Hintergrund

Probenahmestandort in Rheinland-Pfalz

Probenahmestandort in Rheinland-Pfalz

Wälder bedecken in Deutschland ca. 30 % der Fläche und erfüllen im Naturhaushalt wichtige Funktionen. Wälder sind Lebensraum, Sauerstoffproduzent, Filter zur Bereitstellung von sauberem Trinkwasser und liefern nachwachsende Rohstoffe. Um die vielfältigen Funktionen von Wäldern nachhaltig zu sichern, sind Kenntnisse über den Zustand der Waldböden als Entscheidungshilfe zur Erfüllung gesetzlicher Aufgaben und als Handlungsempfehlung für Politik, Wirtschaft und Verwaltung notwendig.

Die BZE ist ein Gemeinschaftsvorhaben von Bund und Ländern und Bestandteil des forstlichen Umweltmonitorings. Die fachwissenschaftliche Betreuung der BZE II obliegt dem Institut für Waldökologie und Waldinventuren des Johann Heinrich von Thünen-Instituts (TI, vormals Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft).

Eine Besonderheit der BZE II ist ihr interdisziplinärer Ansatz. An der Vorbereitung und der Durchführung wirken neben verschiedenen Instituten des TI auch die Forstlichen Forschungs- und Versuchsanstalten der Länder, die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), das Umweltbundesamt (UBA), der BMEL-Gutachterausschuss „Forstliche Analytik" (GAFA), die Bund / Länder-Arbeitsgemeinschaft Bodenschutz (LABO) sowie zahlreiche Experten maßgeblich mit.

Neben Daten zu forstlichen Fragestellungen deckt das Untersuchungsspektrum, im Zeitraum von 2006 bis 2008, die wichtigsten Themen der Waldbodenforschung ab. In diesem Zusammenhang entschieden die Umweltressorts des Bundes und der Länder die BZE II auch in einem Teilprojekt für die systematische Erhebung der Hintergrundgehalte von organischen Spurenstoffen (Organika) und Spurenelementen (Schwermetalle) in Waldböden zu nutzen. Schwerpunkte der BZE II bilden:

  • Bodenversauerung
  • Schadstoffbelastung (Organika und Schwermetalle),
  • Stickstoffsättigung
  • Kohlenstoffspeicherung
  • Wasserhaushalt unter veränderten Klimabedingungen und
  • Waldböden als natürliche Produktionsgrundlagen der Forstwirtschaft.
Verwendete Probenahmewerkzeuge

Verwendete Probenahmewerk-zeuge

Das Umweltbundesamt hat die einheitliche Probenweiterverarbeitung und Untersuchung auf Organika übernommen, während die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) die Proben auf Schwermetalle untersucht.

Wichtige Aufgaben und Zielsetzungen

Mit den Untersuchungen werden unterschiedliche Zielsetzungen verbunden:

  • BZE-Organika-Analyse für die Schaffung einer Datengrundlage über die Verbreitung und ggf. über die Belastung der Waldökosysteme durch organische Schadstoffe (Hintergrundbelastung)
  • Einlagerung von weiteren Proben in die Umweltprobenbank des Bundes für zukünftige Wiederholungs- und Vergleichsuntersuchungen sowie für die Schaffung von Zeitreihen
  • Gesetzliche Anforderungen ergeben sich an die Ermittlung von Organika-Hintergrundwerten als Teil der Umsetzung des nationalen Bundes-Bodenschutzgesetz (BBodSchG) und der europäischen Bodenschutzstrategie
  • Internationale Verpflichtungen entstehen aus dem 2003 ratifizierten POPs-Protokoll der UNECE-Konvention über weiträumige, grenzüberschreitende Luftverunreinigung (CLRTAP) und aus dem Stockholmer Übereinkommen über Persistente Organische Schadstoffe (POP´s), das 2004 in Kraft trat.

Eigenschaften der Organischen Stoffe

Das UBA beteiligt sich zum ersten Mal an der BZE II mit der flächendeckenden Bestimmung der Hintergrundbelastung von Waldböden durch ausgewählte organische Schadstoffe (Organika). Den zu untersuchenden Stoffen wird eine hohe Umweltrelevanz zugesprochen. Eine potentielle Gefahr geht von ihnen insbesondere durch folgende chemische Eigenschaften aus:

  • hohe Persistenz (Langlebigkeit) in der Umwelt,
  • Bioakkumulation (Anreicherung im Fettgewebe von Mensch und Tier),
  • hohe Toxizität sowie krebserregende und erbgutverändernde Wirkungen auf den Organismus und
  • weiträumiger Transport („grasshopper“-Effekt).

Viele dieser Organischen Schadstoffe sind in Deutschland verboten (REACH Verordnung), werden aber in weiten Teilen der Erde noch immer eingesetzt. U. a. stehen einige dieser Verbindungen auf der Liste der 12 gefährlichsten Stoffe (das so genannte „dreckige Dutzend“) des Stockholmer Übereinkommens über Persistente Organische Schadstoffe (POP´s). Bekannte Beispiele sind das Pflanzenschutzmittel Dichlordiphenylchlorethen (DDT) oder die Industriechemikalie PCB (polychlorierte Biphenyle).

