Persistente organische Schadstoffe in Waldböden

Transkript

1 Persistente organische Schadstoffe in Waldböden Ergebnisse der BZEII, der Boden-Dauerbeobachtung und des Dioxinmessprogramms der TLUG

2 BZE II Organik Was ist mit persistenten organischen Schadstoffen gemeint? Das sind Stoffe, denen eine hohe Umweltrelevanz zugesprochen wird, da von ihnen eine potentielle Gefahr durch folgende chemische Eigenschaften ausgeht: hohe Persistenz (Langlebigkeit) in der Umwelt, Bioakkumulation (Anreicherung im Fettgewebe von Mensch und Tier), hohe Toxizität sowie krebserregende und erbgutverändernde Wirkungen auf der 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).

3 BZE II Organik-Beprobung Ziel der Untersuchungen: BZEII bot die Gelegenheit, Informationen zur Belastung von Waldböden mit organischen Spurenstoffen zu gewinnen, die nach einheitlichen Vorgaben (Erfassungsanweisung BZEII) von den Ländern erhoben in eine qualitätsgesicherte Analytik durch ein Labor Datensatz liegt vor, der für die Ableitung von Hintergrundwerten genutzt wird Im LABO Bericht zu Hintergrundwerten aus 2003 lagen nur für knapp 30% der Waldflächen HGW vor Umfang der erfassten Stoffe war unterschiedlich Untersuchungsansatz war von regionalen Fragestellungen geprägt BZE II liefert die Datenbasis für die Ableitung von aktuellen Hintergrundwerten für organische Schadstoffe in Waldböden

4 BZE II HGW Hintergrundwerte für organische Schadstoffe in Waldböden HGW = repräsentative Stoffkonzentration in Böden...werden bspw. für folgende Fragen des Bodenschutzes herangezogen: Beschreibung des Stoffbezogenen Bodenzustands Bewertung von Bodenbelastungen (hebt sich die ermittelte Konzentration aus dem Belastungsniveau der Umgebung heraus?) Sie Bilden eine Grundlage zur Bewertung von voraussichtlichen Umweltauswirkungen eines Vorhabens im Rahmen des vorsorgenden Bodenschutzes Beurteilung von Bodenbelastungen für gebietsbezogenen Bodenschutz (liegen flächenhaft schädliche Bodenveränderungen vor?) Verwertung mineralischer Ersatzbaustoffe (nicht > aktuellem Niveau) Ableitung maximaler Immissionswerte

5 BZE II Organik Untersuchungsumfang Wie wurde im Rahmen der BZE II untersucht: Probenahme an 8 Satellitenpunkten für Auflage (Of, Oh ohne L), Oberboden 0-5 cm und 5-10 cm Bildung von Mischproben Probenahme für organische Schadstoffe wurde von der TLUG übernommen BAM (Bundesamt für Materialforschung)(UBA) hatte die Probenaufbereitung und Untersuchung auf organische Schadstoffe übernommen Einheitliche Analytik aller bundesweiten Proben! Was bzw. welche Stoffe und Stoffgruppen wurden untersucht: Untersucht wurde im Rahmen der BZEII auf folgende POPs: PAK16 (Polycyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe; Verbrennungsprodukt) PCB6 (Polychlorierte Biphenyle; vielseitig verwendete technische Chemikalie) DDT (Chlorkohlenwasserstoff; Insektizid) HCB (Chlorkohlenwasserstoffe; Hexachlorbenzol; Fungizid; Industrie) HCH (Hexachlorhexan;Insektizid) Dieldrin (Chlorkohlenwasserstoff; Insektizid; verboten seit 1971)

6 BZE II Ergebnisse UBA Ergebnisse der Untersuchung auf organische Schadstoffe sind im Internet: UBA-Link: Karten pro Stoffgruppe und Tiefenstufe werden angezeigt

7 BZE II Ergebnisse UBA Messwerte pro Standort und Entnahmetiefe:

8 BZEII Ergebnisse UBA Kartentool des UBA; Beispiel PAK In der Vergleichsansicht = Interpolierte Karten für jede Tiefenstufe + Werteverteilung

9 BZE II Ergebnisse für Thüringen Nutzung der BZE II Ergebnisse für Thüringen Ergebnisse für organische Schadstoffe wurden vom UBA bereitgestellt Sie liegen als vorläufige Ergebnisse vor Ergänzt werden die BZE II Ergebnisse durch: BDF-Forst; Monitoring mit Wiederholungsuntersuchungen Dioxinmessprogramm; Monitoring mit Stichprobencharakter Fragestellungen und Ziele für Thüringen; lassen sich auch für Thüringen Hintergrundwerte ableiten? Haben sich die Werte im Vergleich zu den HGW aus LABO 2003 verändert?

