PCB- und PAK-Belastung l[lbersichtsbeitr~ige

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PCB- und PAK-Belastung von BGden in industriefernen Regionen Bayerns

Michael Joneck, R a i m u n d Pr inz

Bayerisches Geologisches Landesamt, Auflenstelle Bamberg, Concordiastrafle 28, D-96049 Bamberg

Zusammenfassung Zur Interpretation und Beurteilung yon Bodenuntersuchungen ist die Kennmis der aktuellen Bodenbelastung als Vergleichsgrundlage norwendig. Entsprechende Untersuchungen hinsichtlich der Gehalte polychlorierter Biphenyle (PCBs) und potyaromatischer Kohlenwas- serstoffe (PAKs) in industriefernen - d.h. lgndlichen - R~iumen Bay- erns werden, nach Standormutzung differenziert (Acker, Griinland), vorgestellt.

Uber 80 % der untersuchten Acker- und GriinlandoberbGden un- terschreiten die in der Literatur angegebenen Hintergrundbela- stungswerte fiir PCBs und PAKs. An wenigen Standorten werden, vermutlich durch punktuelle Zusatzeintr/ige, diese Werte zum Tell deutlich iiberschritten.

Eine eindeutige Differenzierung der PCB- und PAK-Gehalte nach Ackero und Griinlandnutzung 1/ifgt sich an Hand dieser ersten - des- kriptiven Datenanalyse - nicht ableiten.

Schlagw6rter: PCB-, PAK-Bodenbelastung; Bodenzustandserfas- sung; industrieferne Regionen; landwirtschaftli- che Nutzung

1 E i n l e i t u n g u n d P r o b l e m s t e l l u n g

Die In te rpre ta t ion und Beurtei lung von Bodenun te r suchun- gen au f k o m m u n a l e r Ebene (z.B. im R a h m e n von Umwel t - vertr~igl ichkeitspri ifungen) erforder t als Vergle ichsgrund- lage die Kenn tn i s aktuel |er Bodenbelas tungen . Eine Inven- tu r organischer und anorganischer Problemstoffe in BGden ist daher unumg~inglich. Aufg rund ihres Gef~ihrdungspo- tentials , ihres komplexen - zum Teil noch wenig b e k a n n t e n - Umwel tverha l tens sowie der Vielzahl yon Verb indungen gilt dies in besonderem Mat~e fihr organische Schadstoffe in BGden, die erst in jtingster Zei t in den M i t t e l punk t des 6f- fen t l ichen Interesses geri ickt s ind (vgl. JONECK & PRIME 1991; M U R L 1991; MULLER et al. 1992; LOLF 1992).

Im Auf t rag und mit Mi t te ln des Bayerischen Staatsministe- r iums fiir L a n d e s e n t w i c k l u n g u n d U m w e l t f r a g e n w u r d e yon 1 9 8 7 - 1 9 9 1 ein P rogramm zur Erfassung organischer Schadstoffe in BGden (Unte rsuchungsumfang: 355 Stand- orte; 433 Bodenproben) durchgef/ ihrt . Ziel dieser Unter-

298 UWSF - Z. Umweltchem. Okotox. 7 (5) 298-301 (1995) �9 ecomed verlagsgesellschaft AG & Co.KG Landsberg

r PCB- und PAK-Belastung

suchungen war es, die qualitative und quantitative Verbrei- tung organischer Schadstoffe (chlorierte Kohlenwasser- stoffe, Stickstoffherbizide, polyzyklische aromatische Koh- lenwasserstoffe) in B6den in Abh~ingigkeit von Standort- nutzung und Immissionssituation zu charakterisieren. Das Datenmaterial wurde so aufbereitet, dafg es als Vergleichs- grundlage fiir /ihnliche Untersuchungen bzw. als Daten- handbuch im Bereich des kommunalen Bodenschutzes ver- wendet werden kann (JONECK & PRINZ 1993).

Im folgenden werden die Ergebnisse des Untersuchungs- programmes zur Ermittlung der Belastung landwirtschaft- lich genutzter Oberb6den mit polychlorierten Biphenylen (PCBs) und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasser- stoffen (PAKs) in industriefernen, d.h. l/indlichen Regionen Bayerns vorgestellt.

2 Material und Methoden

Die Festlegung industrieferner, d.h. 1/indlicher R~iume, ori- entierte sich am Landesentwicklungsprogramm Bayern. Die Standortauswahl innerhalb dieser Gebiete wurde durch ein Meigraster von ca. 20 km Kantenl/inge vorgegeben.

