Nutzung von Bioindikationsmethoden zur Bestimmung und Regionalisierung von Schadstoffeinträgen für eine Abschätzung des atmosphärischen Beitrags zu aktuellen Belastungen von Ökosystemen

Abstract

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

In the moss survey 2015, in continuation of the campaigns in 1990, 1995, 2000 and 2005, the area-wide atmospheric bioaccumulation of heavy metals and nitrogen in background areas of Germany was quantified using ectohydric mosses. For the first time in Germany, a wide range of (persistent) organic pollutants (PAH, PCDD / F, dl-PCB, flame retardants) in moss samples at eight monitoring sites could be quantified. Sampling took place in a 2015 monitoring network (400 sites), which was reduced by about half compared to the previous campaign (726 sites) in 2005, with efficiency and sufficiency largely maintained. Since the year of the first sampling (As, Cd, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, V, Zn: 1990, Al, Hg, Sb: 1995), the concentrations of heavy metals analyzed in mosses in Germany have decreased significantly. With the exception of Hg (-4%), the decreases for all heavy metals with values between -32% (Al) and -76% (Cr) compared to the previous campaign 2005 are clearly pronounced. The heavy metal concentrations in the mosses for As, Cd, Ni, Pb, Sb and Zn in 2015 are similar to the spatial distribution patterns of the 1995, 2000 and 2005 campaigns. Since the year of the first sampling, areas of focus are mostly found in the industrial areas of North Rhine-Westphalia and the Halle / Leipzig area, in the densely populated Rhine-Main region, in the Saarland, in large parts of Saxony and on the southern Upper Rhine. In contrast, the N concentration (first sampling 2005) remains almost at the same level. Regions such as west, northwestern Lower Saxony and northwestern North Rhine-Westphalia, which are characterized by high livestock densities, show comparatively high N-concentrations in the mosses. With regard to organic pollutants, the widespread distribution of these compounds in Germany and the general suitability of ectohydric mosses as biomonitors for these substances could be demonstrated. The statistical evaluation revealed significant dependencies of the nitrogen and heavy metal con-centration in the mosses on the sampled moss species, the canopy drip effect of trees and the spatial density of various land use classes in certain radii (5 - 300 km) around the sampling point. The canopy drip effect was indexed using the leaf area index, so that land use-specific element concentrations (grassland, deciduous forest, coniferous forest) could be mapped for Germany. Quelle: Forschungsbericht

Die Bestimmung von Stoffgehalten in Moosen in einem verhältnismäßig engen Beobachtungsnetz dient dazu, die räumliche Verteilung atmosphärischer Schadstoffbelastungen zu erkennen (Biomonitoring). Die Erhebungen des Moosmonitoring in Deutschland fließen in das Europäische Moosmonitoringprogramm ein, das durch eine Arbeitsgruppe unter der Genfer Luftreinhaltekonvention (ICP Vegetation, Convention on Long-range Transboundary Air Pollution) koordiniert wird. In Deutschland nahm die Belastung durch Schwermetalle mit Ausnahme von Quecksilber im Zeitraum 1990 bis 2016 flächendeckend deutlich ab. Für Stickstoff ist gegenüber dem Jahr der ersten Untersuchung (2005) keine Entlastung festzustellen. Eine Pilotstudie belegt die grundsätzliche Eignung der Moose als Bioindikatoren für organische Schadstoffen. Darüber hinaus wurden in dem Forschungsvorhaben die Methoden für die räumliche Optimierung des Beobachtungsnetzes, die Erhebung von ⁠Metadaten⁠ sowie die geostatistische Auswertung der Ergebnisse der Erhebung weiterentwickelt.