Projekte

BiomonPOP

Projekttitel

Biomonitoring persistenter Schadstoffe

Immissionsökologisches Monitoring persistenter organischer und anorganischer Schadstoffe im Hintergrund und bei quellenspezifischer Belastung

Kurzbeschreibung

Persistente Schadstoffe zeichnen sich durch ihre besonders hohe Beständigkeit und somit durch ihr Potenzial zur Anreicherung in der Umwelt aus. Bei den persistenten Schadstoffen kann zwischen organischen und anorganischen Stoffen unterschieden werden. Organische Schadstoffe werden auch als POPs (peristent organic pollutants) bezeichnet. Das Bayerische Landesamt für Umwelt befasst sich seit Jahren im Rahmen des Biomonitoring mit den Wirkungen bestimmter Schadstoffe. Dazu zählen beispielsweise Dioxine, polychlorierte Biphenyle (PCB), bestimmte Flammschutzmittel wie polybromierte Diphenylether und anorganische Schadstoffe wie Aluminium, Cadmium, Blei und Molybdän. Für einen Teil der bekannten persistenten Schadstoffe wurden in Deutschland mittlerweile Produktionsverbote oder Emissionsgrenzwerte erlassen. Im Laufe der letzten Jahrzehnte konnte für die meisten Metalle eine Abnahme des Eintrages in Graskulturen festgestellt werden. Es gibt jedoch auch Elemente, die in den letzten Jahren eine Zunahme zeigten wie beispielsweise Zinn und Bismut. Auch die Anreicherung der beobachteten POPs in pflanzlichen Bioindikatoren hat während der letzten zwei Jahrzehnte abgenommen. Vor allem die ausschließlich synthetisch gewonnenen PCB zeigten starke Rückgänge. Mittlerweile hat sich die PCB-Belastung jedoch trotz des jahrzehntelangen Produktions- und Anwendungsverbotes auf einem gleichbleibenden, wenn auch niedrigen, Niveau eingependelt. Beide Entwicklungen sprechen dafür, dass eine Beobachtung möglicher Schadstoffquellen weiterhin von Bedeutung ist. Klassische primäre Quellen wie der industrielle Sektor spielen dabei aber kaum noch eine Rolle, da für diese gesetzliche Emissionsgrenzwerten gelten. Für POPs scheinen heute sekundäre Quellen die Hauptrolle zu spielen. Dafür kommen vor allem Hausfeuerungsanlagen (Dioxine) und Altlasten (PCB) in Betracht. Eine Quelle für Schwermetalle ist der Straßenverkehr, so entsteht metallhaltiger Staub durch den Abrieb von Bremsen, Kupplungsbelägen und Reifen.

Zielsetzung und Untersuchungsprogramm

Mit den Methoden des Biomonitoring (Graskultur- und Grünkohlexposition) sollen mögliche Belastungsquellen im Verkehrs- und Siedlungsbereich charakterisiert und ihr Einfluss auf die Hintergrundbelastung bewertet werden.

Um den Straßenverkehr als Quelle für Metalleinträge in die Umwelt zu untersuchen, wurde eine Kreuzung mit für den ländlichen Raum typischem Verkehrsaufkommen ausgewählt. In ihrem Umfeld wurden fünf Messpunkte mit Bioindikatoren und Depositionssammlern eingerichtet. Aus den vielen Verbindungen der POPs wird die Stoffgruppe der PCB genauer beleuchtet. Der Blick richtet sich hierbei auf diffuse Quellen im Siedlungsbereich. Dazu wurden im Umfeld eines größeren PCB-belasteten Gebäudes fünf Messpunkte mit Bioindikatoren, Depositions- und Luftsammlern eingerichtet.

Projektleitung

Bayerisches Landesamt für Umwelt, Referat 76

Projektbeteiligte

Bayerisches Landesamt für Umwelt, Referate 76, 72 und 74 (71 und 75)

Projektfinanzierung

Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz

Laufzeit

2016 bis 2019

Die wichtigsten Ergebnisse

Der Straßenverkehr als mögliche Quelle verschiedener Metalle sowie deren Reichweite in die Umgebung konnten mit den einschlägigen Methoden der Bioindikation und über Staubdepositionsmessungen an einer verkehrsreichen Kreuzung charakterisiert werden.