Die Standort- und Profilbeschreibung erfolgte nach der Bo- denkundlichen Kartieranleitung der Geologischen Lan- des~mter (Arbeitsgruppe Bodenkunde, 1982). Die hori- zontbezogene Enmahme von insgesamt 68 Acker- und Gri~ndlandoberbodenproben wurde nach einer Anleitung des Bayerischen Geologischen Landesamtes (1992) durch- gefiihrt. Auf einer hinsichtlich Profilaufbau und Nutzung homogenen Fl~iche yon 180 m 2 wurden mit dem Nmin- Bohrer 8 regelm~itgig verteilte Oberbodenproben horizont- bezogen enmommen und zu einer Mischprobe vereint. Die beprobten Ackeroberb6den weisen i.d.R. Horizontm/ich- tigkeiten zwischen 20 und 30 cm, die Griinlandoberb6den zwischen 10 und 15 cm auf. Die Gehalte an organischer Substanz (gesch/itzt nach Arbeitsgruppe Bodenkunde, 1982) liegen unter Acker vorwiegend im Bereich zwischen 1 und 3 %, unter Griinland zwischen 2 und 4 %.

Die Analytik wurde vonder Landwirtschaftlichen Untersu- chungs- und Forschungsanstalt Augustenberg (vgl. TRENKLE 1984) wie folgt durchgefiihrt:

1. Polychlorierte Biphenyle (Summe der PCB-Einzelkom- ponenten mit den IUPAC-Nr.: 28, 52, 101,138, 153, 180):

Extraktion: Aceton/Hexan]Wassergemisch mit NH4CI

Reinigung: 1. Gelpermeationschromatographie 2. Kieselgelchromatographie

Messung: GC-ECD Nachweisgrenze: 1 lag kg l m T

2. Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe:

Extraktion: mit Hexan und 1 % L6sungsvermittler (Triton XI00)

Messung: HPLC-Fluoreszenzdetektor Nachweisgrenze: 0,5-5 lag kg -1 m T bezogen auf Benzo-a-

Pyren

Aus Griinden der Vergleichbarkeit zu den Ergebnissen yon Bodenzustandsuntersuchungen aus Nordrhein-Westfalen (MURL 1991) und Niedersachsen (MOLLER 1992)werden im folgenden die PCB-Konzentrationen als Summengehalte der Einzelkomponenten (s.o.) angegeben. Die angegebenen Konzentrationen beziehen sich dabei auf 105 ~ getrock- neten Boden (roT).

3 Ergebnisse und Diskussion

Abbildungen 1 und 2 zeigen die relativen H/iufigkeiten der PCB- und PAK-Summengehalte, Tabelle 1 die statistischen Kenngr6f~en der PCB-Konzentrationen bzw. PAK-Einzel- substanzgehalte unter Acker- und Griindlandnutzung.

Die hohen Standardabweichungen der arithmetischen Mit- telwerte zeigen ftir die PCBs (-+ Tabelle 1), dalg die vorlie- genden Daten nicht normalverteilt sind. Insofern eignet sich der arithmetische Mittelwert nicht zur Beschreibung der durchschnittlichen Problemstoffkonzentration. Der Medianwert, der die Verteilung in zwei gleich grofle H/ilf~ ten teilt und zudem von Extremwerten unbeeinfluf~t bleibt, ergibt in diesen F~illen ein zutreffenderes Bild.

Sowohl for Acker als auch fiir Griinland wurden weite Konzentrationsspannen ermittelt. Diese Konzentrations- spannen (-+ Tabelle 1) sowie die Verteilung der PCB-Bo- dengehalte (-+ Abb. 1) lassen vermuten, datg - neben den ubiquit/iren Eintr~igen - Stoffeintr~ge auf lokaler Mat~- stabsebene ftir die z.T. erh6hten PCB-Bodengehalte verant- wortlich sind.

Trotz der durchmischenden Pflugt~itigkeit und dem damit im Vergleich zum Griintand verbundenen Verdiinnungsef- fekt, wurden unter Acker h6here PCB-Gehalte registriert. An diesen Standorten k6nnte u.a. die Verwendung von Kl~irschl~immen eine lokal wirksame ,,PCB-Quelle" sein (vgl. BOJE-HADERER & MACH 1991) und mit den erh/Shten PCB-Bodengehalten in Zusammenhang stehen (vgl. DRE- SCHER-KADEN et al. 1989).

relative Haufigkeit (%)

1 O0

80

60

40

r--~Acker (n=28)

~]Gr0nland (n=40}

~ . \ \ \

. , :25 >25-50 >50-100 > t00-200 >200-300 >300

(Pg PCB/kg mT)

Abb. 1: Hiiufigkeitsverteilung der PCB-Summengehalte industrieferner, landwirtschaftlich genutzter Oberb6den

