Biomonitoring zur wirkungsbezogenen Ermittlung der Schadstoffbelastung in terrestrischen Ökosystemen

Konzeption, Durchführung und Beurteilungsmaßstäbe im Rahmen von Genehmigungsverfahren
  • Reinhard Kostka-Rick
  • Uta Susanna Leffler
  • Bernd Markert
  • Uwe Herpin
  • Manfred Lusche
  • Jürgen Lehrke
Originalarbeiten

Zusammenfassung

Hintergrund

Biomonitoring programme können im Zuge immissions-schutzrechtlicher Genehmigungsverfahren eigenständige Wirkungs-aussagen liefern und Ergebnisse von Immissionsmessungen oder-prognosen wesentlich ergänzen. Voraussetzung hierfür sind objektive und praxistaugliche Beurteilungsmäßstäbe, die bislang weitgehend fehlen, sowie eine leicht verständliche Darstellungsweise.

Ziel und Absicht

Auf der Grundlage von umfangreichen Messergebnissen aus Monitoringprogrammen werden Beurteilungsmaßstäbe für Biomonitoringuntersuchungen mit Pflanzen entwickelt, die zugleich als Basis für eine anschauliche Ergebnisdarstellung dienen. Beispielhaft werden Ergebnisse aus einem anlagenbezogenen Messnetz, die im Rahmen eines immissionsschutzrechtlichen Verfahrens erhoben wurden, anhand der erarbeiteten Beurteilungsmaßstäbe dargestellt und bewertet. Pflanzliche Bioindikationsverfahren mit Moosen (passiv) und Flechten (aktiv) stehen im Mittelpunkt dieser Auswertungen, die 14 Metallelemente umfassen.

Methodik

Datensätze aus 15 Moos- und 24 Flechtenuntersuchungs-programmen wurden anhand ihrer Belastungscharakteristik geordnet. Werte vergleichbarer Monitoringspezies von emittentenfernen bzw. Hintergrund-Stationen wurden aggregiert und statistische Kenngrößen der Verteilung der Metallgehalte berechnet.

Ergebnisse

Aus statistischen Verteilungskenngrößen (50-, 75-, 90-und 95-Perzentilwerte) werden die Skalierung und Farbgebung der Beurteilungsmaßstäbe abgeleitet, die in grafischer Form die Absolutgehalte anschaulich wiedergeben und die relative Einordnung aktueller Messergebnisse erlauben. Die beispielhaft in einem anlagenbezogenen Biomonitoring ermittelten Metallgehalte liegen ganz überwiegend unterhalb der Medianwerte gering belasteter Standorte oder übertreffen sie nur geringfügig. Für 7 Metallelemente (Cd, Cu, Hg, Pb, Sb, Sn, Zn) liegen die Gehalte in exponierten Flechten deutlich höher, nur für Thallium merklich niedriger als in den Moosproben.

Diskussion

Die hier dargestellte praxisorientierte Bewertung ist nicht absolut, d.h. nicht im Sinne einer ökologischen Risikoabschätzung zu verstehen, sondern liefert Relativvergleiche auf einer absoluten Skala der Schadstoffgehalte. Unterschiede im Metallgehalt verschiedener Moosspezies am selben Standort und mögliche Korrekturen zur Normierung werden kurz diskutiert, ebenso wie mögliche Konsequenzen für die Schärfe und Differenzierbarkeit der Beurteilungsmaßstäbe, wenn Monitoringergebnisse über mehrere Moosspezies hinweg gepoolt werden.

Schlagwörter

Bewertungsschema Biomonitoring Bodenmonitoring Darstellungsmethode Flechten Flechtenmonitoring Moose Moosmonitoring Ökosysteme, terrestrische Originalarbeiten Schadstoffbelastung Schwermetalle Umgebungsüberwachung 

Assessing the pollution impact on terrestrial ecosystems by plant and soil monitoring: conception, implementation and assessment scales

Abstract

Biomonitoring programmes provide relevant information, which may supplement ambient air pollution monitoring or modelling around emission sources. As a prerequisite, assessment scales for biomonitoring data have to be derived based on an objective evaluation of available data, as well as on a scheme of presentation, which is suggestive and easily understandable even for laymen. Based on an evaluation of numerous monitoring programmes, assessment scales for biomonitoring results are derived for plant biomonitoring, which also serve as a basis for the graphical presentation of monitoring results.

This study is focussed on bioindicator plants like mosses (passive biomonitoring) and exposed lichens (active biomonitoring), in which 14 metal elements are investigated. As an example, data from a local biomonitoring network around a cement plant were used to demonstrate the use of the assessment scales derived and the presentation scheme developed.

Data sets from about 15 moss and 24 lichen biomonitoring programmes, comprising more than 1000 specimens, were sorted by their pollutant characteristics in order to form the database. Data on the metal contents of species demonstrating similar values with respect to growth characteristics and habit, and representing background or low pollution levels, are aggregated and their statistical distributions are evaluated.

Spacing of the assessment scales and their colour designations are derived from the 50-, 75-, 90- and 95-percentile values. Graphical presentation allows a comparison of the absolute values of metal contents and a relative association of measured values. Exemplary results from moss and lichen monitoring around a cement plant are generally below or slightly above the median values at background and low-pollution sites. Metal contents are higher in lichens compared to mosses for 7 elements (Cd, Cu, Hg, Pb, Sb, Sn, Zn), and are lower in lichens only for thallium. The assessment scheme presented is mainly aimed at the practitioner in the field of biomonitoring in order to provide a reliable and sound scale of assessment by comparison on an absolute scale rather than presenting the basis of ecological risk assessment. Differences in metal content of co-located samples of various moss species and possible correction procedures are briefly discussed- as well as the consequences of pooling monitoring data across various moss species for the quality of assessment scales.

Further evaluations shall focus on species-specific rather than on pooled databases and will investigate the consequences of the use of correction factors when extrapolating metal data from one monitoring species to another.

Keywords

Assessment scale assessment scheme biomonitoring environmental monitoring heavy metals lichens lichen monitoring mosses moss monitoring soil monitoring 

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Copyright information

© Springer-Verlag Gmbh 2001

Authors and Affiliations

  • Reinhard Kostka-Rick
    • 1
  • Uta Susanna Leffler
    • 2
  • Bernd Markert
    • 2
  • Uwe Herpin
    • 3
  • Manfred Lusche
    • 4
  • Jürgen Lehrke
    • 4
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