Richtlinien zur Erstellung von Wirkungskataster

5
Wirkungskataster Beitragsserien Beitragsserie: Richtlinien zur Erstellung von Wirkungskataster Hrsg.: Prof. Dr. RalfoDieter Zimmermann, FH Rheinland-Pfalz, Abt. Bingen, Fachbereich Umweltschutz, RochusaUee 4, D-55411 Bingen Dr. Rosemarie Umlauff-Zimmermann, Landesanstah fiir Umwehschutz Baden-Wiirttemberg, Griesbachstralge 1, D-76185 Karlsruhe Teil h Teil Ih Teil III: Teil IV: Teil V: Von der Bioindikation zum Wirkungskataster Bioindikationsmethoden, aktive Verfahren Bioindikationsmethoden, passive Verfahren Empfehlungen fiir den Aufbau yon Wirkungskataster Auswertung und Darstellung yon Mefgergebnissen aus Bioindikationsverfahren Pr/iambel Der Einsatz von Bioindikatoren ist seit 1990 im Bundes- Immissionsschutzgesetz festgeschrieben. Bioindikatoren bil- den die Schadstoffsituation an einem spezifischen Ort ab, un- ter Beriicksichtigung der Variabilit/it der 6kologischen Stand- ortbedingungen. Ziel dieser Beitragsserie ist es, dieser Wissenschaftsrichtung zu einer gemeinsamen, begrifflich und methodisch verbind- lichen Basis zu verhelfen. Die beschriebenen Empfehlungen fiir den Aufbau von Wirkungskataster basieren auf den fol- genden Bioindikationsmethoden: 1. Aktive Verfahren: Graskuhur, Flechtenexposition, Pho- tooxidantien, Grfinkohl, Klon-Fichten 2. Passive Verfahren: Botanische Methoden, Zoologische Methoden, Abiotische Grundlagenun- tersuchungen. Die Empfehlungen umfassen Angaben zum Aufbau yon re- gionalen und emittentenbezogenen Mef~netzen, von landes- weiten Met~netzen sowie zu Errichtung und Betrieb von Dau- erbeobachtungsfliichen. Sie stiitzen sich auf die 10jiihrigen Erfahrungen aus dem C)kologischen Wirkungskataster Baden-Wfirttemberg der Landesanstalt fiir Umweltschutz Karlsruhe. FOr die Effektivit~it von Wirkungsuntersuchungen ist nicht nur die Standardisierung der Untersuchungsmethoden wich- tig, sondern auch eine Vereinheitlichung in der Darstellung yon Mete- und Erhebungsdaten. Richtwerte ffir pflanzliche und tierische Bioindikationsorganismen zur Interpretation von Analyseergebnissen werden genannt. Richtlinien zur Erstellung von Wirkungskataster I. Von der Bioindikation zum Wirkungskataster Rail-Dieter Zimmermann, Rosemarie Umlauff-Zimmermann Prof. Dr. R.-D. Zimmermann, FH Rheinland-Pfalz, Abt. Bingen, Fach- bereich Umweltschutz, Rochusallee 4, D-55411 Bingen Dr. R. Umlauff-Zimmermann, Landesanstalt fiir Umweltschutz Baden- Wfirttemberg, Griesbachstral~e 1, D-76185 Karlsruhe Zusammenfassung. Die Bioindikation als Basis der Okotoxi- kologie fibernimmt bei der 6kologischen Umweltbeobachtung bzw. -iiberwachung eine entscheidende Rolle. Seit 1990 ist der Einsatz von Bioindikatoren im Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG/ 47) festgeschrieben. Die Untersuchungen dienen in erster Linie der Erfassung luftverunreinigender Stoffe. Dabei wurde erkannt, dat~ Bioindikatoren keine billigen Ersatz-Mel~instrumente ffir technische Ger/ite sind, sondern wesentlich mehr leisten. Sie liefern die kom- plexe Indikation der Schadstoffsituation unter Beriicksichtigung der Variabilit~it der 6kologischen Standortbedingungen an einem spe- zifischen Ort. Leider fehh dieser Wissenschaftsrichtung noch die ge- meinsame, verbindliche, begriffliche und rnethodische Basis. Ziel die- ser Beitragsserie ist es, diesem Defizit Abhilfe zu verschaffen. Dar- fiber hinaus sollen potentielle Anwendungsbereiche tier Bioindika- tion skizziert und mit entsprechenden Ergebnisdarstellungen in ihrer Aussagekraft veranschaulicht werden. UWSF-Z.Umweltchem. Okotox. 6 (1) 50-54 (1994) S0 ecomed verlagsgesellschaft AG & Co.KG Landsberg

Transcript of Richtlinien zur Erstellung von Wirkungskataster

Page 1: Richtlinien zur Erstellung von Wirkungskataster

Wirkungskataster Beitragsserien

Beitragsserie: Richtlinien zur Erstellung von Wirkungskataster

Hrsg.: Prof. Dr. RalfoDieter Zimmermann, FH Rheinland-Pfalz, Abt. Bingen, Fachbereich Umweltschutz, RochusaUee 4, D-55411 Bingen Dr. Rosemarie Umlauff-Zimmermann, Landesanstah fiir Umwehschutz Baden-Wiirttemberg, Griesbachstralge 1, D-76185 Karlsruhe

Teil h Teil Ih Teil III: Teil IV: Teil V:

Von der Bioindikation zum Wirkungskataster Bioindikationsmethoden, aktive Verfahren Bioindikationsmethoden, passive Verfahren Empfehlungen fiir den Aufbau yon Wirkungskataster Auswertung und Darstellung yon Mefgergebnissen aus Bioindikationsverfahren

