtzentrums selbst (Messflächen 9, 10, 14) anhand der relativ niedrigen R- und

Flechtenart Anteil an Gesamtfrequenz in % Veränderungen in %

2000 2008

Ramalina farinacea 0,37 0,05 -86

Parmelia tiliacea 0,24 0,07 -71

Pseudevernia furfuracea 0,55 0,24 -56

Hypogymnia physodes 2,33 1,19 -49

Parmelia glabratula 2,45 1,36 -44

Usnea spec 0,06 0,03 -41

Parmelia sulcata 8,48 5,69 -33

Hypogymnia tubulosa 0,71 0,49 -31

Evernia prunastri 1,07 0,86 -20

Physcia adscendens/tenella 19,18 18,57 -3

Phaeophyscia orbicularis 12,39 15,66 26

Xanthoria parietina 7,58 11,63 53

Lecidella elaeochroma 1,20 1,89 57

Xanthoria candelaria 0,39 0,63 59

Xanthoria polycarpa 0,41 0,70 69

Phaeophyscia nigricans 1,73 100

Lecanora pulicaris 0,02 0,05 165

Physconia grisea 0,45 1,22 169

Candelaria concolor 1,87 5,88 212

Lecanora hagenii 0,30 1,03 248

Tabelle 1. Veränderungen in der Verbreitung relevanter Flechtenarten zwischen den Kartierungen 2000 und 2008, ermittelt anhand ihres prozentualen Anteils an der Gesamtfrequenz. Fett gedruckt: Eutrophierungszeiger (nach VDI 3957 Blatt 13 [3])

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wurden gemittelt (Tabelle 2), weiterhin erfolgte aus diesen drei Komponenten die Berechnung einer kumulierten Stick-stoffkonzentration (Bild 4). Die niedrigste Belastung ergibt sich für Messpunkt 2 im Be-reich extensiv genutzter Wiesenflächen, die bis auf die Nord-seite weitgehend durch das umgebende Waldgebiet abge-schirmt sind. Es folgt mit Messpunkt 1 ein Standort, der im Bereich landwirtschaftlicher Nutzflächen liegt und ebenfalls von Waldflächen umgeben ist. Mit jeweils etwas Abstand fol-gen Messpunkt 5, 3 und 4. Die höchste kumulierte Stickstoff-konzentration, also der höchste Stickstoffeintrag, ist – wie erwartet – an Messpunkt 6 im Stadtzentrum festzustellen. Aussagen zu den Verursachern dieser Immissionen lassen sich aus dem Vergleich der einzelnen Schadstoffkonzentra-tionen ableiten. Die höchsten Konzentrationen an NH3 sind an Messpunkten 1 und 6 zu verzeichnen. Da sich im Stadt-

zentrum auch überdurchschnittliche NO- und NO2-Konzentrationen erge-ben, wird die an Messpunkt 6 ermittelte NH3-Belastung durch den starken in-nerörtlichen Verkehr auf der Bahnhof-straße verursacht. Demgegenüber tre-ten an Messpunkt 1 deutlich niedrigere NO- und NO2-Konzentrationen auf, so-dass in diesem Fall kein Zusammen-hang zwischen der erhöhten NH3-Kon-zentration und dem Kfz-Verkehr abge-leitet werden kann. Hier ist vielmehr von einem Ammo niakeintrag durch die landwirtschaftliche Nutzung (Acker -flächen, Sonderkulturen) auszugehen. Dagegen macht sich im Vergleich zu Messpunkt 1 die Lage von Messpunkt 2

in einem abgeschirmten landwirtschaftlich extensiv genutz-ten Bereich durch eine deutlich niedrigere NH3-Konzentra -tion bemerkbar. Bei den Messpunkten am nördlichen und südlichen Rand des Werksgeländes liegen die Konzentratio-nen für NO, NO2 und NH3 in einem mittleren Bereich. Die Aussagekraft einer Beurteilung dieser Immissionskon-zentrationen wird durch die kurze Messdauer zwar einge-schränkt. Im Hinblick auf die aktuelle Problematik hinsicht-lich der Belastung durch stickstoffhaltige Immissionen sol-len aber doch entsprechende Hinweise gegeben werden. Der ab 2010 geltende Immissionsgrenzwert für NO2 zum Schutz der menschlichen Gesundheit von 40 µg/m³ [20] wird an keinem der sechs Messpunkte überschritten. Die mit 24,9 µg/m³ höchste Belastung weist mit einem Anteil von 62 % an diesem Grenzwert Messpunkt 6 auf. Der zum Schutz der Vegetation geltende Immissionsgrenzwert für NOx von

Bild 4. Mittlere Belastung durch gasförmige Stickstoffverbindungen (NO, NO2, NH3) an den sechs Messpunkten im Raum Rastatt, ermittelt mit Diffusionssammlern im Februar und Mai/Juni 2008. Die Höhe der einzelnen Säulen entspricht der über die drei Kompo-nenten kumulierten N-Konzentration in µg/m³.

