Wirkungskataster Der Boden im Wirkungskataster

Der Bode.n im Wirkungskataster Thomas N61tner, Kay Rahtkens

J Ministerium fiir Umwelt, Baden-Wiirttemberg, Ref. 44, Kernerplatz 9, D-70182 Stuttgart " I.andesanstalt tLir Umweltschutz, Baden Wiirttcmberg, Referat Bodenschutz, Griesbachstr. I, D-76I,q5 Karlsruhe

Z u s a m m e n f a s s u n g

Die stoffliche Beschaffenheit yon B6den ist yon grunds~itzlicher Bc- deutung fiJr die Vorgehensweise bei der Untersuchung wirkungsbe- zogener Fragestelh, ngen. In dem Beitrag werden emige der beste- henden Konzepte zur Beprobung yon B6den im Rahmen slandort- vergleichender Untersuchungen sowie die wesentlichen Analysepa- rammer im Rahnlcll der allgemeinen Oberwachung des Bodenzu- stands vorgestellt. Insbesondere bei Schadstoffuntersuchungen wird heute zwischen den Stoffvorr~iten im Boden und den 6kotoxischen Anteilen unterschieden. Verschiedene Ans~itze zur Beschreibung die- ser Schadstoffanteile in B6den werden derzeit auf ihre praktische Anwendbarkeit gepriift.

i]blicherweise an Boden-Dauerbeobachtungsfl/ichen (LFU 1993). Grundlage fi;,r die Einrichtung wm Boden-Dauerbe- obachtungsfl~ichen sowie Probennahme, P,'obenvorbe- handlung und -verwahrung, Art der zu untersuchenden Bo- denparameter und Untersuchungsmethoden ist das Arbeits- heft Bodenschutz 1 der Sonderarbeitsgruppe ,,Informati- onsgrundlagen Bodenschutz" der Umweltministerkonfe- renz (SAG 1991), soweit sich dieses mit den speziellen An- forderungen eines Wirkungskatasters deckt und soweit der w)rgeschlagene Untersuchungsumfang fiir die Ziele de," Bioindikation notwendig ist.

1 Welche Bedeutung haben die Baden und ihr Stoffbestand fiir die Bioindikation und das Wirkungskataster ?

Der Boden stellt die pbysische Grundlage fast aller terre- strischen ()kosysteme dar und ist l.ebensraum fiir Pflanzen und Bodenorganismen. lm Rahmen des passiven Monito- rings sind Kennmisse iiber die besonderen pedogenen El- genschaften und Verh~lmisse am Beurteilungsstandort von unverzichtbarer Bedeutung (ZIMMERMANN ~7. UMLAUIq:- ZIMMI'RMaNN 1994). B6den variieren im Wasser-, I,uft-, W/irme- und Stoffhaushalt oft kleinr~iumig i~ber ihre Grim- digkeit, Struktur und Textur, die Porenraumverteilung, den Mineral- und Humusbestand sowie die Bodenreaktion. Diese Kenngr6t~en stellen, neben klimatischen Einfli]ssen, die Rahmenbedingt, ngen fiir das nati;,rliche, dutch anthro- pogene lmmissionen unbeeinflugte Vorkommen wm Pflan- zen und bodenbewohnenden Tieren dar. Sch~idliche Immis- sionen wirken im Boden durch Anreicherung oder Mobili- sierung yon Schadstoffen. B6den sind somit Vermittler von Stoffen und Wirkungen. Die Rtickwirkung von immissi- onsgetragenen Schadstoffbelastungen in B6den auf die Um- welt sind vielf~iltiger Art. Schadstoffe k6nnen i;tber L6sung im Bodenwasser, tiber Verdampfung oder tiber Abschwem- mung bzw. Verdriftung von Bodenpartikeln in die Nah- rungskette i;,bergehen oder mit dem Sickerwasser in tiefere Bodenschichten, zum Teil bis zum Grundwassel; verlagert werden.