Pr/iambel

Der Einsatz von Bioindikatoren ist seit 1990 im Bundes- Immissionsschutzgesetz festgeschrieben. Bioindikatoren bil- den die Schadstoffsituation an einem spezifischen Ort ab, un- ter Beriicksichtigung der Variabilit/it der 6kologischen Stand- ortbedingungen. Ziel dieser Beitragsserie ist es, dieser Wissenschaftsrichtung zu einer gemeinsamen, begrifflich und methodisch verbind- lichen Basis zu verhelfen. Die beschriebenen Empfehlungen fiir den Aufbau von Wirkungskataster basieren auf den fol- genden Bioindikationsmethoden: 1. Aktive Verfahren: Graskuhur, Flechtenexposition, Pho-

tooxidantien, Grfinkohl, Klon-Fichten 2. Passive Verfahren: Botanische Methoden, Zoologische

Methoden, Abiotische Grundlagenun- tersuchungen.

Die Empfehlungen umfassen Angaben zum Aufbau yon re- gionalen und emittentenbezogenen Mef~netzen, von landes- weiten Met~netzen sowie zu Errichtung und Betrieb von Dau- erbeobachtungsfliichen. Sie stiitzen sich auf die 10jiihrigen Erfahrungen aus dem C)kologischen Wirkungskataster Baden-Wfirttemberg der Landesanstalt fiir Umweltschutz Karlsruhe. FOr die Effektivit~it von Wirkungsuntersuchungen ist nicht nur die Standardisierung der Untersuchungsmethoden wich- tig, sondern auch eine Vereinheitlichung in der Darstellung yon Mete- und Erhebungsdaten. Richtwerte ffir pflanzliche und tierische Bioindikationsorganismen zur Interpretation von Analyseergebnissen werden genannt.

Richtlinien zur Erstellung von Wirkungskataster

I. Von der Bioindikation zum Wirkungskataster

Rail-Dieter Zimmermann, Rosemarie Umlauff-Zimmermann

Prof. Dr. R.-D. Zimmermann, FH Rheinland-Pfalz, Abt. Bingen, Fach- bereich Umweltschutz, Rochusallee 4, D-55411 Bingen Dr. R. Umlauff-Zimmermann, Landesanstalt fiir Umweltschutz Baden- Wfirttemberg, Griesbachstral~e 1, D-76185 Karlsruhe

Zusammenfassung. Die Bioindikation als Basis der Okotoxi- kologie fibernimmt bei der 6kologischen Umweltbeobachtung bzw. -iiberwachung eine entscheidende Rolle. Seit 1990 ist der Einsatz von Bioindikatoren im Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG/

47) festgeschrieben. Die Untersuchungen dienen in erster Linie der Erfassung luftverunreinigender Stoffe. Dabei wurde erkannt, dat~ Bioindikatoren keine billigen Ersatz-Mel~instrumente ffir technische Ger/ite sind, sondern wesentlich mehr leisten. Sie liefern die kom- plexe Indikation der Schadstoffsituation unter Beriicksichtigung der Variabilit~it der 6kologischen Standortbedingungen an einem spe- zifischen Ort. Leider fehh dieser Wissenschaftsrichtung noch die ge- meinsame, verbindliche, begriffliche und rnethodische Basis. Ziel die- ser Beitragsserie ist es, diesem Defizit Abhilfe zu verschaffen. Dar- fiber hinaus sollen potentielle Anwendungsbereiche tier Bioindika- tion skizziert und mit entsprechenden Ergebnisdarstellungen in ihrer Aussagekraft veranschaulicht werden.

UWSF-Z.Umweltchem. Okotox. 6 (1) 50-54 (1994) S 0 �9 ecomed verlagsgesellschaft AG & Co.KG Landsberg

Page 2: Richtlinien zur Erstellung von Wirkungskataster

Beitragsserien Wirkungskataster

1 Die Entwicklung des Arbeitsfeldes der Bioindikation

Die Bioindikation als Instrument der 6kologischen Umwelt- beobachtung blickt heute bereits auf eine lange und recht er- folgreiche Vergangenheit zuriick. Viele unterschiedliche Me- thoden sind bisher entwickelt worden. Die iiberwiegende Zahl dieser Untersuchungsans~itze hat sich im praktischen Einsatz bewiihrt. Auch der Gesetzgeber fordert seit 1990 de- finitiv im Bundes-Immissionsschutzgesetz (BlmSchG) ftir die Erstellung von Luftreinhaltepliinen (~ 47) den Einsatz der Bioindikation zur Ermittlung der Wirkungen von luftverun- reinigenden Stoffen auf die in ~ 1 des Gesetzes genannten Schutzgiiter. Diese sind gem~it~ BImSchG Menschen, Tiere und Pflanzen, der Boden, das Wasser, die Atmosph~ire so- wie Kultur- und sonstige Sachgiiter. Damit konnte ein lan- ges Ringen um die Anerkennung der Bioindikation durch den Gesetzgeber erfolgreich beendet werden.