Messpunkt Nr. NO NO2 NOx NH3

1 - Plittersdorf-Rodsbach 13,9 15,8 37,2 2,8

2 - Ottersdorf-Spieß 14,5 13,9 36,2 1,9

3 - Kreuzung Tor 3 19,0 22,2 51,3 2,1

4 - Kreuzung Tor 6 20,0 18,6 49,3 2,1

5 - Rastatt-Nord 17,7 19,1 46,3 2,0

6 - Stadtzentrum 23,4 24,9 60,7 2,7

Grenzwert 22. BImSchV 40 * 30 **

TA Luft 40 * 30 ** 10 **** Jahresmittel-Grenzwert zum Schutz der menschlichen Gesundheit** Jahresmittel-Grenzwert zum Schutz der Vegetation*** Beurteilungsmaßstab für das Vorliegen erheblicher Nachteile durch Schädigung empfi ndlicher Pfl anzen

und Ökosysteme durch die Einwirkung von Ammoniak (TA Luft/Anhang 1)

Tabelle 2. Mittlere Konzentrationen von NO, NO2, NOx und NH3, ermittelt mit Diffusionssammlern bei zwei Messperioden im Februar und Mai/Juni 2008 (alle Angaben in µg/m³).

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30 µg/m³ [20] wird dagegen an allen sechs Messpunkten um den Faktor 1,2 bis knapp 2,0 deutlich überschritten. In An-hang 1 der TA Luft ist als Beurteilungsmaßstab für NH3 ein Wert von 10 µg/m³ zum Schutz empfindlicher Pflanzen und Ökosysteme festgelegt [21]. In immissionsschutzrechtlichen Genehmigungsverfahren von Tierhaltungsanlagen darf die Gesamtbelastung diesen Wert nicht überschreiten. Dieser Wert wird aber selbst an den beiden höchstbelasteten Mess-punkten 1 und 6 deutlich unterschritten, die Belastung bleibt insgesamt unter einem Anteil an 30 % an diesem Beurtei-lungswert (vgl. Tabelle 2).

4 Diskussion

Anhand der Luftgütekarten der Flechtenkartierungen las-sen sich für den Raum Rastatt Veränderungen zwischen den Jahren 2000 und 2008 dokumentieren. Messflächen/-punk-te, bei denen sich durch die differenzierte Betrachtung der Luftgüteindizes etwas günstigere Wuchsbedingungen erge-ben, weisen i. d. R. auch höhere Artenzahlen auf (Mess -fläche 9, 10, 11). Für diese Flächen ergeben sich weiterhin relativ niedrige Reaktions- und Nährstoffzahlen, ein Zeichen dafür, dass hier noch eine gewisse Nachwirkung saurer Luft-verunreinigungen anzunehmen ist bzw. eine Eutrophierung der Rinde sich noch nicht so stark auf das Artenspektrum der Flechten auswirkt. So kommen an diesen Standorten noch Strauchflechten (vor allem Evernia prunastri und Pseudever-

nia furfuracea) sowie die Blattflechte Hypogymnia physodes mit vergleichsweise höheren Frequenzwerten vor, also Flechten, die eher saure Borken und eine geringe Eutrophie-rung bevorzugen. Demgegenüber weist hier die vor allem auf subneutralem und eutrophiertem Substrat wachsende Blattflechte Xanthoria parietina die niedrigsten Frequenz-werte auf. An Messflächen/-punkten mit tendenziell un-günstigeren Wuchsbedingungen (Messfläche 1, 15, 17, Messpunkt 30) sind dagegen eher niedrigere Artenzahlen sowie höhere R- und N-Zahlen festzustellen – ein Zeichen dafür, dass in diesen Bereichen der Borken-pH-Wert und der Mineralgehalt durch den Eintrag nährstoffreicher Stäube er-höht wurde. Gerade an den Messpunkten 30 (Stadtzentrum) und 31 (Im-missionsmessstation) – die dort kartierten Bäume stehen je-weils nahe beieinander und in unmittelbarer Nähe zu stark befahrenen Hauptstraßen – wird anhand der mit den Diffu -sionssammlern ermittelten NO-, NO2- und NH3-Konzentra-tionen ein Zusammenhang zwischen geringem Flechten -bewuchs und Kfz-Verkehr erkennbar: So ist nahe Messpunkt 30 (Stadtzentrum) die höchste Gesamt-Stickstoffkonzentra-tion in der Bahnhofstraße (Messpunkt 6) zu verzeichnen, der zweithöchste Wert an der Kreuzung bei Tor 3 (Messpunkt 4) nahe dem Messpunkt 31 (Immissionsmessstation). Dass der Flechtenbewuchs am Messpunkt 31 dennoch besser ist als im Stadtzentrum, ist vor allem auf die unterschiedlichen Standortgegebenheiten (Bebauung, Durchlüftung, Luft-feuchtigkeit usw.) zurückzuführen. Dies gilt ebenfalls für den Kreuzungsbereich nahe Tor 6 (Messpunkt 3). Der an rund zwei Drittel der Messflächen verzeichnete An-stieg des Einflusses eutrophierender Luftverunreinigungen weist darauf hin, dass hier bestimmte Flechtenarten – die Eutrophierungszeiger – bessere Wuchsbedingungen vorfin-den und im Jahr 2008 stärker vertreten sind als bei der ersten Kartierung im Jahr 2000. Die sinkende Luftgüte ist deshalb