Die Depositionsraten der Metalle gingen entlang eines Transekts an der Kreuzung im Mittel um rund 60 % zurück und waren in 30 m Distanz noch circa doppelt so hoch wie das Hintergrundniveau. Die Gehalte in den Graskulturen gingen im Mittel um circa 40 % zurück und machten nach 30 m ebenfalls rund das Doppelte des Hintergrundniveaus aus.
An keinem der untersuchten Messpunkte wurden die Depositionsgrenzwerte (nach TA Luft und BBodSchV) bzw. die EU-Futtermittel Höchstgehalte (in den Graskulturen) überschritten.

Die umfangreiche Auswertung der Messergebnisse von Graskulturen und Metalldeposition ermöglichte es, die folgenden Metalle eindeutig dem Straßenverkehr als direkte Quelle zuzuordnen: Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Eisen (Fe) und Zinn (Sn). Diese Metalle zeigen in den Graskulturen, in der Deposition und in ihrem relativen Anteil am Gesamtstaub signifikant erhöhte Werte in Straßennähe.
Für andere Metalle (Bismut (Bi), Niob (Nb) und Antimon(Sb)) stellen Straßen über die permanente Wiederaufwirbelung von abgelagerten Stäuben zumindest eine indirekte Quelle dar, durch die der Metalleintrag straßennah signifikant erhöht wird.
Zink (Zn) und Nickel (Ni) können, auf Grundlage ihrer Depositionsraten, ebenfalls dem Straßenverkehr als direkte Quelle zugeordnet werden. Ihre Anreicherungen in Graskulturen lassen jedoch darauf schließen, dass die Bioindikation nicht für ihren quellnahen Nachweis geeignet ist.

Im Stadtgebiet waren die Gehalte der PCB in allen betrachteten Umweltmedien im Vergleich zum länd-lichen Hintergrund generell erhöht. Besonders in der unmittelbaren Umgebung des belasteten Gebäudes wurden teilweise ungewöhnlich hohe PCB-Gehalte nachgewiesen. Die PCDD/F zeigten demgegenüber in den Graskulturen nur geringfügig höhere Werte in der Stadt. Die Deposition war hingegen in der Stadt deutlich stärker mit PCDD/F belastet. Im Grünkohl wurden wider Erwarten im Hintergrund im Mittel sogar höhere PCDD/F-Belastungen gemessen.

Mit zunehmendem Abstand zum Gebäude gingen die PCB-Belastungen sukzessive zurück, um in circa 250 m Distanz den typischen städtischen Hintergrundwert zu erreichen. Parallel dazu wurde eine sukzessive Verschiebung der Kongeneranteile hin zu niedrigeren Chlorierungsgraden beobachtet, was auf den zunehmenden Abstand zur Emissionsquelle hinweist. Die PCB-Gehalte und Kongenerverteilungen in allen Umweltproben im Umkreis von mindestens 110 m belegen den Beitrag des Gebäudes zur PCB-Belastung der Umgebung. Das zeigt, dass Gebäude mit PCB-haltigen Baumaterialien auch heute noch PCB-Quellen darstellen.

Im Rahmen des Projekts wurde auch der atmosphärische Eintrag von Pflanzenschutzmitteln (PSM) und deren mögliche Anreicherung in den Bioindikatorpflanzen untersucht. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass einige PSM regelmäßig und flächendeckend über die Luft in die Umwelt eingetragen werden und auch in Nicht-Ziel-Pflanzen nachgewiesen werden können. Auch wenn im Niederschlag eine Vielzahl verschiedener PSM-Wirkstoffe identifiziert werden konnte, waren in den Bioindikatorpflanzen hingegen nur die Rückstände einiger weniger PSM nachweisbar. Erwartungsgemäß ist die Belastung in landwirtschaftsnahen Gebieten wesentlich höher als in landwirtschaftsfernen Gebieten. Hauptquelle für diese PSM-Einträge sind die am nächsten gelegenen Anwendungsgebiete. Der besonders weitreichende Ferntransport (> 100 km) spielt für die mengenmäßig in Bayern eingetragenen PSM eine untergeordnete Rolle.