Die Entwicklung der heute in der Mehrzahl angewandten Bioindikationsverfahren fand zu einer Zeit statt, da noch mit hohen Luftbelastungen zu rechnen war. Dies gait besonders fiir das Ruhrgebiet. Der Schwerpunkt der Arbeiten lag da- mals im Bereich der Oberwachung yon Emittenten mit pflanzlichen Indikatorarten. Die Bioindikation wurde in ih- ren Anfiingen ausschlieflich mit dem Ziel eingesetzt, Gefah- renpotentiale fiir den Menschen, besser ftir dessen Gesund- heit, zu ermitteln. In erster Linie kamen, stellvertretend fiir alle Organismen, gegen Luftschadstoffe empfindlich reagie- rende Pflanzenarten zum Einsatz. Viele Kultur- oder Futter- pflanzenarten wurden auf ihre Brauchbarkeit als Bioindika- tor getestet. Dies spiegelt die direkten Beziehungen zwischen Bioindikation und menschlicher Gesundheit unter dem Be- griff der Nahrungskette wider. Zu dieser Zeit wollten die Wissenschaftler auch lineare Zusammenhiinge feststellen zwi- schen der mittels chemisch-physikalischen Mefmethoden er- faften troposph~irischen Konzentration von einzelnen Schad- stoffverbindungen - z.B. Schwefeldioxid, Fluorwasserstoff, Chlorwasserstoff, Schwermetalle - und dem Gehalt der be- treffenden Elemente in dem Bioindikator. Im Falle der 13ber- einstimmung der Ergebnisdaten w~ire der Austausch der re- lativ ,teueren" chemisch-physikalischen Mefmethoden ge- gen die ,billigeren" Bioindikationsverfahren zu diskutieren gewesen. Dieser Versuch mufte jedoch scheitern, da ein Bio- indikator nach wie vor ein biologisches System darstellt, wel- ches in den seltensten F~illen berechenbar linear funktioniert. Ganz im Gegenteil, die Bioindikation h~itte ihren eigentlichen Sinn verloren, wenn diese strengen Ubereinstimmungen der beiden prinzipiell unterschiedlichen Megsysteme gefunden worden w~iren.

Heute, in einer Situation abnehmender Schadstoffkonzentra- tionen in der Luft, hat sich der Anspruch an die Bioindika- tion verlagert. Erkannt wurde, dag die Organismen keine ,Ersatz-Meginstrumente" sind und somit zu anderen Um- weltmeginstrumentarien keine Konkurrenz darstellen. Der Informationsgehalt yon Bioindikationsuntersuchungen liegt auf einer sehr komplexen Ebene und repr~isentiert jeweils die 6kologischen Gegebenheiten des Untersuchungsgebietes, d.h. der Organismen im Bezug zu ihrem Standort. Mit dieser neuen Erkennmis entwickelte sich die Bioindikation weiter. Nicht mehr nur der Mensch war jetzt das Ziel, sondern die

Umwelt im ganzen. Mit Hilfe der Bioindikation erfolgte der Aufbau yon 6kologischen Friihwarnsystemen, sog. Wir- kungskataster.

In den vergangenen Jahren wurden mehrere Grundlagen- werke zur Bioindikation ver6ffentlicht (PRINZ & SCHOLL 1975; STEUBING 1978; STOCKER 1980; ARNDT et al. 1987; KEITEL 1989; REIDL 8( GUDERIAN 1991; SCHUBERT 1991; DASSLER 1991; KOHLER & ARNDT 1992; ARNDT & FOMIN 1993). Die Zahl der Wissenschaftler, die sich mit dieser Pro- blematik besch~iftigen, ist in der Bundesrepublik Deutsch- land noch relativ klein. Nur wenige Hochschulen unterrich- ten ihre Studenten der Biologie, Geographie, Okologie oder anderer verwandter Richtungen in der praktischen Anwen- dung der entsprechenden Verfahren.

Da der Kreis der Anwender iiberschaubar ist, muff es einen Aufenstehenden verwundern, daft noch immer viele Bioin- dikationsverfahren nicht ausreichend standardisiert sind und Begriffe sowie Definitionen keine allgemeine Akzeptanz un- ter den Experten finden. Nur wenige Methoden der Bioin- dikation sind z.B. in VDI-Richtlinien niedergeschrieben (3792/B1. 1, 2, 3 - Graskulturverfahren; 3792/B1.5 - Blattprobenahme am Standort; 3799/B1. 2 - Flechtenex- position). Zum Teil sind diese Richtlinien jedoch bereits ver- altet und werden heute in der vorgegebenen Version nicht mehr angewendet (z.B. 3792/B1. 1). Hier besteht ein drin- gender Bedarf der Aktualisierung. Andere Methodenvor- schriften bzw. -empfehlungen, die den Anspruch einer bun- desweiten Giiltigkeit erheben k6nnten, existieren derzeit nur in geringem Umfang (ARNDT et al. 1985; ZIMMERMANN & RUDOLPH 1986; UMLAUFF-ZIMMERMANN & KUHL 1989).

2 Begriffsdefinitionen zur Bioindikation

Der vielf~iltige Einsatz der Bioindikatoren hat in der Vergan- genheit dazu gefiihrt, daf in der Literatur verschiedene Be- griffe Verwendung finden, die zum Grofteil das gleiche de- finieren. Die nachstehenden Begriffserkl~irungen sollen hier Kl~irung schaffen.

Bioindikatoren (gleichzusetzen mit dem Begriff der Monitor- organismen oder der Biologischen Monitore bzw. Schadstoff- indikatoren) sind:

Organismen oder Organismengemeinschaften, die auf Schadstoffbela- stungen mit charakteristischen Veriinderungen ihrer Lebensfunktionen reagieren bzw. den Schadstoff akkumulieren.