vor allem auch auf den im Vergleich zu den Eutrophierungs-zeigern abnehmenden Anteil an Strauchflechten und Blatt-flechten aus der Gruppe der „Referenzarten“ zurückzu -führen. Im Vergleich zu den ersten Ammoniakmessungen 2005/2006 in Baden-Württemberg liegen die in Rastatt ermittelten Kon-zentrationen im oberen Bereich der Daten von Messpunkten in Siedlungen bzw. an Hauptstraßen sowie im unteren Be-reich der Daten von Messpunkten in der Umgebung land-wirtschaftlicher Betriebe [6]. Trotz dieser stichprobenarti-gen Messungen und des dadurch bedingten geringen Daten-umfangs ist also tendenziell ein Zusammenhang zwischen Verkehrsbelastung bzw. verkehrstypischer Immissionskom-ponenten (NO, NO2) und der Ammoniakbelastung erkenn-bar. Anhand dieser Ergebnisse ist daher im Untersuchungsraum Rastatt von einem großflächigeren Einfluss stickstoffhaltiger Schadstoffkomponenten in der Luft auszugehen. Als anthro-pogene Ursache für die weite Verbreitung von Flechten, die durch nährstoffhaltige Immissionen – vor allem Stickstoff-verbindungen und Stäube – gefördert werden, ist der Kfz-Verkehr im weiteren Umfeld der Stadt, ein gewisser Beitrag nährstoffhaltiger Stäube durch die Anwehung von Acker -boden vor allem im Winterhalbjahr aus dem Bereich der landwirtschaftlich genutzten Flächen sowie der überregio-nale Eintrag stickstoffhaltiger Immissionen als Ursache der Eutrophierung anzusehen. Diese Beurteilung der Luftqualität im Raum Rastatt stimmt sehr gut mit den Ergebnissen aus Langzeituntersuchungen in anderen Gebieten Baden-Württembergs [22; 23] und Hessens [24] überein und macht damit vor allem auf die überregionale Bedeutung des zunehmenden Stickstoffein-trags in die Umwelt aufmerksam. So nahm im Jahr 2002 die Verbreitung der Referenzarten auf den Flächen, die 1992 noch überwiegend günstige lufthygienische Bedingungen aufwiesen, ab [24]. Die Entwicklung der Eutrophierungs -zeiger ergab dagegen einheitlich an allen Dauerbeobach-tungsflächen eine Zunahme des Vorkommens. Diese Zu-nahme wird aufgrund der Emissionsverhältnisse in Hessen auf den Eintrag von eutrophierenden Verbindungen durch Ferntransport in Verbindung mit dem Rückgang der sauren Luftverunreinigungen zurückgeführt [25]. Auch aus Nieder-sachsen und Nordrhein-Westfalen ist seit einigen Jahren eine derartige Entwicklung im Flechtenbestand zu beobach-ten [26 bis 29]. Sie macht damit auf die überregionale Bedeu-tung des zunehmenden Stickstoffeintrags in die Umwelt auf-merksam.

5 Fazit

Die Kartierungsrichtlinie des VDI hat sich im praktischen Einsatz bewährt. Anhand einer nachträglichen Auswertung der Kartierungsdaten 2000 nach VDI 3957 Blatt 13 konnte die zeitliche Entwicklung der Luftgüte dokumentiert werden. Der Einsatz von Passivsammlern lieferte ergänzende Hin-weise hinsichtlich der Höhe eines möglichen Stickstoffein-trags, seiner Herkunft und seiner Wirkung auf Flechten. Es lassen sich bezüglich einer Ursachenanalyse für die erfasste lufthygienische Situation im Kartierungsgebiet Beziehun-gen zwischen der Lage der Messflächen, ihrer Nutzung, dem Kfz-Verkehr, dem Einfluss der landwirtschaftlichen Nut-zung, lokalklimatischen Effekten und der Luftgüte ableiten.

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