UWSF - Z. Umweltchem. Okotox. 7 (5) 1995 299

PCB- und PAK-Belastung Obersichtsbeitr~ige

TabeUe 1: PCB- und PAK-Gehalte landwirtschaftlich genutzter Oberb6den in industriefernen Regionen Bayerns (Angaben in pg kg "I m T)

Stoffe/Stoffgruppen Nutzung

Acker Benzo-a-pyren

Benzo-g,h,i-perylen

Chrysen

Fluoranthen

Phenanthren

Pyren

Gr0nland

Aoker

Gr0nland

Acker

GrOnland

n* l

27

32

26

32

27

26

Y_, polychlorierte Biphenyle

*l 13 :

X : n.n.*6:

Acker 27

Gn3nland 30

Acker 27

GrOnland 32

Acker 27

Gr0nland 32

Acker 28

GrOnland 40

Stichprobenumfang x75"2: arithmetischer Mittelwert s'S: nicht nachweisbar mT:

Abkiirzungen:

Minimum

10

FI.FI. .6

0,1

n.n. 269 49

3 145 60

n.n. 355 60

3 995 88

n.n. 1.957 159

9 969 423

n.i3.

Maximum x75 .2

522 29

1.588 20

73 17

1.693 175

179 60 4

n.n. 1.025 100

n.n. 390 36

FI.R.

75 %-Perzentil

229 n.n.

Standardabweichung des arithmetischen Mitteiwertes Trockenmasse

~ '3 ~ ' 4 S*5

8 36 98

8 73 276

8 14 18

28 41 55

24 37 29

42 63 77

42 87 182

82 157 341

60 256 289

62 206 368

40 50 38

60 103 182

4 48 86

n.n. 18 46

~ ' 3 Medianwert

MOLLER et al. (1992) und MURL (1992) geben fi~r die Hin- tergrundbelastung nieders~ichsischer bzw. nordrhein-west- ffi.lischer B6den PCB-Konzentrationen von 50 bis 70 lag kg -1 m r an. Uber 80 % der untersuchten Acker- und Grfin- landoberb6den liegen unterhalb dieser Gehalte. An weni- gen Standorten werden sie jedoch deutlich tiberschritten. Nutzungsspezifisch differenzierte PCB-Gehalte entspre- chend den Untersuchungsergebnissen yon SPATE et al. (1992) lassen sich ffir die industriefernen Regionen Bayerns an Hand der vorliegenden Ergebnisse nicht erkennen (vgl. Medianwerte Acker/Grfinland). Im Rahmen der Arbeiten zur Ableitung von nutzungs- und raumspezifisch differen- zierten Hintergrundbelastungswerten ffir organische Schadstoffe in B6den Bayerns wird dieser Frage derzeit ge- zielt nachgegangen.

Die PAK-Summengehalte ( + Abb. 2) liegen im Vergleich zu den PCBs um bis zu Faktor 10 h6her. Mit 52 % liegt der Anteil der Ackerproben in den beiden Klassen _< 250 lag kg -1 m T u m 12 % fiber dem Anteil der Gdindlandproben (40 %). Auff~illig sind die nutzungsabh~ingigen Unter-

1 schiede in den Klassen 250-500 lag kg- m T und 500-1000 lag kg -1 m T. W~ihrend im erstgenannten Konzentrationsbe- reich der Anteil der Grfinlandproben deutlich fiber demje- nigen der Ackerproben liegt, dreht sich dieses Verh~iltnis in der zweitgenannten Klasse um. Im Bereich fiber 1000 lag

-1 . . . . . . EPAK kg m T mvelheren slch dlese Unterschmde w~eder weitgehend.

Werden die PAK-Summengeha|te dem Hintergrundbela- stungswert Grogbritanniens (JONES et al. 1989) gegeniiber- gestellt (1980:806 lag kg -1 mT) , unterschreiten 82 % der Acker- und 88 % der Grfinlandoberb6den diese Konzen- tration zum Teil sehr deutlich.

relative H~iufigkeit (%) 50

40

[ [~Acker (n=27) ~]Gr0nland (n=32) [--

< 100 100-250

30 . . . . . N ~

0 >250-500 >500-1000 >1000-2000 >2000

(gg PAK/kg roT)

Abb. 2: H~iufigkeitsverreilung der PAK-Summengehalte industriefer- net, landwirtschaftlich genutzter Oberb6den

Analog zu den PAK-Summengehalten liegen auch die PAK- Einzelgehalte ( ~ Tabelle 1) fiber dem Konzentrationsni- veau der PCBs. Der Medianwert eignet sich hier ebenfalls zur Charakterisierung der durchschnittlichen PAK-Bela- stungssituation besser als der arithmetrische Mittelwert. Die grogen Konzentrationsspannen sowie die zum Teil dra- stischen Konzentrationsunterschiede zwischen 75 %-Per- zentil-Wert und Maximum deuten aur punktuelle PAK-Zu- satzeintr~ige hin.