Bei dieser Definition wurde die urspriingliche Interpretation yon Am~a)T et al. (1987) durch den Begriff ,charakteristisch" erweitert, da die Veriinderungen, mit denen ein Bioindika- tor auf Schadstoffbelastungen reagieren soil, nicht willkiir- lich sein k6nnen, sondern den Anspruch nach Reproduzier- barkeit erffillen miissen. Die o.g. Definition verlangt nach einer klaren Abgrenzung zu dem Begriff ,,Zeigerorganismus" bzw. ,lndikatororganismus", ,Leitorganismus" oder ,,Bio- deskriptor" (DIN 1990 a; 1992; ARNDT & FOMIN 1993), der die natiirlichen Gegebenheiten eines Standortes erken- nen liift und nicht ursiichlich nach einer anthropogen beding- ten Beeinflussung verlangt. Dies besagt jedoch nicht, daft aus einem Zeigerorganismus bei Erfiillung der genannten Vor-

UWSF-Z.Umweltchem. (Skotox. 6 (1) 1994 51

Page 3: Richtlinien zur Erstellung von Wirkungskataster

Wirkungskataster Beitragsserien

aussetzungen auch ein Bioindikator im Sinne der obigen De- finition werden kann.

Die Interpretation des Begriffs ,Bioindikator" teilt die aus- gew~ihlten Organismen in die ,Reaktionsindikatoren" (= Sensible Indikatoren, Wirkungsindikatoren); dies sind Or- ganismen, die selbst auf einen relativ geringen Schadstoffein- flut~ bereits mit Nekrosen, Chlorosen, Wuchsdepressionen, Mangelern/ihrungssymptomen etc. antworten. Die zweite Gruppe stellen die ,,Akkumulationsindikatoren" ( = Bioak- kumulatoren) dar, die Schadstoffkomponenten aus der Um- gebung bzw. fiber die Nahrung speichern k6nnen, ohne da- dutch gleich/iuflerlich sichtbare Beeintr~ichtigungen zu do- kumentieren (STEUBING 1985; ARNDT et al. 1987; KEITEL 1989; D~SSLER 1991; SCHUBERT 1991; DIN 1990 a; 1992; STREET 1992). Bestimmte Organismenarten, z.B. die Fichte, k6nnen als Reaktions- und Akkumulationsindikatoren ein- gesetzt werden.

Eine Untereinheit der Bioindikatoren bilden die sog. ,Testor- ganismen" (z.B. Leuchtbakterien, Daphnien, Fische) oder ,Biosonden", ,Biosensoren" bzw. ,,Biomarker". Diese wer- den fiberwiegend in Laboratorien bei der Durchffihrung yon hochstandardisierten Biotests eingesetzt, z.B. im Zusammen- hang mit dem Gesetz zum Schutz vor gef~ihrlichen Stoffen (Chemikaliengesetz) oder dem Gesetz zum Schutz der Kul- turpflanzen (Pflanzenschutzgesetz) (MATHES & WEIDEMANN 1991). Ziel dieser Untersuchungen ist eine 6kotoxikologi- sche und toxikologische Risikoabsch/itzung. Schwierigkei- ten bestehen hier bei der Obertragbarkeit der Ergebnisse ins Freiland.

Die Bioindikation unterscheidet zwei prinzipiell verschiedene Untersuchungsansiitze. Das ,aktive Monitoring" ( -- Expo- sitionsmonitoring) wird im terrestrischen Bereich ausschliefl- lich mit pflanzlichen Bioindikatoren durchgeffihrt. Diese Or- ganismen werden unter gleichen Bedingungen in Gew~ichs- h/iusern aufgezogen und in standardisierten Gef/if~en mit Ein- heitserde und definierter N~ihrstoff- sowie Wasserversorgung im Freiland exponiert. Nach einem festgelegten Zeitintervall erfolgt die Begutachtung der Pflanzen bzw. die Probenahme ffir analytische Zwecke. Demgegeniiber werden im ,,passiven Monitoring" ( = Effekt- monitoring) gleichermaflen Pflanzen und Tiere eingesetzt. Er- faflt werden die Organismen am ausgewiihlten Beobachtungs- punkt. Sie werden entweder nur nach optischen Kriterien im Gel~inde begutachtet oder vom Standort eingesammelt und im Labor weiter analysiert. Wird nur eine ausgew/ihlte Or- ganismenart erfath und beurteilt, so spricht man vom ,,aut- 6kologischen Ansatz" des passiven Monitorings. Komplexer, aber auch aussagekr~iftiger, ist der ,,syn6kologische Ansatz", bei dem mehrere Pflanzen- und Tierarten eines Standortes zusammen untersucht werden mfissen. Passives Monitoring verlangt zus/itzlich die Erhebung von abiotischen Parame- tern des Beurteilungsstandortes, insbesondere die der klima- tischen und pedogenen Verh~iltnisse, um die 6kologischen Daten richtig interpretieren zu k6nnen. Nur so ist die um- fassende Bewertung des Zustands eines Okosystems m6glich. Je nach Zielvorgabe k6nnen die beiden beschriebenen Un- tersuchungsans~itze, aktives und passives Monitoring, ein- zeln oder in Kombination miteinander angewendet werden.

Werden heute die Begriffe ,Reaktionsindikatoren", ,,Akku- mulationsindikatoren", ,aktives und passives Monitoring" bereits fibereinstimmend verwendet, so kommt es bei der De- finition des Wortes ,,Wirkungskataster" noch hiiufig zu Un- klarheiten. Wirkungen sind die Resuhate der Reaktionen von Organismen auf Schadstoffbelastungen. Dabei ist zu beriick- sichtigen, dafl auch eine Schadstoffakkumulation in einem Bioindikator fiber ein normales Mafl hinaus als Wirkung de- finiert ist (ARNDT & FOMIN 1993). Wirkungskataster wer- den als 6kologische Frfihwarnsysteme eingerichtet. Dies stellt eine fl~ichendeckende Uberwachung eines Gebietes mittels Bioindikatoren dar und ist somit mit dem Terminus ,,Bio- monitoring" gleichzusetzen (STREIT 1992).

