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Aktualisierte statistische Evaluierung räumlicher Muster der Gehalte an Blei, Cadmium und Quecksilber in Moosen in Verbindung zur atmosphärischen Belastung
(Umweltbundesamt, 2021) Schröder, Winfried; Nickel, Stefan; Planwerk - Büro für ökologische Fachplanungen; Deutschland. Umweltbundesamt
Ergebnisse aktueller Modellierungen der atmosphärischen Konzentration und Deposition der Metallelemente Cd, Hg und Pb unter der Genfer Luftreinhaltekonvention werden mit den Ergebnissen aus technischen Messungen und aus der Bioindikation mit Moosen verglichen. Diese Modellierungsergebnisse mit Stand 2020 haben mit 0,1˚ x 0,1˚ eine höhere räumliche Auflösung als die bis dahin gültigen Modellierungsergebnisse (50 km x 50 km). Dies ist teilweise mit leicht höheren Korrelationen zwischen den Befunden der Modellierung und denen des Moosmonitorings verknüpft. In dieser Studie werden deskriptiv- und korrelationsstatistische Kennwerte ermittelt und Ergebnisse und daraus abzuleitende Empfehlungen zusammenfassend skizziert. Eine statistisch angemessen vertiefte Analyse und Bewertung der hoch aufgelösten Modellierungsergebnisse bedürfen gegenüber der hier durchgeführten Analyse der Anwendung eines breiteren Methodeninventars. Besonders wichtig ist es dafür zudem, die Expositionsdaten der Modellierung (Konzentrationen, Depositionen), der technischen Messungen und der Befunde aus dem Moosmonitoring mit Informationen über die Rezeptoren, die Ökosystemtypen, zu verknüpfen. Nur so lässt sich erreichen, dass die Ergebnisse des vorliegenden Projekts dazu beitragen, die Belastung der Ökosysteme durch atmosphärische Schwermetalleinträge differenzierter als bisher einzuschätzen und so eine gezielte Weiterentwicklung der Risikobewertungen für Deutschland zu ermöglichen. Quelle: Forschungsbericht
Anleitung zur Beurteilung der Integrität von Wald und Forstökosystemen in Deutschland
(Umweltbundesamt, 2019) Schröder, Winfried; Nickel, Stefan; Jenssen, Martin; Hochschule; Waldkunde-Institut Eberswalde; Deutschland. Umweltbundesamt; Schütze, Gudrun
Der vorliegende Leitfaden dokumentiert die in den Projekten Bewertungskonzept für die Gefährdung der Ökosystemintegrität durch die Wirkungen des Klimawandels in Kombination mit Stoffeinträgen unter Beachtung von Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen (Jenssen et al. 2013) und Anwendung des Bewertungskonzepts für die Ökosystemintegrität unter Berücksichtigung des Klimawandels in Kombination mit Stoffeinträgen (Schröder et al. 2017) erarbeiteten Bewertungsgrundlagen für die praktische Anwendung der Methodik z.B. in den Bereichen Forstwirtschaft, Natur- und Umweltschutz. Zum Hintergrund und zu den Zielen der Methodik wird auf die genannten Berichte verwiesen. Der vorliegende Leitfaden enthält eine Handlungsanleitung, welche die Bearbeitungsschritte der Methodik anhand von Beispielen nachvollziehbar erläutert: - Geländeehebung mittels Bestimmungsschlüssel der Wald und Forstökosystemtypen, - Bestimmung der Ökosystemtypen an Vegetationsaufnahmeflächen, - Ermittlung der Indikatorenausprägungen für die Lebensraumfunktion, die Netto- Primärproduktion, die Kohlenstoffspeicherung, den Nährstoff- und Wasserfluss sowie die Anpassungsfähigkeit an veränderliche Umweltbedingungen, - standort- und flächenbezogene Einstufung der Ökosystemintegrität sowie Ermittlung zeitlicher Trends. Für die in der Handlungsanleitung benannten Arbeitsschritte stellen die Anhänge M1 bis M4 diverse Materialien bereit. Darüber hinaus sind zahlreiche Ressourc n in digitaler Form erhältlich, welche den Bearbeitungsprozess effektivieren können bzw. erst möglich machen (siehe Online-Anhänge OM1 bis OM4). Quelle: Forschungsbericht
Anwendung des Bewertungskonzepts für die Ökosystemintegrität unter Berücksichtigung des Klimawandels in Kombination mit Stoffeinträgen
(Umwellbundesamt, 2019) Schröder, Winfried; Nickel, Stefan; Jenssen, Martin; Universität Vechta; Waldkunde-Institut Eberswalde; Öko-Data Gesellschaft für Ökosystemanalyse und Umweltdatenmanagement mbH; Deutschland. Umweltbundesamt; Schütze, Gudrun
Klimawandel und atmosphärische Stickstoffeinträge können die Integrität von Ökosystemen, d.h. deren prägende Strukturen und Funktionen verändern und dadurch auch deren Nutzen für Menschen einschränken. In dem Vorgängerprojekt FKZ 371083214 (UFOPLAN 2010) wurden Grundlagen für ein ökologisches, räumlich explizites und bundesweit anwendbares Bewertungskonzept für die Gefährdung der Ökosystemintegrität erarbeitet (Jenssen et al. 2013). Hieran anknüpfend zielte die vorliegende Studie darauf ab, die wissenschaftlichen Grundlagen des Bewertungskonzeptes weiter zu vertiefen und zu einem praxistauglichen integrierten Bewertungssystem für Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen auszubauen. Hierzu wurden weitere Referenzzustände für nun insgesamt 60 Wald- und Forstökosystemtypen beschrieben, die Ergänzung ausgewählter Referenzzustände um Indikatoren für den Zustand der Bodenbiozönose geprüft und die Zeigerwertmodelle für die Quantifizierung von Oberbodenparametern erweitert und validiert. Anhand von 105 Vegetationsaufnahmen aus dem Nationalpark Kellerwald-Edersee wurden darauf hin Ökosystemtypen und Oberbodenparameter bestimmt sowie an 15 repräsentativen Standorten in