Schwermetalle in Waldböden

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1 Schwermetalle in Waldböden Auswertung der Bodenzustandserhebung in Thüringen Masterarbeit an der Friedrich-Schiller-Universität Jena Studiengang Msc. Geoökologie Hannah Wächter und Michael Fleer Foto: BMEL 1

2 Gliederung 1. Einleitung 2. Quellen der Schwermetalle 3. Schwermetalle in Waldböden 4. Ergebnisse BZE II 5. Veränderungen zwischen BZE I und BZE II 6. Auswirkungen und mögliche forstliche Maßnahmen Hannah Wächter 2

3 ? Fragestellung Wie stark ist der Waldboden belastet? Welche Einflussfaktoren gibt es? Gibt es Veränderungen seit der BZE I? Hannah Wächter 3

4 geogene Quellen Quellen von Schwermetallen Thüringer Schiefergebirge Basaltsäulen der Rhön anthropogene Quellen Foto: Tobias Müller Foto: Wolfgang Hempel Foto: Foto: Tobias Müller Hannah Wächter 4

5 Schwermetalle in Waldböden Besonderheiten von Waldböden: Auskämmeffekt des Bestandes besonders hoch niedrige ph-werte mächtige Humushorizonte Forstliches Management (z.b. Kalkung, Waldumbau) Die Löslichkeit der Schwermetalle ist abhängig von: dem Gesamtgehalt der Schwermetalle dem elementspezifischen Löslichkeitsverhalten ph-wert des Bodens dem Gehalt an organischen und anorganischen Komplexbildnern den Redoxbedingungen Hannah Wächter 5

6 Ergebnisse der BZE II (2006/07) in Thüringen Foto: TLUG Hannah Wächter 6

7 Pb- und Zn- Konzentration in den einzelnen Tiefenstufen Blei hohe Anreicherung im Humus starke Konzentrationsabnahme im Tiefenverlauf geringe Spannweiten im Unterboden Zink keine besondere Anreicherung im Humus relativ linearer Tiefenverlauf große Spannweiten in allen Tiefenstufen Hannah Wächter 7

8 Räumliche Schwermetallverteilung in der Humusauflage anthropogen hohe Werte v.a. im Thüringer Wald geogen hohe Werte v.a. auf Carbonatgestein und Schiefer Hannah Wächter 8

9 Pb- und Zn-Mediane der Humusauflage innerhalb der Bestands- und Humusklassen deutlich höhere Belastung unter Nadelwald bzw. auf Rohhumus geringe Unterschiede zwischen den Bestandsarten geringere Werte im Rohhumus Hannah Wächter 9

10 Verteilung der Pb- und Zn-Konzentrationen innerhalb der Tiefenstufen in Abhängigkeit von Substrat und Bodentyp Mediane der Pb-Konzentration in Abhängigkeit von Substrat und Bodentypen Blei Mediane der Zn-Konzentration in Abhängigkeit von Substrat und Bodentypen Zink Hannah Wächter 10

11 Räumliche Schwermetallverteilung in der Humusauflage anthropogen bereits stark in tiefere Bodenschichten verlagert geogen diffuse räumliche Verteilung Hannah Wächter 11

12 Vorsorgewerte und Hintergrundwerte Vorsorgewerte Bodenwerte, bei deren Überschreiten (...) davon auszugehen ist, dass die Besorgnis [des Enstehens] einer schädlichen Bodenveränderung besteht. (nach 8 Abs. 2 Nr. 1 Bundesbodenschutzgesetz (BBodSchG)) Hintergrundwerte Hintergrundwerte bezeichnen die repräsentativen Schwermetallkonzentrationen in Böden einer Region. Sie umfassen die naturbedingten Grundgehalte sowie die allgemein vorhandene anthropogene Zusatzbelastung Hannah Wächter 12

13 Überschreitungen der Vorsorgewerte nach BBodSchV in der Tiefenstufe 0-5 cm Standorte mit Überschreitungen der Vorsorgewerte in der Tiefenstufe 0-5 cm an den BZE II-Punkten in Thüringen. Die Zahlen stehen für die BZE-Nummern, die farbliche Markierung entspricht der Anzahl an Elementen, die an dem jeweiligen Standort sowohl den Vorsorgewert als auch den Hintergrundwert (Median) nach SCHRAMM et al. (1997) überschreiten Hannah Wächter 13