Zur Interpretation der Ergebnisse aus Bioindikationsunter- suchungen existieren derzeit in Deutschland keine speziel- len Grenz-, Richt- oder Prfifwerte. Grenzwerte sind gesetz- lich festgelegte H6chstwerte fiir Schadstoffe, Strahlung und sonstige Emissionen. Richtwerte sind im strengen Sinn ge- setzlich nicht bindende Grenzen, die aber in der Praxis ein- gehalten werden sollen bzw. die bei Uberschreiten von be- stimmten Werten Maflnahmen erfordern. Der Richtwert hat also nur administrativ orientierenden Charakter. Demgegen- fiber ist der Prfifwert die H6chstkonzentration eines Stoffes in einem Umweltmedium. Ist der Prfifwert erreicht, so muff gegebenenfalls ein Grenzwert festgelegt werden (LFU & ROTH 1992). Darfiber hinaus gilt es, bei der Untersuchung von Organismen auch die Frage nach den Normalgehalten, also den von Natur aus in einer entsprechenden Organismen- art vorhandenen Konzentration eines Elementes, zu beant- worten. Ohne diese Werte bleibt dem Wissenschaftler fiir die Einstufung seiner Daten aus Bioindikationsuntersuchungen h~iufig nur der Blick ins Ausland, z.B. nach Osterreich (BGBI 1984), bzw. in Nachbardisziplinen, z.B. Futtermittel- Verordnung (FMV 1990).

Die Festlegung yon Grenz-, Richt- oder Prfifwerten ist in er- ster Linie fiir Akkumulationsindikatoren zu fordern. Dies setzt ffir den analytischen Bereich standardisierte Aufschlufl- bzw. Extraktionsmethoden sowie einheidiche Analyseverfah- ren voraus. Zum Abgleich der Analyseverfahren sind ver- st~irkt die notwendigen Referenzmaterialien zu entwickeln. Als Referenzmaterial ist jeweils die Organismenart zu nut- zen, die auch als Bioindikator in der betreffenden Untersu- chung eingesetzt wurde. Damit k6nnen spezifische Matrixef- fekte bei den Messungen ausgeschlossen werden. Referenz- materialien werden h/iufig auch als ,Biologische Standards" bezeichnet. Dieses Vergleichs- bzw. Eichmaterial muff jedoch ffir jedes Labor in ausreichender Menge zur Verffigung ste- hen. Die Landesanstah fiir Umweltschutz Baden-Wfirttem- berg hat bereits vor Jahren damit begonnen, Referenzmate- rialien zu entwickeln und durch Ringversuche mit anderen Laboratorien die Elementkonzentrationsangaben abzusichern (ZIMMERMANN 1989).

In diesem Zusammenhang mfissen auch die Schwierigkeiten der Analytik organischer Schadstoffkonzentrationen in bio- logischem Material angesprochen werden. Ffir die derzeit auf diesem Sektor eingesetzten Bioindikatorarten existieren keine einheitlichen Extraktions- und Analysevorschriften. Als Folge ergibt sich, dat] viele der Met~ergebnisse ffir PAK, PCB etc. mit einem grot~en Fehler behaftet sind. Dies trifft im beson-

52 UWSF-Z.Umweltchem. Okotox. 6 (1) 1994

Page 4: Richtlinien zur Erstellung von Wirkungskataster

Beitragsserien Wirkungskataster

deren dann zu, wenn die Werte in sehr niedrigen Konzen- trationsbereichen liegen. Aber selbst exakte Gehaltsbestim- mungen anorganischer Parameter sind noch nicht ffr jedes Labor eine Selbstverstfindlichkeit.

3 Die Anwendungsbereiche der Bioindikation

Der heutige Anspruch an die Bioindikation hat sich im Ver- gleich zum frfiheren grundlegend gefindert. Die Grot~emit- tenten von Schwefelverbindungen und SchwermetaUen wur- den fiberwiegend saniert bzw. die Verfahren umgestellt. Starke lokale Emissionen, die oft zu sog. Rauchbl6flen fiihr- ten (DAssLER 1991), sind nur noch selten zu finden. Die nied- rigeren Immissionsbelastungen im Bereich der anorganischen Schadstoffe ffhren nicht mehr zu den frfiher zu beobachten- den akuten Schfidigungen an Pflanzen, wie z.B. Absterben ganzer Pflanzenteile bzw. des ganzen Organismus oder Kfim- merwuchs. Diese akuten Schfidigungen treten immer nach kurzen, aber recht starken Schadstoffbelastungen auf und sind fiberwiegend lokal begrenzt. Die Bioindikation sieht sich jetzt mit den Phfinomenen der chronischen Belastung der Or- ganismen konfrontiert. Durch eine lang andauernde Bela- stungsphase auf relativ niedrigem Schadstoffkonzentrations- niveau kommt es zunfichst nur zu schleichenden Schfidigun- gen des Bioindikators, die in ihren Anfangsphasen nur sehr schwer zu registrieren sind. Hierzu z~ihlen Ph~nomene wie verz6gertes Blfihverhalten, vorzeitige Seneszenz der Organis- men, Abundanzschwankungen bei Tierpopulationen. Hinzu kommt die steigende Bedeutung der organischen Schadstoff- verbindungen und deren noch oft ungeklfirten Wirkungsme- chanismen auf Pflanzen und Tiere.

