Konzentrationen von Schwermetallen in Bodenlösungen aus bayerischen Wäldern

Zusammenfassung

Ziel und Methoden

Auf 18 über Bayern verteilten, mit Schwermetallen anthropogen gering belasteten Waldstandorten wurde über einen Zeitraum von zwei Jahren die Bodenlösung mittels keramischer Saugkerzen beprobt. In den Lösungen wurden pH-Wert, elektrische Leitfähighkeit, organischer Kohlenstoff sowie die Elemente Al, Cr, Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, Cd, Ba und Pb bestimmt.

Ergebnisse

Die Zeitreihen zeigen neben anfänglichen Einbaueffekten der Saugkerzen jahreszeitliche Einflüsse. Innerhalb der einzelnen Standorte liefern die jeweils parallel betriebenen Saugkerzen gut vergleichbare Ergebnisse mit Streuungen im Bereich von 20 bis 25 Prozent. Mit zunehmender Bodentiefe findet man an den oberflächlich versauerten Standorten vor allem einen Anstieg des pH-Wertes der Bodenlösung (um bis zu 2,5 pH-Einheiten), Während die Metallkonzentrationen, abgesehen von Al und Mn, insgesamt kaum von der Tiefenstufe abhängen. Auch die Art der Bestockung beeinflusst die Metallkonzentrationen nur wenig. Korrelationsuntersuchungen zeigen, dass Al, Mn und Zn im wesentlichen durch saure pH-Werte in den Bodenlösungen mobilisiert werden, während Ba an vielen Standorten durch Ionenaustausch an der Bodenmatrix freigesetzt wird. Ein Cotransport zwischen Metallen und gelösten organischen Stoffen kann nur für Cu an einem einzigen Standort nachgewiesen werden. Die Konzentrationen in der Bodenlösung hängen nur wenig von den königswasserlöslichen Elementgehalten im Boden ab. Nur bei sehr hohen königswasserlöslichen Gehalten wurde ein Anstieg der Konzentrationen in der Bodenlösung beobachtet. Verglichen mit verschiedenen Grenz- und Schwellewerten sind die beobachteten Schwermetallkonzentrationen in den Bodenlösungen insgesamt als niedrig einzustufen.

Schlussfolgerungen

Die Metallkonzentrationen in den Bodenlösungen werden im wesentlichen durch die Bodeneigenschaften der Waldstandorte selbst, weniger durch die Art der Bestockung bestimmt. Potentielle Austräge von Schwermetallen in das Grundwasser, die durch waldbauliche Maßnahmen (z.B. Erstaufforstungen) verursacht werden könnten, sind aus ökotoxikologischer Sicht an den untersuchten Standorten unbedenklich.

Abstract

Goal and Methods

During two years, soil solution samples were collected at 18 forest sites with low anthropogenic heavy metal loads in Bavaria using ceramic suction cups. The collected samples were analysed for pH, conductivity, dissolved organic compounds, and the trace elements Al, Cr, Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, Cd, Ba, and Pb.

Results

In addition to initial interference effects caused by the installation of suctions cups, time series were characterised by seasonal variations. The results obtained for the replicated suction cups were comparable for every individual area with standard deviations of 20 to 25 percent. With increasing soil depth, the pH of the soil solution increases specifically at those sites (up to 2.5 pH units) where the topsoils have been acidified. On the other hand, concentrations of all trace elements investigated — excepted of Al and Mn — are not influenced by the soil depth. The forest stand has no significant additional effect on trace element concentrations. Contents of Al, Mn, and Zn are correlated with low pH-values in the soil solution, whereas the mobilisation of Ba is mainly caused by ion exchange. Complexes of trace elements and dissolved organic matter were only detected for Cu at one site. Element concentrations in the soil solution are not significantly influenced by the contents of aqua regia soluble portions in the soil matter. Only very high qua soluble portions increase the concentrations in the soil solution. The overall heavy metal concentrations determined in soil solutions are low compared with different limiting and threshold values, respectively.

Conclusions

Trace element concentrations in soil solutions are mainly influenced by the soil properties themselves. The contribution of the forest stand is negligible. Therefore, from the ecotoxicologic point of view, the risk of leaching heavy metals contaminating the groundwater is not significant for the investigated forest sites and without any respect to silviculture practices.