B6den sind aufgrund ihrer Masse und ihrer Puffereigen- schaften Langzeitindikatoren, d.h. sic sind weniger geeignet kurzfristige, als vielmehr chronische Belastungen anzuzei- gen. Sowohl die Akkumulationsindikation als auch die Re- aktionsindikation sind abh~ingig yon Dauer und Niveau der Schadstoffbelastung auf die B6den einerseits und Im- mobilisierung sowie Abbaubarkeit der Schadstoffe in den B6den andererseits, l~angzeitindikation an B6den erfolgt

2 Was sollte bei der Entnahme der Proben beachtet werden?

Die Art der Bodennutzung beeinflugt das Belastungsniveau des Bodens wesentlich aufg,'und des Ausk/immeffekts der Pflanzenvegetation, der Bearbeitungsintensit~it und de," nutzungsspezifischen Sorptionsverh~ilmisse. Empfohlen wi,'d deshalb eine Differenzierung nach den Haupmutz- ungsarten (G,'i;mland, Wald und Acker). Fro" Waldb6den ist aufgrund der ge,'ingen Lagerungsdichte der humusreichen Oberb6den und der durch Interzeption bedingten hohen Eintr/ige eine differenzierte Beprobung der oberen Mineral- bodenho,'izonte und der organischen Auflage erforderlich. Detaillie,'te,'e I|inweise zu," Vorgehensweise bei der Ent- nahme von Bodenproben im Wald finden sich in der Ar- beitsanleitung zur Bundesweiten Bodenzustandserhebung im Wald (BZE 1990).

Nach den bestehenden Ans~itzen zur E,'fassung und Ube,'- wachung des Bodenzustands (vgl. Kartieranleitung de," Geologischen I.andes/imtm; SAG, BZE) sollen bei standort- vergleichenden Untersuchungen nutzungsbezogen folgende Tiefenstufen schichtweise beprobt werden:

�9 Griinland (Ah-Horizont, 0-10 cm); �9 Wald Auflage (Of/Oh-Horizont, Gel~indeoberfliiche bis

MineralbodenoberflLiche); �9 Wald Oberboden (Ah-I torizont, 0-10 cm); �9 Acker (Ap-t lo,'izont, Bearbeitungstiefe, ()-ca. 30 cm).

Die Erfassung von l lintergrundwerten in (unbelasteten) B6den sollte m6glichst nach horizontspezifischer Bepro- bung erfolgen, da diese Vorgehensweise differenzierte Aus- sagen zul~igt. Generell hat eine Ansprache des gesamten Bodenprofils nach der Kartieranleitung der Geologischen l.andes'/imter (KA 4, AG Bodenkunde 1994) zu erfolgen. Laut l)efinition der Hintergrundwerte fiir B6den sollten in erster Linie die Oberbodenhorizonte (bei Wald zus~itzlich die organische Auflage) und gegebenenfalls der oberste Un-

t,rWSF - Z. Umwehchenl. Okotox. 8 (1) 49-51 (1996) �9 ecomed verlagsgescllsehaft AG & ('o.KG I,andsberg

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terbodenhorizont beprobt werden. Die wesentlichen Vor- gaben de," KA 4 und de, BZE flossen auch in die Zweite Verwaltungsvorschrift des Ulnweltministeriums zum Bo- denschutzgesetz Baden-WiJrttemberg iiber die Proben- nahme und -aufbereitung (VwV Bodenproben 1993) ein.

3 Welche Parameter sind zu untersuchen?

Sch[idliche Wirkungen du,'ch immissionsbedingte Eintrfige in den Boden gehen in den meisten Ffillen von Siiurebild- nern (Anionen), anorganischen Schadstoffen (Schwerme- talle, A,sen und Fluor) und organischen Schadstoffen aus. l.etztere umfassen eine kaum iiberschaubare Vielzahl an Stoffg,'uppen und Einzelstoffen, die sich in ihren chemisch- physikalischen Eigenschaften, ihrer 6kotoxikologischen Wirkung, Menge und Stetigkeit des Vorkommens unter- scheiden. So konnten nach GRAEDEI. 1978 in der Atmos- phfire mehr als 1600 Verbindungen nachgewiesen werden, yon denen vide ffir Organismen akut oder chmnisch to- xisch sind.

Die Auswahl der im Rahmen von Wirkungsuntersuchun- gen zu analysierenden Schadstoffe ,'ichtet sich nach den Ge- sichtspunkten der Kenntnis vo,'handener Eintrfige (Emit- tentenbezug), der analytischen Nachweisbarkeit yon Schadstoffen in B6den und nicht zuletzt auch nach den vor- handenen finanziellen Mitteln. Liegen keine konkreten Kennmisse fiber spezifische Immissionen vor, so ist in An- lehnung an die bei SAG (1991) aufgeftihrten Stoffe bei Schadstoffuntersuchungen an Boden-Dauerbeobachttmgs- flfichen vorzugehen.