Ein wichtiges Beispiel ffir das Auftreten der chronischen Be- lastung sind die groftfliichigen Waldsch~iden. Die Wald6ko- systeme haben lange Zeit Schadstoffbelastungen abpuffern k6nnen. In dieser Phase waren die Konsequenzen, die sich einmal daraus ergeben wfirden, nicht abzusehen. Nach jah- relanger Belastung haben sich die komplexen Schadstoffef- fekte summiert. Erst nach Erreichen eines Schwellenwertes kommt es nun zur Ausbildung yon Schadsymptomen an den Organismen, die man bislang nur bei den akuten Schiidigun- gen feststellte.

Die Bioindikation wird derzeit zur emittentenbezogenen, re- gionalen und landesweiten Erfassung der Schadstoffwirkung eingesetzt. Die emittentenbezogene Kontrolle yon Einzelan- lagen, z.B. im Zusammenhang mit Umweltvertr~glichkeits- untersuchungen, kann mit aktiven sowie passiven Verfah- ren erfolgen. Regionale Wirkungsmeftnetze zur Umweltkon- trolle im Rahmen der Erstellung von Luftreinhaltepl~inen ba- sieren heute fiberwiegend auf dem Einsatz von aktiven Mo- nitoringverfahren, obgleich auch passives Monitoring zu aus- sageffihigen Ergebnissen ffihren kann (HOPKER & ERHARDT 1991). Fiir landesweite Untersuchungen existieren ebenfalls Verfahren aus dem aktiven und passiven Bereich. Die wis- senschaftlich anspruchsvollste Variante der Bioindikation stellt die Einrichtung und langfristige Untersuchung von Dauer- beobachtungsflfichen bzw. -stellen zur Erfassung der Trend- entwicklung von Oksystemen unter anthropogen bedingter Belastung dar (UMLAUFF-ZIMMERMANN & KI)HL 1989; UMLAUFF-ZIMMERMANN & KOHL 1991; KREIMES 1992; LFU

1993). D ieser Untersuchungsansatz ist besonders im Zusam- menhang mit der geplanten, bundesweiten integrierten Um- weltbeobachtung von grofter Bedeutung (SRU 1990; ZtM- MERMANN 1992; 1993).

Die neuen Anforderungen befreien die Bioindikation vonder Konkurrenz frfiherer Jahre mit den technischen Meflverfah- ren. Es werden prinzipiell andere Aussagen verlangt, so daft beide Verfahrensweisen gleichberechtigt nebeneinander zu sehen sind. Ffir aktuelle Darstellungen der Immissionssitua- tion, z.B. in Verbindung mit der Smogwarnverordnung, gibt es zu den chemisch-physikalischen Me~apparamren keine Al- ternative. Doch sind nicht nur Aussagen zur Quantitfit ei- nes Schadstoffes in einem Medium relevant, sondern auch die langfristigen Wirkungen niedriger Dosen oder die Wir- kung einmaliger und kurzfristiger Belastungsschfibe. In die- sem Zusammenhang besonders wichtig ist, daft in dem Le- bensraum von Pflanzen, Tieren und Menschen emittierte Umweltchemikalien Verbindungen eingehen, deren chemi- sche Struktur unbekannt ist. Diese neuen Substanzen k6n- nen analytisch nicht erfaft werden. Ledig|ich die Reaktio- hen von Organismen weisen dann auf 6kotoxikologisch re- levante Noxen hin.

4 Die Aufforderung zur Standardisierung der Verfahren

Heute ist, zwingender denn je, die Standardisierung von Bio- indikationsverfahren bzw. von ganzen Untersuchungsans~it- zen durch nationale Gremien zu fordern. Dies mut~ letztlich zu einer Vergleichbarkeit der Untersuchungsergebnisse ver- schiedener Projekte ffihren. Dazu sind Bewertungskriterien ffir die Interpretation und Darstellung von Ergebnisdaten zu erarbeiten, die allgemeine GOltigkeit haben.

In einem besonderen Mafte gilt die Aufforderung zur Stan- dardisierung Rir den Einsatz von Bioindikationsverfahren bei Umweltvertrfiglichkeitsprfifungen (UVP). Auf diesem Sek- tor der Standortbeurteilung sowie der l~ingerfristigen Kon- trolle potentieller Emittenten liegen nur wenige Erfahrun- gen vor. Als Grundprinzip muff immer die Frage bleiben, wel- ches Verfahren im speziellen Einzelfall zweckmfiflig ist und aussagekr~iftige Ergebnisse erwarten l~i~t. Heutige Praxis ist leider oft, dat~ nur diejenige Bioindikationsuntersuchungen durchgeffihrt werden, die der betreffende Anwender zuf~il- lig kennt, gleich ob sinnvoll oder nicht~ Ein entsprechender Methodenkatalog fiir diesen Einsatzbereich ist 1/ingst fiber- f/illig, um auch eine prinzipiell falsche Durchfiihrung yon Bio- indikationsuntersuchungen verhindern zu helfen (CHRIST 1992).

Die hiermit eingeleitete Beitragsserie ,Richtlinien zur Erstel- lung von Wirkungskataster" soil Auskunft geben fiber den derzeitigen Stand der Bioindikation. Ziel dieser Serie ist es, die Standardisierung der Untersuchungsverfahren voranzu- treiben, die Einrichtung von Wirkungskataster zu beschrei- ben und Anleitungen ffr die Auswertung und Darstellung von Bioindikationsergebnissen zu liefern. Da eine Methoden- standardisierung im aquatischen Bereich bereits weiter fort~ geschritten ist (DIN 1987; 1990 b), wird sich die Beitrags- serie ausschliefllich auf die terrestrische Bioindikation be- schrSnken.

