Identifizierung toxischer Verbindungen in Sedimenten: Ans?tze zur Integration von Wirkung und Bioverfügbarkeit

Zusammenfassung  Sedimente spielen eine wichtige Rolle für die Funktionen aquatischer ?kosysteme, fungieren aber auch als Senke, Speicher und Quelle für lipophile Schadstoffe und Metalle. Wirkungsorientierte Analytik (EDA) ist ein geeignetes Werkzeug, um besonders problematische Stoffe zu identifizieren. Um Missinterpretationen und falsche Priorit?tensetzung zu vermeiden, sollte dabei neben den eigentlichen Effekten die Bioverfügbarkeit berücksichtigt werden. Bioverfügbarkeit wird dabei als komplexer Prozess betrachtet, der letztendlich dazu führt, dass ein bisher partikelgebundenes Molekül am Wirkort im Organismus ankommt und dort Sch?den verursachen kann. Um diesen Prozess in der EDA operativ berücksichtigen zu k?nnen, kann er in mehrere Teilprozesse zerlegt werden. Dies beinhaltet die Desorption vom Sediment und damit die biologische Zug?nglichkeit, die Gleichgewichtsverteilung desorbierbarer Stoffe zwischen Sediment, Porenwasser und Organismus entsprechend der Aktivit?t in den verschiedenen Phasen und die toxikologische Bioverfügbarkeit als Resultat toxikokinetischer Prozesse wie Resorption, Transport, Metabolisierung und Ausscheidung. Die biologische Zug?nglichkeit als Resultat der Desorptionskinetik l?sst sich durch den Einsatz milder Extraktionsverfahren z. B. mit TENAX in die EDA einbeziehen. Die Gleichgewichtsverteilung im System Sediment-Wasser-Organismus kann durch verteilungsbasierte Dosierung simuliert werden. Erste Ergebnisse mit diesen Verfahren zeigen, dass bei Einbeziehung von Bioverfügbarkeit polare Sedimentkontaminanten relativ zu klassischen unpolaren Problemstoffen wie Polyzyklischen Aromatischen Kohlenwasserstoffen deutlich an Bedeutung gewinnen. Verantwortliche Herausgeber: Jan Schwarzbauer · Peter Heininger · Evelyn Claus     

Verteilung und Abnahme von bodennahem Ozon in st?dtischen und l?ndlichen Regionen

Zusammenfassung  Eine Zusammenstellung der Ozon-Me?werte der Luftme?stationnetze in Hessen und NRW ergab für die Jahresmittelwerte von 1990–1998 im Durchschnitt eine schwache Abnahme der Ozonkonzentrationen. Dabei lagen die Jahresmittelwerte der Ozonkonzentrationen über Waldstationen doppelt so hoch wie über Stadtstationen. Die Ozonkonzentrationen verhalten sich im regionalen Vergleich umgekehrt proportional zur Verkehrsdichte. In der Zahl der überschreitungen der gesetzlich festgelegten Grenzwerte von ≥180 μg Ozon/m³ pro Jahr lagen die Waldstationen mit dem 2–3 fachen Wert über den Stadtstationen. Lediglich die j?hrlichen Maximalwerte der stündlich gemessenen Ozonwerte n?hern sich einander. Die hohen Ozonwerte über den Waldstationen stehen im Zusammenhang mit den niedrigen Konzentrationen von NOx. Nachts reduziert sich das Ozon über den Waldstationen durch Rückreaktion mit vergleichsweise geringen Konzentrationen von NO nur bis ca. 50%, w?hrend der Ozongehalt über Stadtstationen bis nahe Null absinkt. Dieser Vorgang über den Stadtstationen wird auch durch Photolyse des in hohen Konzentrationen vorliegenden NO₂ und die dadurch erfolgende erh?hte Bildung von Ozon w?hrend des Tages nicht wieder kompensiert. Für die hier dargestellten Ergebnisse gibt es prinzipiell keine Unterschiede zwischen den Ozonverh?ltnissen in Hessen und NRW.      