10 BZE II Organik BZE II Probenahme: 28 von 97 Standorte wurden im Rahmen der BZE II auf organische Schadstoffe untersucht

11 BZE II- / BDF- / Dioxinmesspunkte Lage der Messpunkte in Thüringen Ergänzt wurden die BZEII Punkte durch: 9 Forst BDF 3 Dioxinmesspunkte = 40 Messpunkte für Thüringen

12 PAK 16 PAK16 Gehalte für Thüringen Entstehen durch unvollständige Verbrennung. (Hauptquelle sind Kleinfeuerungsanlagen, Industrie) 1990 wurden etwa 139 Tonnen (t) BaP in Deutschland emittiert, (90 Prozent aus Kleinfeuerungen). Bis 2000 sanken die BaP-Emissionen auf ca. 30 t und schwanken seither um dieses Niveau. (Quelle: UBA) Benzo(a)pyren µg/kg PAK16(µg/kg) Auflage Oberboden Auflage Oberboden Gültige Fälle Mittelwert 105,15 32, ,57 892,54 Std.Abweichung 150,00 56, , ,40 Variationskoeffizient 1,43 1,71 1,15 1,58 Minimum 0,00 0,00 116,85 20,33 Maximum 884,05 334, , , Perzentil 24,56 10,88 530,60 259,77 Median 56,24 20, ,32 512, Perzentil 152,64 30, ,90 780, Perzentil 214,98 59, , ,84 HGW 2003: BaP 74 (230); 22 (98) PAK (5329); 1014 (2338) VSW µg/kg TS: > 8% Humus 1000; < 8% H 300; >8% 10000; <8% 3000

13 PAK16 Ergebnisse Wie sehen die Ergebnisse für Thüringen aus? PAK16 (n=40) Vorsorgewerte nach BBodSchV: 3000 µg/kg bei Humus <8%; µg/kg Humus >8% die Streuung der Werte ist sehr hoch Sie liegen bis einschließlich des 90er Perzentils unterhalb der Grenzwerte

14 PAK16 Räumliche Verteilung der Werte gegliedert nach Bestand: Es ist ein Nord- Südgefälle der Werte erkennbar

15 PAK16 Ergebnisse Hintergrundwerte für Thüringen sollen aktualisiert werden Ungleiche Verteilung der Werte für Thüringen zeigt, dass man differenzieren sollte Clusteranalyse (blaue und grüne Punkte in der Karte) weist für PAK aufgrund der geringen Datendichte nur zwei Cluster aus Differenzierung nach zusammengelegten Wuchseinheiten muss noch geprüft werden

16 PAK 16 Ergebnisse Deutschland PAK 16 im bundesweiten Vergleich:

17 BZE II PCB6 Ergebnisse PCB 6 -Ergebnisse: Deskriptive Statistik Auflage (n = 38) PCB6 ng/g (bzw. µg/kg) Mittelwert 12,90 Std.Abweichung 10,98 Minimum 1,60 Maximum 43,00 Median 8, Perzentil 32,87 Deskriptive Statistik Oberboden (n = 39) PCB6 ng/g (bzw. µg/kg) Mittelwert 3,22 Std.Abweichung 3,68 Minimum 0,00 Maximum 17,61 Median 2, Perzentil 7,21 Es werden keine Vorsorgewerte überschritten Vorsorgewert: 100µg/kg > 8% Humus 50 µg/kg < 8% Humus HGW 12 (63); <7 (21)

18 BZEII PCB6 Ergebnisse Räumliche Verteilung von PCB6: Die räumliche Verteilung der Werte ähnelt der der PAK16 Maximum der Werte in den Hochlagen des Thüringer Waldes und des Schiefergebirges