UWSF-Z.Umwehchem. Okotox. 6 (1) 1994 5 3

Page 5: Richtlinien zur Erstellung von Wirkungskataster

Wirkungskataster Beitragsserien

Ausgangspunkt sind die Erfahrungen, die in der Aufbauphase und wiihrend des Betriebs des Okologischen Wirkungskata- sters Baden-Wiirttemberg gesammelt wurden (LFU 1993). Dieses in der Bundesrepublik bislang einmalige Projekt be- steht nunmehr seit 10 Jahren. W~ihrend dieser Zeit wurden viele Bioindikationsverfahren auf ihre praktische Anwendung getestet, neu entwickelt bzw. wesentlich verbessert. Die be- w~ihrten Methoden sollen beschrieben werden, um Anwen- dern der Bioindikation entsprechende Richtlinien zu vermit- teln. Damit wird gew~ihrleistet, dat~ kiinftig verschiedene Bio- indikationsuntersuchungen miteinander in bezug auf Kon- zeption, Ergebnisse, Auswertung und Darstellung vergleich- bar sind.

5 Literatur

ARNDT, U.; W. ERHARDT; K. MICHENFELDER; W. NOBEL; C. SCHLU- TEe, (1985): Standardisierte Exposition von pflanzlichen Reaktions- indikatoren. - Staub-Reinh. d. Luft 4 5 , 4 8 1 - 483

ARNDT, U.; A. FOMIN (1993): Wissenschaftliche Perspektiven der 6ko- toxikologischen Bioindikation. - UWSF - Z. Umweltchem. Oko- tox. 5 (1), 1 9 - 2 6

ARNDT, U.; W. NOBEL; B. SCHWEIZER (1987): Bioindikatoren - M6g- lichkeiten, Grenzen und neue Erkennmisse. - Verl. E. Ulmer, 388 S., Stuttgart

BGBL - BUNDESGESETZBLATT REPUBLIK OSTERREICH (1984): Verordnung des Bundesministers f/Jr Land- und Forstwirtschaft vom 24. April 1984 fiber forstsch~idliche Luftverunreinigungen. - 199. Verordnung: Zweite Verordnung gegen forstsch~dliche Luft- verunreinigungen, 89. Stfick, S. 140

BIMSCHG - BUNDES-IMMISSIONSSCHUTZGESETZ (1990): Ge- setz zum Schutz vor sch~idlichen Umwelteinwirkungen dutch Luft- verunreinigungen, Ger/iusche, Ersch/itterungen und iihnliche Vor- g~inge. - BGB1. I, S. 880

DIN - DEUTSCHES INSTITUT FOR N O R M U N G (1987): Metho- den der biologisch-6kologischen Gew~isseruntersuchung. - DIN 38410, Teil 1 - Allgemeine Hinweise, DEV des Normenausschusses Wasserwesen (NAW)

DIN - DEUTSCHES INSTITUT FOR NORMUNG (1990 a): Hydro- logie. - DIN 4049, Teil 2 - Begriffe der Gew~isserbeschaffenheit, Normenausschut~ Wasserwesen (NAW)

DIN - DEUTSCHES INSTITUT FOR N O R M U N G (1990 b): Me- thoden der biologisch-6kologischen Gew~isseruntersuchung. - DIN 38410, Tell 2 - Bestimmung des Saprobienindex, DEV des Normenausschui~ Wasserwesen (NAW)

DIN - DEUTSCHES INSTITUT FUR N O R M U N G (1992): Hydro- logie. - DIN 4049, Tell 1 - Grtmdbegriffe, Normenausschul~ Was- serwesen (NAW)

CHRIST, R. A. (1992): Bioindikation mit h6heren Pflanzen zur Luft- iiberwachung von Werkarealen. - Staub-Reinh. d. Luft 52, 415 - 4 1 8

DASSLER, H.-G. (1991): Einflut~ yon Luftverunreinigungen auf die Ve- getation. - 4. Aufl., Verl. G. Fischer, 266 S., Jena

FMV-FUTFERMrr'FELVERORDNUNG (1990): Verordntmg vom 08.04. 1981, BGBI. I, S. 352, 8. A.VO zur FMV vom 22. 11. 1990

HOPKER, K.; W. ERHARDT (1991): lmmissionsmessungen in ,Freiburg und Umgebung% Teil B: Wirkungsmet~programm. - In: GESELL- SCHAFT FOR UMWELTMESSUNGEN UND UMWELTERHE- BUNGEN (Hrsg.), UMEG-Bericht 31-9/90, 52 S., Karlsruhe

KEITEL, A. (1989): Praxiserprobte Bioindikationsverfahren - Grund- lagen und vergleichende Bewertung der Verfahrenskenngr6t~en. - Staub-Reinh. d. Luft 49, 2 9 - 34

KOHLER, A.; U. ARNDT (Hrsg.) (1992): Bioindikatoren fiir Umweltbe- lastungen - Neue Aspekte und Entwicklungen. - Hohenheimer Umwelttagung 24, 251 S., Weikersheim

KRHMES, K. (1992): Okologische Zustandserfassung der Umwelt in Baden-Wfirttemberg. - UWSF - Z. Umweltchem. Okotox. 4 (6), 3 3 9 - 3 4 2

LFU - LANDESANSTALT FOR UMWELTSCHUTZ (Hrsg.) (1993): Okologisches Wirkungskataster Baden-W/irttemberg. - Jahresbe- richt 1990/91, 144 S., Karlsruhe