Die PAK-Einzelsubstanzgehalte der 75 %-Perzentile liegen, mit Ausnahme des Phenanthrens, zum Teil sehr deutlich unterhalb den Hintergrundbelastungen der Ackerb6den

3 0 0 UWSF- Z. Umwehchem. Okotox. 7 (5) 1995

[lbersichtsbeitr~ige PCB- und PAK-Belastung

Grof~britanniens, die ausschlief~lich auf atmosph/irische Deposition zuriickzuffihren sind (vgl. JONES et al. 1989). Fiir Phenanthren wird jedoch der dort angegebene Hinter- grundbelastungswert von 140 lag kg 1 m T deutlich fiber- schritten. FOr einzelne PAKs deuten sich (uneinheitliche) nutzungsspezifische Konzentrationsunterschiede an.

Die Gegeniiberstellung der medianen Benzo-a-pyren- und Fluoranthen-Bodengehalte Bayerns und Nordrhein-Westfa- lens in Tabelle 2 zeigt unterschiedlich hohe Konzentra- tionsniveaus. Differenziertere Aussagen k6nnen jedoch auf- grund stark unterschiedlicher Beprobungsstrategien (z.B. horizont-, tiefenbezogene Probennahme) und Stichproben- umf/inge nicht getroffen werden.

Tabelle 2: Mediane Konzentrationen fiir Benzo-a-pyren und Fluor- anthen (lag kg -1 m T) in landwirtschaftlich genutzten Ober- b6den l/indlicher Gebiete Nordrhein-Westfalens und Bay- erns

Bundesland

Stoff

n Acker

F1 Grfinland

I

Nordrhein-Westfalen (a) Bayern

Benzo- Fluoranthen Benzo- Fluomnthen a-pyren a-pymn

94 76 27 27

25 60 8 42

19 19 32 30

70 180 8 32

(al: Daten enmommen aus Fliegner & Reinirkens (1993) n: Stichprobenumfang ~: Medianwert

An Hand dieser ersten - deskriptiven - Datenanalyse er- gibt sich keine eindeutige nutzungsspezifische Differenzie- rung der ermittelten PCB- und PAK-Gehalte in landwirt- schaftlich genutzten Oberb6den. Dies iiberrascht insofern, da Ackeroberb6den i.d.R, um bis zu Faktor 1,5-3 m/ichti- ger sind als Grfinlandoberb6den und aufgrund der durch- mischenden Pflugt/itigkeit dort mit einem ,,Verdiinnungs- effekt" zu rechnen ist (vgl. SP~.TE et al. 1992). Inwieweit dieser ,,Verdfinnungseffekt" durch unterschiedlich hohe Zusatzeintr~ige fiber Wirtschaftsdiingergaben bzw. Kl~irschlfimme, durch geringeren Schadstoffinput in B6- den infolge der Problemstoffadsorption an vegetativen Oberfliichen bzw. durch den PCB- bzw. PAK-Austrag fiber Pflanzenmaterial ausgeglichen wird, kann z. Zt. nicht beantwortet werden. Entsprechende Daten konnten im

Rahmen des Projektes nicht erhoben werden. Aufgrund der allgemein hohen Affinit~it der vorgestellten Problem- stoffe zur organischen Substanz (PCBs: lOgKo w 4,1-7,7; PAKs: logKo w 4,4-6,9) diirfte deren Tiefenverlagerung mit dem Bodenwasserstrom jedoch kaum relevante Austr~ige lie fern.

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TRENKLE, A. (1984): Chlorierte Kohlenwasserstoffe in Futtermittel, B6- den und Kl~irschliimmen. In: Festschrift 125 Jahre LUFA-Augusten- berg, Karlsruhe

Von Dr. Michael JONECK et al., Bayerisches Geologisches Landesamt, Auf~enstelle Bamberg, erschienen bisher die Beitr~ige:

Joneck, M.; R. Prinz; Th. Suttner: PCDD/PCDF-Gehalte in Oberb6den bayerischer Ackerstandorte in Abh~ingigkeit vonder lmmissionssituation. Jg. 4, H. 4 (1992) S. 209

Joneck, M.; K. Stadelmayr; Th. Suttner; S. Trampler: PCDD/F-Bodengehalte im Umfeld von Verbrennungsanlagen - Modellrechnung contra Messung Jg. 5, H. 4 (1993) S. 216

UWSF- Z. Umweltchem. Okotox. 7 (5) 1995 301