Deutschland Oberbodenparameter mit dem Stofflussmodell VSD modelliert. Ein in fuzzy-regelbasiertes Modell zur räumlich-zeitlichen Abschätzung der ökologischen Feuchtekennzahl nach Hofmann (2002) wurde entwickelt und auf der Bundesbzw. regionalen Ebene erprobt. Die im Vorgängerprojekt erstellte Karte der ANOEST Deutschlands (1:500.000) wurde mitttels empirisch-statistischer Verfahren validiert. Die Methode zur Einstufung der Ökosystemintegrität wurde weiter ausgebaut bzw. standort- und flächenbezogen erprobt. Verknüpfungsmöglichkeiten mit anderen Klassifikationssystemen (hier die Lebensraumtypen nach der FFH-Richtlinie) wurden aufgezeigt. Des Weiteren erfolgte eine Machbarkeitsstudie zur Verknüpfung von Zustandsinformationen zu Waldökosystemen und deren Bereitstellung von Ökosystemleistungen (Matrixansatz). Quelle: Forschungsbericht
Assessing the relevance of atmospheric heavy metal deposition with regard to ecosystem integrity and human health in Germany
(2021) Schultow, Angela; Scheuschner, Thomas; Schröder, Winfried
Background The critical values for heavy metal fluxes for protecting the human health and ecosystem's integrity in Germany, especially the Federal Immission Control Act (BImSchG in Gesetz zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen und ähnliche Vorgänge (Bundes-Immissionsschutzgesetz-BImSchG), 1974/2020) with its implementing ordinances (especially the 39th BImSchV in Neununddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen vom 2. August 2010, zuletzt geändert durch Art. 2 V v. 18.7.2018 I 1222, 2010, 2018), the Federal Soil Protection Ordinance (BBodSchV in Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) (GBBl. I S. 1554 vom 12. Juli 1999, zuletzt durch Artikel 3 Absatz 4 der Verordnung vom 27. September 2017 (BGBl. I S. 3465) ge-ändert, 1999/2015) and the Technical Instructions on Air Quality Control (Luft in Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft - TA Luft), 2002), were analysed, assessed with regard to the possibilities and applicability of the risk assessment, and were prepared for evaluation in comparison to the respective atmospheric deposition modelled with the chemical transport model LOTOS-EUROS. For a comparison of the critical values, the critical loads for cadmium, lead and mercury inputs were updated for Germany on a scale of 1:1 Mio, and critical loads for additional heavy metals (arsenic, copper, zinc, chromium and nickel) were computed, respectively. Due to the methodological differences of their derivation, the critical values of the individual regulations are only conditionally comparable to one another and to the critical loads. Sometimes major differences exist due to different levels of protection, various protective goods and the effect relationship. Only with the critical load calculations, inputs and outputs can be balanced. Results For two unregulated metals (thallium and vanadium) a preliminary rough estimate of the risk of inputs in the receptors was provided as a calculated balance for in- and acceptable outputs. The uncertainty analysis shows, that the highest deviations occurred in the metal contents in plants used to calculate the output through the harvesting of the biomass. The critical load calculation has the highest sensitivity to changes in the pH value. The critical loads for heavy metal fluxes for protecting the human health (CL(M)drink) and ecosystem's integrity CL(M)eco) for arsenic, nickel, zinc and chromium were not exceeded in Germany for 2009-2011. CL(M)drink and CL(M)eco are exceeded by Hg and Pb inputs, especially in the low rainfall regions of Germany (Brandenburg, lowlands of Saxony-Anhalt, Leipzig Bay, Ruhr valley) with wood vegetation; in addition CL(Cu)eco is exceeded by copper deposition 2010 in the area surrounding Berlin and in the Ruhr valley. The critical loads for cadmium for the protection of drinking water CL(Cd)drink and for the protection of human food from wheat products CL(Cd)food are not exceeded in the German data set due to atmospheric deposition in 2010, but in the worst-case scenario the maximum atmospheric deposition in 2010 could exceeded the lowest CL(Cd)drink and CL(Cd)food. Conclusions That assessment of risks was based on deposition from the atmosphere, which represents only a fraction of the inputs compared to the inputs from the use of fertilisers and other sources. This study suggests the conclusive recommendation to methodically deepen and broaden the assessment and evaluation of atmospheric deposition. This is especially true for the spatial validation and specification of exposure for ecosystem types. © 2021 The Author(s)
Auswirkungen der Schwermetall-Emissionen auf Luftqualität und Ökosysteme in Deutschland - Quellen, Transport, Eintrag, Gefährdungspotenzial
(2018) Schröder, Winfried; Nickel, Stefan; Schlutow, Angela; Universität Vechta; Deutschland. Umweltbundesamt; Schütze, Gudrun
Die Studie untersucht räumliche und zeitliche Trends der luftgetragenen Einträge von Arsen, Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Quecksilber, Vanadium, Zink in Deutschland anhand von Modell- und Messwerten, darunter Daten zur Bioakkumulation. Anhand von Umweltqualitätszielen und Bewertungskriterien rechtlicher Regelungen erfolgt eine Risikobewertung für Mensch und Umwelt.