LFU - LANDESANSTALT FOR UMWELTSCHUTZ; L. ROTH (Hrsg.) (1992): Grenzwerte - Kennzahlen zur Umweltbelastung in Deutschland und in der EG. - Tabellenwerk, ecomed Fachverlag, Landsberg

MATHES, K.; G. WEIDEMANN (1991): Indikatoren zur Bewertung der Belastbarkeit von Okosystemen. - Berichte aus der Okologischen Forschung, Band 2, Projekttr~igerschaft Biologie, Okologie, Ener- gie/BEO 51 des KFA Jfilich, 126 S., Jfilich

P~NE, B.; G. SCHOLL (1975): Erhebungen fiber die Aufnahme und Wir- kung gas- und partikelf6rmiger Luftverunreinigungen im Rahmen eines Wirkungskatasters. - Schr.reihe d. Landesanst. f. Immissions- u. Bodennutzungsschutz NRW 36, 6 2 - 8 6

REIDL, K.; R. GUDERIAN (1991): H6here Pflanzen als Bioindikatoren im terrestrischen Bereich. - Raumforschung u. Raumordnung, Heft 1, 7 - 20

SCHUBERT, R. (1991): Bioindikation in terrestrischen Okosystemen. - 2. Aufl., Verl. G. Fischer, 338 S., Jena

SRU - RAT DER SACHVERST.~,]DIGEN FOR UMWELTFRAGEN (1990): Mlgemeine 6kologische Umwekbeobachtung. - Sondergut- achten, Verlag Heyer, Bonn

STEUBING L. (1978): Wirkungen von Luftverunreinigungen auf Pflan- zen; Pflanzen als Bioindikatoren. - Handbuch fiir Planung, Gestal- tung und Schutz der Umwelt, Bd. 2, 1 6 6 - 175

STEUBING, L. (1985): Pflanzen als Bioindikatoren ffir Luftverunreinigun- gen. - Chemie in unserer Zeit, 19. Jahrg., Nr. 2, 4 2 - 4 7

STOCKER, G. (1980): Zu einigen theoretischen und methodischen Aspekten der Bioindikation. - Martin-Luther-Univ. Halle- Wittenberg, Wissenschaftliche Beitriige 24 (P8), 1 0 - 21

STREIT, B. (1992): Lexikon Okotoxikologie. - VCH Verlagsgesell- schaft, 1. Aufl., 731 S., Weinheim

UMLAUFF-ZIMMERMANN, R.; U. KOHL (1989): Auswahlkriterien fiir Be- obachtungsfl/ichen bei einem immissions6kologischen Wirkungska- taster - Beispiel Baden-W/.irttemberg. - Natur u. Landschaft 67 (7/8), 3 1 4 - 3 1 8

UMLAU~-ZIMMERM~XTN, R.; U. KOHL (1991): Wirkungserhebungen im Rahmen des passiven Monitorings - Einsatzm6glichkeiten und -grenzen. - Beih. Ver6ff. Naturschutz Landschaftspflege Bad.- W/irtt. 64, 11 - 14

VDI - VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE (1978): Verfahren der standardisierten Graskultur. - VDI-Richtlinie 3792, B1. 1, VDI- Handbuch Reinhaltung der Luft, Dfisseldorf

VDI - VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE (1982): Messen der Immissions-Wirkdosis von gas- und staubf6rmigem Fluorid in Pflan- zen mit dem Verfahren der standardisierten Graskultur. - VDI- Richtlinie 3792, B1.2, VDI-Handbuch Reinhaltung der Luft, Dfis- seldorf

VDI - VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE (1991): Messen der Immissions-Wirkdosis von Blei in Pflanzen mit dem Verfahren der standardisierten Graskultur. - VDI-Richtlinie 3792, B1.3, VDI- Handbuch Reinhaltung der Luft, Dfisseldorf

VDI - VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE (1991): Verfahren zur Standardisierung der Wirkungsfeststellung an Bl~ittern und Nadeln von B~iumen am natiirlichen Standort. - VDI-Richtlinie 3792, B1.5, VDI-Handbuch Reinhaltung der Luft, Dfisseldorf

VDI - VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE (1991): Ermittlung und Beurteilung phytotoxischer Wirkungen von Immissionen mit Flechten - Verfahren der standardisierten Flechtene• - VDI-Richt- linie 3799, BI. 2, VDI-Handbuch Reinhaltung der Luft, Diisseldorf

ZIMMERMANN, R.-D. (1989): Erste Ergebnisse einer Ringanalyse zur Erstellung eines internen Buchenblatt-Referenzmaterials ffir C)ko- systemuntersuchungen. - Fresenius Z. Anal. Chem. 3 3 4 , 3 2 3 - 325

ZIMME~ZANN, R.-D. (1992): Bioindikation/Wirkungsermittlung - Ar- beitskreis der Landesanstalten und -/imter: Konzeption der kiinfti- gen Aufgabenbereiche. - UWSF - Z. Umweltchem. Okotox. 4 (5), 286 - 287

ZtMMERMANN, R.-D. (1993): Arbeitskreis Bioindikation/Wirkungser- mittlung - Konzeption der kfinftigen Aufgabenbereiche. - Staub- Reinhalt. Luft 53 (6) 2 3 5 - 236

ZIMMERMAr, rN, R.-D.; E. RUDOLPH (1986): Klon-Fichten - Ein neuer Bioindikator im aktiven Monitoring. - Allg. Forst Zeitschrift 1/2, 1 3 - 1 4

54- UWSF-Z.Umweltchem. Okotox. 6 (1) 1994