4 Analysemethoden

Anorganische Stoffe:

Fi;lr As, Cd, Cu, C,, Hg, Ni, Pb, Se, Sb, "H und Zn werden die Gesamtgehalte im Boden (= Schadstoffvorrat) erfaf.~t. 1)artiber hinaus ist bei wirkungsbezogenen Untersuchun- gen die Erfasstmg der mobilen Fraktion, d.h. des je nach Fragestellung 6kotoxiscb relevanten Anteils dieser Stoffe erforderlich.

Organische Stoffe:

Ubiquit~ir in B6den vorhanden sind die polyzyklischen aro- matischen Koblenwasserstoffe (PAK), polychlorierten Bi- phenyle (PCB), HCI I, HCB sowie PCDD/F (LFU 1993). l)ari;lber hinaus kommen je nach Fragestellung und den be- trachteten Einzelf~illen weitere Analysen auf ubiquit~ire Schadstoffe anthropogenen Ursprungs in Betracht.

hn ttinblick auf die Ve,gleichbarkeit der Melgergebnisse mit Werten aus anderen Erhebungen sollen bei ki.mftigen Untersuchungen m6glichst einheitliche bzw. vergleichbare Verfahren bei der Probennahme, Analyse und statistischen Auswertung angewandt werden.

Zur E,'mittlung von Gesamtgehalten anorganischer Schad- stoffe sei insbesondere auf die zwei am hfiufigsten ange-

wandten Aufschlugmethoden mit K6nigswasser nach DIN 38 414, Weil 7 bzw. nach der Klfirsclllammverordnung (ANONYMUS 1992; flu" alle genannten anorganischen Schadstoffe) und mit Flugsiiure/Perchlors:aure/Salpeter- s~iu,'e (RuPPF.RT 1987; nicht fi;~r Se, As, Sb, Hg!) hingewie- sen. Auch im Rahmen von Schadstoffuntersuchungen an Waldb6den soil der Aufschlug mit K6nigswasser ktinftig mehr Bedeutung erlangen (vgl. BZE-Arbeitsanleitung). Hintergrundwerte ffir anorganische Schadstoffe wie z.B. Cu, Ni, Zn etc., deren Gehalte in unbelasteten B6den deut- lich oberhalb der Nachweisgrenzen der R6ntgenfluores- zenz-Analytik (RFA) liegen, k6nnen auch mit diesem Ver- fahren ermittelt werden. Wichtig fiir die Auswertung und Vergleichbarkeit von Daten ist die 1)okumentatinn der an- gewandten Methode.

In den vergangenen Jahren wurden verschiedene Modelle zur Untersuchung bestimmter 6kotoxisch ,'elevanter An- teile von Schwermetallen in B6den dnrch Elution der Bo- denproben mit unterschiedlichen 1.6sungsmitteln ent- wickelt (ZEII'N & BI~0M.X,IEI~ 1989; Pl'.Olig 1992). Verfah- ,ensvorschlfige zur Bestimmung mobiler Schadstoffanteile iln Boden, k6nnen jedoch allenfalls Konvenfionsmetlloden sein, da solche Anteile im l.aborversuch nicht direkt erfas- sbar sind. In der P,'axis wurden de,'artige Untersuchungen bislang racist nut in Einzelf'allen angewandt. Es hat sich ge- zeigt, daf~ die in einmola,er Ammoniumnitratl6sung aus Bodenproben extrahierbaren Anteile von Schwermetallen und Arsen signifikant positiv korrelierbar sind mit den Ge- halten in schwermetallanreichernden Pflanzen. In der D,it- ten Verwaltungsvorschrift des Umweltministeriums zum Bodenschutzgesetz Baden-Wtirttembe,-g fiber die Ermitt- lung und Einstufung von Gehaltell anorganische," Schad- stoffe im Boden (VwV Anorganische Schadstoffe 1993) sind solche Untersuchungen zur Ermittlung der in die Bo- denl6sung und damit in verschiedene Transferpfade gelan- genden (z.B. yon Pflanzen und Bodenorganismen leicht aufilehmbaren oder in das Sickerwasser ve,'lage,'baren) An- teile von Schwermetallen und Arsen in B6den erstmals grundsfitzlich dann vorgesehen,

�9 wenn die Gesamtgehalte der betreffenden Stoffe be- stimmte Werte i;~berschreiten und