Nutzung von Bioindikationsmethoden zur Bestimmung und Regionalisierung von Schadstoffeinträgen für eine Abschätzung des atmosphärischen Beitrags zu aktuellen Belastungen von Ökosystemen
(2019) Schröder, Winfried; Nickel, Stefan; Völksen, Barbara; Institut für Umweltwissenschaften (Vechta); Eurofins GfA (Hamburg); Institut für Statistik (Bremen); Schütze, Gudrun
Im Moos-Monitoring 2015 wurde in Fortführung der Kampagnen 1990, 1995, 2000 und 2005 die flächendeckende atmosphärische Bioakkumulation potenziell schädlich wirkender Schwermetalle und Stickstoff in Hintergrundgebieten Deutschlands mit Hilfe von ektohydren Moosen quantitativ erfasst. Erstmals in Deutschland konnte auch eine breite Palette von (persistenten) organischen Kontaminanten (PAK, PCDD/F, dl-PCB, Flammschutzmittel) in Moosproben von acht Monitoringstandorten quantifiziert werden. Die Probenentnahme erfolgte in einem gegenüber der Vorgängerkampagne 2005 (726 Standorte) bei größtmöglicher Aufrechterhaltung seiner Effizienz und Suffizienz etwa um die Hälfte reduzierten Messnetzes 2015 (400 Standorte). Seit dem Jahr der Erstbeprobung (As, Cd, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, V, Zn: 1990; Al, Hg, Sb: 1995) haben die Gehalte der zwölf in den Moosen analysierten Schwermetalle in Deutschland signifikant abgenommen. Auch gegenüber der Vorgängerkampagne 2005 sind mit Ausnahme von Hg (-4 %) die Rückgänge bei allen Schwermetallen mit Werten zwischen -32 % (Al) und -76 % (Cr) deutlich ausgeprägt. Die Schwermetallkonzentrationen in den Moosen bilden 2015 bei As, Cd, Ni, Pb, Sb und Zn ähnliche räumliche Verteilungsmuster wie in den Kampagnen 1995, 2000 und 2005. Durchgängige Schwerpunkträume seit dem Jahr der Erstbeprobung finden sich zumeist in den industriell geprägten Gebieten Nordrhein-Westfalens und des Raumes Halle/Leipzig, in der dicht besiedelten Rhein-Main-Region, im Saarland, in weiten Teilen Sachsens sowie am südlichen Oberrhein. Die N-Konzentration (Erstbeprobung 2005) dagegen verharrt im Bundesdurchschnitt auf nahezu gleichem Niveau. Regionen, wie der durch hohe Viehbesatzdichten gekennzeichnete Westen bzw. Nordwesten Niedersachsens und Nordwesten Nordrhein-Westfalen ergeben wie erwartet vergleichsweise hohe N-Gehalte in den Moosen. Hinsichtlich der organischen Schadstoffe konnte die weiträumige Verbreitung dieser Verbindungen in Deutschland sowie die prinzipielle Eignung ektohydrer Moose als Biomonitore für diese Substanzen belegt werden. Die statistische Evaluierung ergab zumeist signifikante Abhängigkeiten der Stickstoff- und Schwermetallgehalte von der beprobten Moosart, dem Kronentraufeffekt der Bäume sowie der räumlichen Dichte diverser Landnutzungsklassen in bestimmten Radien (5 â€Ì 300 km) rund um die Probenentnahmefläche. Der Kronentraufeffekt konnte mit Hilfe des Blattflächenindexes indiziert und dadurch Elementkonzentrationen nutzungsspezifisch (Grasland, Laubwald, Nadelwald) in Deutschland kartiert werden. Quelle: Forschungsbericht