19 PAK16 und PCB6 Die räumliche Verteilung der Werte scheint bei beiden Stoffgruppen ähnlichen Mustern zu folgen

20 BZE II Ergebnisse PCB6 Niedrige PCB 6 Werte im Bundesvergleich

21 BZE II DDX Thüringen DDX Ergebnisse für Thüringen: DDX µg/kg Auflage Oberboden n = 38 n = 39 Mittelwert 57,27 30,87 Std.Abweichung 70,83 72,23 Minimum 2,28 0,70 Maximum 411,44 432,10 Median 39,10 9, Perzentil 71,11 23, Perzentil 113,21 96,80 es existieren keine VSW die HGW von 2003 lagen für die Auflage bei: 62 (414) µg/kg und für den Oberboden bei: 20 (98) µg/kg deutliche Abnahme der Werte seit 1997

22 DDX Ergebnisse Thüringen DDX Verteilung Der Norden und SW weist wieder die niedrigsten Werte auf Die höchsten Konzentrationen finden sich im SE

23 DDX Ergebnisse bundesweit DDX Verteilung im Bundesgebiet:

24 γ-hch (Lindan) γ-hch Verwendung bis in die 1990er Jahre im agrarischen und im forstwirtschaftlichen Sektor sowie als Holzschutzmittel wurden ca. 60 t HCH emittiert; bis 1997 <15 t. Der Einsatz als Insektizid ist seit 2007 verboten (Quelle: UBA). Es existiert kein VSW Der Prüfwert für den Pfad Boden/Mensch liegt für Kinderspielflächen bei 40000µg/kg Die HGW 2003 lagen für die Auflage und den Oberboden bei <2 µg/kg Die Werte für Lindan liegen höher als die HGW von 1997, aber unter allen Grenzwerten

25 γ-hch γ-hch; Werte für Thüringen Die Verteilung der Werte zeigt hier eher eine Ost- West, als eine Nord- Südgliederung

26 HCB HCB-Konzentrationen für Thüringen Auflage Oberboden HCB µg/kg n = 37 n = 39 Mittelwert 2,64 0,92 Std.Abweichung 2,22 1,73 Minimum 0,00 0,00 Maximum 8,65 10,51 Median 2,48 0, Perzentil 5,94 2,23 es existieren keine VSW die HGW 2003 lagen für die Auflage bei 4 (15) µg/kg und für den Oberboden bei 1(4)µg/kg Verglichen mit den HGW von 1997 liegen die aktuellen Werte deutlich niedriger

27 HCB BZEII Thüringen HCB Werte für Thüringen Die räumliche Verteilung der Werte ähnelt der von Lindan

28 HCB bundesweit HCB-Verteilung im Bundesgebiet

29 Dieldrin Dieldrin Insektizid (z.b. gegen Borkenkäfer) Abbauprodukt von Aldrin erste thüringenweite Werte keine HGW keine VSW Dieldrin µg/kg Auflage n= 27 Oberboden (0-5cm) n = 28 Mittelwert 2,42 0,02 Std.Abweichung 1,49 0,09 Minimum 0,00 0,00 Maximum 5,41 0,50 Median 2,13 0, Perzentil 4,72 0,00

30 Dielddrin Dieldrin im Bundesvergleich Mit einem Median von 2,13 µg/kg liegt Thüringen im unteren Drittel der Bundeswerte

31 Hintergrundwerte 1997 / BZE II Werte 2007 Gegenüberstellung der Werte von 1997 und 2007 PCB 6 µg/kg TS PAK 16 µg/kg TS B(a)P µg/kg TS HCB µg/kg TS g-hch (Lindan) µg/kg TS DDT µg/kg TS 2003** 2007 Waldboden * n=73 n=40 *n=27 Auflage 50. P < P < n=49 n=40 ** Oberboden 50. P. < < P < Bei reiner Betrachtung der Zahlenwerte, könnte bei fast allen Stoffgruppen eine Abnahme der Hintergrundwerte über die Zeit vermuten Betrachtet man jedoch die räumliche Verteilung der Entnahmepunkte, muss dies hinterfragt werden

32 HGW 1997 Die Dominanz der Entnahmepunkte 1997 lag im SE Thüringens, wo wir heute die oft höheren Konzentrationen finden Lage der Beprobungspunkte 1997 und 2007 Türkise Punkte = 1997 Rote Punkte = BZEII

33 PAK 16 Messwerte im zeitlichen Vergleich Wertevergleich 13 Standorte der Erhebung von 1997 liegen in unmittelbarer Nähe zu den BZEII Beprobungspunkten PROBE BZE II NUMME PAK 16 µg/kg PAK 16 µg/kg TS Naomi 288/1 970, ,58 Natalie ,00 582,46 Natascha 146/1 1870, ,45 Nathan 221/1 2830, ,75 Nepomuk 209/1 2540, ,94 Nicole 151/1 1470,00 563,83 Nigel 200/1 1450, ,05 Nikolaus 128/1 2680, ,61 Nina 180/1 1220,00 914,59 Noah 132/1 1650, ,89 Nora , ,75 Norbert 293/1 328,00 352,70 Nuala ,00 840,05 Der betrachtete Stichprobenumfang erlaubt keine eindeutige Aussage zur Werteentwicklung seit 1997!