Bioassay zur Bestimmung von TCDD-Toxizit?ts?quivalenten (TEQ) von Umweltproben und Reststoffen

Zusammenfassung  Polychlorierte aromatische Kohlenwasserstoffe (PHAK), z.B. 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin (TCDD), weisen eine Vielzahl von toxischen Wirkungen und biologischen Effekten auf. Die Substanzklasse der PHAK besitzt die Eigenschaft der Bindung an ein cytosolisches Rezeptor-Protein, gefolgt von der Synthese bestimmter Genprodukte, u.a. von Cytochrom P450 1A1 (CYP 1A1). In dieser Arbeit wird ein Bioassay beschrieben, der erlaubt, die Induktion von CYP 1A1 als Summenparameter für die biologische Wirksamkeit der kritischen, halogenierten Verbindungen in komplexen Umweltmatrizes zu bestimmen. Zur Abtrennung von Substanzen aus den Extrakten von Umweltproben (z. B. Naturstoffe und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe), die den Bioassay st?ren k?nnen, wurde ein Ein-S?ulen-Clean-up entwickelt. Die biologisch ermittelten TEQ-Werte stimmen gut mit den Resultaten der chemischen Analytik überein. Der Bioassay in Kombination mit dem Clean-up bietet eine zeitsparende und kostengünstige M?glichkeit zur Untersuchung von Umweltproben.      

Existierende dioxininventare weltweit und neue methodik zur erstellung von vergleichbaren und vollst?ndigen emissionsinventaren

Zusammenfassung  Weltweit existieren derzeit weniger als 20 Inventare, die Dioxin- und Furanemissionen absch?tzen. Demnach werden von 16 L?ndern ca. 12.900 g TEQ in die Atmosph?re als unerwünschte Nebenprodukte emittiert. An der Spitze der Emittenten stehen die dichtbev?lkerten Industriel?nder der n?rdlichen Hemisph?re — Japan, Vereinigte Staaten. W?hrend die metallverarbeitenden Industrien in Europa der Sektor mit den h?chsten Dioxinemissionen ist, steht die Müllverbrennung bei den meisten anderen L?ndern an der Spitze. Dioxinmin-derungsmassnahmen in z.B. Deutschland und Japan haben zu starken Rückg?ngen der Emissionen geführt; weitere Minimierungspotentiale bestehen. Die bisher von den verschiedenen L?ndern erstellten Bilanzen verwendeten bisher eigene Methoden und sch?tzten vor allem die Emissionen in die Luft ab. Die künftige Stockholm Konvention zur Eliminierung von POPs verlangt, dass die Dioxinemissionen st?ndig reduziert werden. UNEP gibt hierzu mit seinem Toolkit Hilfestellung, vergleichbare Inventare zu erstellen, die die Emissionen in Luft, Wasser, aufs Land, mit Produkten und in Rückst?nden erfassen. Online-First: 14.03.2001     

Quecksilbergasfeinreinigung mittels metall- und salzpartikelbelegter Tr?germaterialien (G/S-Reaktor) ?kotoxizit?t von Quecksilber und seiner Verbindungen

Zusammenfassung  Bei einer genauen Kenntnis der vorliegenden Quecksilberverbindungen und ihrem Verhalten im Rauchgaspfad thermischer Anlagen k?nnen durch entsprechende technische Ma?nahmen die Abscheideeffizienzen in trockenen, quasitrockenen und nassen Rauchgasreinigungsanlagen erheblich gesteigert werden, so da? der derzeit gesetzlich vorgeschriebene Emissionsgrenzwert von 50 μg/m³ [i.N.tr.] eingehalten und unterschritten wird. Die in den letzten Jahren unternommenen Aktivit?ten und Fortschritte bei der Reduzierung des Quecksilberaussto?es von thermischen Anlagen werden zusammenfassend dargestellt. Am Beispiel von tr?gerimmobilisierten metall- und/oder metallsalzpartikelbelegten Tr?germaterialien (G/S-Reaktoren) wird die selektive Entfernung des Quecksilbers bzw. dessen Verbindungen experimentell und theoretisch im Rauchgaspfad verdeutlicht. Aus der selektiven Abtrennung von Quecksilber und seinen Verbindungen in der Gasphase resultieren auch entsprechende ?kologische und ?konomische Vorteile, die den allgemein erkennbaren Trend der artspezifischen Abtrennung von Schadstoffen mit einer m?glichen Rückführung des Wertstoffes Quecksilber in den Wirtschaftskreislauf unterstützen.      