�9 aufgrund de," physikalisch-chemischen Beschaffenheit des Bodens (pH-Wert, Tongehalt) mit einer erh6hten Schwer- metallve,'f%barkeit gerechnet werden lnut.~.

l:flr die Analytik der aus Bodenproben extrahierbaren or- ganischen Schadstoffe (,Gesamtgehalte") werden unter- schiedliche Methoden angewandt, die jedoch zu bedingt vergleichbaren Ergebnissen fiihren. Bis zu einer bundeswei- ten Vereinheitlichung der Analysemethoden werden ftir die Bestimmung von polyzyklischen arolnatischen Kohlenwas- serstoffen die Methoden ,,I.flJ-PAK 7/92" (LfU 1992) so- wie die ,,Bestimmung von PAK in B6den, Kl/~rschlamm und Komposten" (VDLUFA 1995) empfohlen. Zur Analyse von polychlorierten Biphenylen (PCB) und chlorierten Kohlen- wasserstoffen (CKW) wurde ebenfalls eine Methode des VDLUFA (1993) entwickelt. Beide Methoden sind in Rmg- versuchen erprobt worden. Die Bestilnmung von polychlo- rierten Dibenzodioxinen und I)ibenzofuranen (PCI)D/F) in B6den erfolgt nach AbfKl~irV (AxoNYMUS 1992).

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Wirkungskataster Dcr Bodcn im Wirkungskataster

Eine Labormethode zur Bestimmung pflanzenverffigbarer organischer Schadstoffe steht derzeit nicht zu," Verffigung. Neuere Untersuchungen befat~ten sich wiederholt mit de," Fragestellung, ob und inwieweit Korrelationen yon Schad- stoffgehalten in B6den mit den Gehalten in ande,en Um- weltkompartimenten bzw. Schutzgtitern (z.B. in Pflanzen bzw. den wm Menschen genutzten Pflanzenteilen) fiber- haupt hergestellt werden k6nnen (BGA 1993; SClINF.II)ER 1994). Die F.ntwicklung und Erprobung praxistauglicher Laborverfahren kann erst an die Ergebnisse solcher Grund- lagenuntersuchungen ankniipfen.

Erschwerend fi~lr die Entwicklung entsprechender Metho- den ist die Tatsache, dalg die Aufnahme wm o,'ganischen Schadstoffen dutch Pflanzen tiber das Wurzelsystem nicht allein fiber das mit de," Bodenmatrix im Austausch befind- liche trod yon der Pflanze aufgenommene Bodenwasser er- folgt (dieser Anteil k6nnte durch ein Extraktionsverfahren simuliert werden), sondern auch durch pflanzenspezifische Unterschiede beim Ausscheiden 16sungsvermittelnder Stoffe. HOI.STt:.R et al. (1994) konnten in Gef~g- und Frei- landversuchen nachweisen, dag besrimmte Gemiisearten (in dem Fall Cucurbita-Arten) schwer 16sliche polychlo- rierte Dibenzodioxine und Dibenzofurane atts einem kon- taminierten Boden deutlich st~irker aufilehmcn und in die Bl'atter und Frfichte verlagern k6nnen als andere Gemfi- searten (unter anderen die mit den Ktirbisarten nahe ver- wandten Gurken (Cucumis spec.)). Als weiterer- abh/ingig yon Schadstofftyp und -konzentration - mSgliche," Trans- ferpfad, der sich mit einer Extraktion von B6den nicht er- fassen l/it~t, ist die Aufnahme tiber die Blfitter (Cuticula, Stomata) von aus dem Boden verdampfenden Stoffen und/oder ~iber an Pflanzen anhaftenden Bodenpartikeln, die durch Wind und Wasser verfrachtet wurden, zu berfick- sichtigen (BECK & M.,\TItAR 1 9 8 5 ; ECKSrEIN & SF.IB()I.I)

1989) .

Im a i lgemeinen ist die A u f n a h m e der bei w i r k u n g s b e z o g e - nen Frages te l lungen u n t e r s u c h t e n ( l ipophi len) o r g a n i s c h e n

Schads to f fe aus dem B o d e n in Pf lanzen erst ab h S h e r e n Ge- h a l t e n in B6den mef~bar H~iufig ist die d i rek te K o n t a m i n a - t ion yon Pf lanzen fiber die l . u f tdepos i t i on w m gr61~erer Be-

d e u t u n g .

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