Untersuchungsmethodik für Organische Schadstoffe

Die Anforderungen an die Methodik werden in zwei Teile gegliedert: Außenaufnahmen und Labor:

Aus dem Raster der etwa 2000 BZE II-Punkte werden für die Organika-Analyse die 450 ICP-Forest- bzw. BioSoil-Punkte ausgewählt. Aufgrund der speziellen Anforderung an die Flächenrepräsentativität werden zur Verdichtung des Netzes weitere 50 Probenahmepunkte hinzugezogen.

Um Kontaminationen des Probenmaterials vorzubeugen, müssen bestimmte Anforderungen an die Ausführung, die Geräte und die Verpackung beachtet werden. Weiterhin besteht die Gefahr, dass durch Oxidation oder mikrobielle Zersetzung die Organika-Gehalte verfälscht werden. Deswegen muss konsequent die Kühlkette eingehalten werden, die eine Kühlung der Proben unmittelbar nach der Probenahme bis zur Lagerung vorsieht.

Die Proben stammen ausschließlich aus dem Auflagehumus (Of/Oh) und aus zwei Tiefenstufen des Mineralbodens (0-5 cm und 5-10 cm Tiefe). Von diesen Horizonten bzw. Tiefenstufen darf nur in Ausnahmefällen abgewichen werden, da ansonsten die Gehalte der 500 Probenahmepunkte nicht miteinander vergleichbar sind.

Aus Repräsentativitätsgründen werden aus der Auflage und aus den zwei Tiefenstufen jeweils eine Mischproben gewonnen. Hierfür wird an den acht Satellitenpunkten eines jeden BZE-Standortes Material aus der Auflage und den Tiefenstufen entnommen und getrennt voneinander vermischt. Der Mittelpunkt eines BZE-Erhebungspunktes wird diesbezüglich nicht beprobt. Die so gewonnenen Mischproben werden anschließend für die Analytik aufbereitet, indem sie zuerst gesiebt, der Skelett- und Feinbodengehalt bestimmt und das Material homogenisiert wird. Nach der Bestimmung des Trockensubstanzgehaltes werden Teilproben erstellt, welche bis zur anschließenden Analytik bei -20°C in den Tiefkühlcontainer bzw. bei -150°C über Flüssig-Stickstoff langfristig in die Umweltprobenbank (UPB) eingelagert werden.

Nach der Entnahme der Proben und Aufbereitung (Sieben, Mahlen, Einlagern) wurden für die analytisch-chemische Untersuchung Teilproben (ca 20 g) entnommen und auf zahlreiche organische Schadstoffe untersucht. In dieser Internetpräsentation werden die Ergebnisse für PAK (polyzyklische Kohlenwasserstoffe), für DDT und (Dichlordiphenyltrichlorethan) und PCB (polychlorierte Biphenyle) dargestellt.

Weitere Informationen zur Vorgehensweise können der „Arbeitsanleitung für die zweite bundesweite Bodenzustanderhebung im Wald“ entnommen werden sowie den wissenschaftlichen Publikation (Lehnik-Habrink P, Hein S, Win T, Bremser W, Nehls I. Multi-residue analysis of PAH, PCB, and OCP optimized for organic matter of forest soil. J Soils Sediments 2010; 10:1487–1498.; Aichner, B., Bussian, B., Lehnik-Habrink, P., Hein, S., 2013. Levels and spatial distribution of persistent organic pollutants in the environment: a case study of german forest soils. Environmental Science & Technology 47, 12703-12714)

Kartendarstellung

Die Kartendarstellung berücksichtigt alle Analysenergebnisse für organische Schadstoffe der BZE II Wald. Zusätzlich wurden aus diesen Daten deutschlandweite Interpolationskarten in einem 16 x 16km-Raster berechnet, unter der Annahme, dass ganz Deutschland mit Wald bedeckt ist. Diese Darstellung zeigt für die Flächen zwischen den eigentlichen Beprobungsstandorten interpolierte Schadstoffgehalte, die nicht den tatsächlichen, vor Ort ermittelbaren Gehalten übereinstimmen müssen.

Zwei Darstellungsvarianten werden in der Webanwendung angeboten:

In der Einzelansicht können individuelle Sichten erzeugt werden. Es besteht die Möglichkeit der Abfrage nach konkreten Stoffen bzw. Stoffgruppen für ausgewählte Horizonte und Tiefenstufen bzw. für alle Horizonte und Tiefenstufen. Die gewählte Sicht kann mit der entsprechenden Interpolationskarte hinterlegt werden. Unabhängig von Stoff bzw. Stoffgruppe und Tiefenstufe können in einer neutralen Kartendarstellung die Gehalte für alle Stoffe jeder Probenahmestelle angezeigt werden.

In der Vergleichsansicht können für jeden Stoff bzw. jede Stoffgruppe Interpolationskarten der drei Tiefenstufen direkt miteinander verglichen werden.

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