34 BZE II und BZE Landwirtschaft Potenziale für eine Datenverdichtung: 154 Plots aus der BZE- LW werden durch die TLUG derzeit mit beprobt und auf organische Schadstoffe und Schwermetalle untersucht Nachbeprobung von BZE Punkten auf Organik, um statistisch gesicherte Daten zu erlangen

35 Organische Schadstoffe Fazit für Thüringen Die Werte liegen alle unterhalb der Vorsorgewerte Im bundesweiten Vergleich liegen wir eher im unbelasteten Bereich Wir haben durch die BZE II und die BZE-LW die Chance für Thüringen die Hintergrundwerte zu aktualisieren In einigen Bereichen erscheint jedoch eine Verdichtung der Daten sinnvoll wenn man der räumlich heterogenen Verteilung der Daten Rechnung tragen möchte

36 BZE II Organik Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

37 BZE II Literatur Lehnik-Habrink P, Hein S, Win T, Bremser W, Nehls I. (2010):Multi-residue analysis of PAH, PCB, and OCP optimized for organic matter of forest soil. J Soils Sediments 2010; 10: ; 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, ) Aichner, B., Bussian, B., Lehnik-Habrink, P., Hein, S.,(2015): Regionalized concentrations and fingerprints of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in German forest soils. Enviromental Pollution 203,

38 PAK PAK Differenzierung nach Wuchsgebieten

39 Chlorkohlenwasserstoffe Die "Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants" regelt global als ein internationales Übereinkommen die Herstellung und Verwendung von POPs. In der EU sind persistente Chemikalien im Rahmen der Europäischen Chemikaliengesetzgebung REACH (REACH, 2006) geregelt. Die REACH- Verordnung, Anhang XIII legt für die verschiedenen Umweltmedien Kriterien für die Persistenz fest: hiernachhhiernach beträgt die Abbau-Halbwertszeit im Boden mehr als 120 Tage. Aldrin (Dieldrin) Verwendung: Insektizid; wurde gegen im Boden lebende Schädlinge eingesetzt. A. wird von Pflanzen und Tieren in Dieldrin umgewandelt. Wurde auch als Beizmittel für Saatgut eingesetzt. Endosulfan (Endosulfansulfat) Verwendung: Insektizid; Kontakt- und Mageninsektizid; Einsatz in Land- und Forstwirtschaft. Chlordan (trans-, cis-, Heptachlor) Verwendung: Insektizid; wurde überwiegend für landwirtschaftliche Zwecke, hauptsächlich zur Boden- und Saatgutbehandlung sowie als Holzschutzmittel eingesetzt.

40 Chlorkohlenwasserstoffe HCB Hexachlorbenzol Verwendung: Fungizid; Trockenbeizmittel (Getreide), Desinfektionsmittel, Holzschutzmittel; Hat flammenhemmende Wirkung ; Imprägnierung von Nutzholz Weichmacher für PVC, Peptisator bei Reifenherstellung, Stabilisator in der Farb- und Kunststoffindustrie HCH γ-hexachlorcyclohexan (Lindan); (weitere Isomere α-, β-, δ-, ε- Hexachlorcyclohexan) Verwendung: Insektizid (Faß- und Kontaktgift); wurde in Land- und Forstwirtschaft zur Bekämpfung von Engerlingen eingesetzt. Holzschutzmittel.

41 PAK16 Ergebnisse bundesweit BUSSIAN et al. haben auf Basis der Kongenerverteilungen drei Cluster in den bundesweiten Daten ausgegrenzt:

42 PAK 16 Ergebnisse Bsp. für eine Differenzierung der Standorte nach Humusform: eine Differenzierung nach Humusform führt zu einer Verringerung der Spannweiten

43 BZE II PAK16 Ergebnisse Räumliche Verteilung der PAK16- Konzentrationen differenziert nach Humusform