14 Veränderungen zwischen BZE I (92/93) und BZE II (06/07) in Thüringen Foto: Hannah Wächter 14

15 Veränderungen der Pb-Konzentration zwischen BZE I und BZE II 27 Standorte 14 Standorte 16 Standorte 8 Standorte 23 Standorte Hannah Wächter 15

16 Veränderungen der Zn-Konzentration zwischen BZE I und BZE II 23 Standorte 26 Standorte 17 Standorte 21 Standorte 5 Standorte Hannah Wächter 16

17 Veränderungen der Cd und Cu-Konzentration zwischen BZE I und BZE II 24 Standorte 38 Standorte 9 Standorte 16 Standorte Cadmium 10 Standorte 21 Standorte Kupfer 12 Standorte 18 Standorte 24 Standorte 9 Standorte Hannah Wächter 17

18 Veränderungen der Schwermetallemissionen Veränderungen der Schwermetallemissionen in Deutschland [%] (oben) und jährliche Schwermetallemissionen [t] (unten) seit 1990 (nach UBA 2014) Hannah Wächter 18

19 Veränderungen der Pb-Konzentration zwischen BZE I und BZE II 27 Standorte 14 Standorte 16 Standorte 8 Standorte 23 Standorte Hannah Wächter 19

20 Veränderungen der Schwermetallemissionen Veränderungen der Schwermetallemissionen in Deutschland [%] (oben) und jährliche Schwermetallemissionen [t] (unten) seit 1990 (nach UBA 2014) Hannah Wächter 20

21 Veränderungen der Zn-Konzentration zwischen BZE I und BZE II 23 Standorte 26 Standorte 17 Standorte 21 Standorte 5 Standorte Hannah Wächter 21

22 Mögliche Folgen für den Menschen Aufnahme der Schwermetalle durch Bodensickerwasser Foto: Sebastian Wriedt Auswaschung der Schwermetalle mit dem Sickerwasser ins Grundwasser Foto: Frank Siegwarth Aufnahme der Schwermetalle durch Umbrechen der Humusschicht Hannah Wächter 22

23 Forstliche Maßnahmen Vermeidung von Kahlschlägen und starker Auflichtung des Waldbestandes einzelstammweise Nutzung von Bäumen Bevorzugung der natürlichen Verjüngung Vermeidung von Zerstörungen des Bodengefüges bei forstlicher Bewirtschaftung Foto: Frank Siegwarth Foro: Sebastian Wriedt Hannah Wächter 23

24 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Hannah Wächter 24

25 Literatur BBodSchV (1999): Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung vom 12. Juli 1999 (BGBl. I S. 1554), die zuletzt durch Artikel 5, Absatz 31 des Gesetzes vom 24. Februar 2012 (BGBl. I S. 212) geändert worden ist. GEHRMANN, J. (2013): Schwermetallbelastung von Waldböden in Nordrhein-Westfalen auf der Grundlage der Bodenzustandserhebung im Wald BZE. Zielvereinbarung (unveröffentlicht). HERMS, U., & G.-W. BRÜMMER (1984). Einflußgrößen der Schwermetallöslichkeit und bindung in Böden. Zeitschrift für Pflanzenernährung und Bodenkunde, 147(3), LABO - Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Bodenschutz (2003): Hintergrundwerte für anorganische und organische Stoffe in Böden. Seite A-6 ff. (bundesweite Werte), Seite A-107 ff. (thür. Werte). PRÜESS, A. (1994): Einstufung mobiler Spurenelementgehalte in Böden. In: Handbuch Bodenschutz. 15. Lfg. II/94, Nr. 3600, Schmidt: Berlin. REHFUESS, K. (1981): Waldböden. Entwicklung, Eigenschaften und Nutzung. Hamburg/Berlin: Verlag Paul Parey. SCHRAMM, H., POHL, A., WUNDERLICH, J. & R. BISCHOFF (1997): Atlas der Schwermetallgehalte Thüringer Böden 1: Weimar: Thüringer Landesanstalt für Geologie. WELLBROCK, N., UTERMANN, J., DUIJNISVELD, W.H.M. & M. HOLZHAUSEN (2013):Zeitliche und räumliche Veränderungen der Schwermetallgehalte von Pb, Zn, Cu in den Humusauflagen von Waldböden an BZE-Punkten. In: DBG- Jahrestagung: Böden - Lebensgrundlage und Verantwortung, September 2013, Rostock Hannah Wächter 25