Einsatz der Hasse-Diagrammtechnik zur vergleichenden Datenanalyse von Biomarkerantworten und ?kotoxikologischen Tests

Die ?kotoxikologie mu? sich mit biologischen Systemen und ihren Antworten auf schadstoffinduzierten Stre? auseinandersetzen. Die hierzu verwendete experimentelle Technik eilt dabei den M?glichkeiten dynamischer, proze?orientierter mathematischer Modellierung weit voraus. In dieser methodisch orientierten Arbeit werden Techniken aus der mathematischen Disziplin der Verbandstheorie vorgestellt, die eine Datenanalyse unter den Aspekten vergleichender Bewertung erlauben. Wichtige Ergebnisse sind dabei

Bestimmung von Phthals?ureestern in Lebensmitteln, Frauenmilch, Hausstaub und Textilien

Zusammenfassung  Es wurden 25 Lebensmittel-, 5 Frauenmilch-, 4 Staub- und 16 Textilproben auf Phthals?ureester untersucht. In allen Proben waren Phthalate nachweisbar, wobei Di(2-ethylhexyl)phthalat (DEHP) und Di-n-butylphthalat (DBP) am h?ufigsten gefunden wurden. In Rohmilchproben lagen die Gesamtphthalat-Konzentrationen im Mittel bei 0,1 mg/kg. Konsummilch wies keine h?here Belastung als Rohmilch auf, auch die Lagerung von Milchproben bis zum Ablauf des Mindesthaltbarkeitsdatums führte nicht zu h?heren Gehalten. Fettarme Milch war weniger belaster als Vollmilch. Die in Sahneproben gefundenen h?heren DEHP-sowie Gesamptphthalatgehalte lassen sich durch den h?heren Fettgehalt erkl?ren. Mit Konzentrationen von bis zu 1,54 mg/kg zeigten gemahlene Haselnüsse, Mandeln und Muskatnüsse, die in Kunststofffolie verpackt waren, eine vergleichsweise hohe Belastung. In S?uglingsnahrung waren nur Spuren von DEHP und DBP zu finden, weitete Phthals?ureester konnten nicht nachgewiesen werden. Auch die Frauenmilchproben wiesen nur geringe Gehalte von ca. 0,1 mg/kg auf, eine Akkumulation der Phthalester im menschlichen K?rper scheint also nicht stattzufinden. Au?ergew?hnlich hohe Konzentrationen wurden in Staubproben gefunden; die Werte lagen zwischen 300 und 5370 mg/kg Staub, wobei DEHP die Hauptkomponente darstellte. Die Belastung des Staubes l?sst auf eine erhebliche Bedeutung des Luftpfades beim Transfer der Phthals?ureester schlie?en. Da Staub erhebliche Anteile an Textilfasern enth?lt, wurden auch Textilien untersucht. Die Phthals?ureester-Gehalte in den Textilproben reichten von 3,42 bis 34,44 mg/kg. Die hohen Phthalester-Kontaminationen des Staubes k?nnen daher nicht durch Textilfasern erkl?rt werden. Online-Publikation: 07. Februar 2000     

Untersuchungen zur Aufnahme von HCB und Pyren durch den KompostwurmEisenia fetida und ausgew?hlte Regenwurmwildarten

Zusammenfassung  Ziel der beschriebenen Untersuchungen war die praktische überprüfung eines Methodenentwurfs zur Erfassung der Bioakkumulation von Umweltchemikalien mitEisenia fetida, der Eignung vonE. fetida als Modellorganismus und des OECD-Kunstbodens als Standardsubstrat. Als Testorganismen wurden aus eigener Zucht der KompostwurmEisenia fetida und nach FeldentnahmeAllolobophora caliginosa, Allolobophora chlorotica, Allolobophora longa undLumbricus rubellus eingesetzt. Testb?den waren der OECD-Kunstboden und ein Boden vom Versuchsfeld der BBA in Berlin-Dahlem. Beiden B?den wurden die Testsubstanzen Hexachlorbenzol und Pyren in einer Konzentration von 10 mg/kg Bodentrockengewicht zugemischt. Die Expositionszeit der Regenwürmer betrug 4 Wochen bei w?chentlicher Bestimmung der Konzentrationen der Testsubstanzen in den Würmern und B?den. Die fürE. fetida sowie die Wildarten errechneten Anreicherungsfaktoren (AF) beliefen sich bei HCB in Abh?ngigkeit des verwendeten Bodens auf Werte zwischen 10 und 17 und bei Pyren auf Werte zwischen 0,9 und 1,7. Durch Umrechnung der Bodenkonzentrationen auf Gehalte in der Wasserphase und Ableitung der entsprechenden Anreicherungsfaktoren kann ein Vergleich mit BCF-Werten, die aus QSAR’S anderer Regenwurmarten und Fischen berechnet wurden, hergestellt werden. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass der Regenwurmtest mitE. fetida (OECD 1984, ISO 1998) für die Untersuchung der Bioakkumulation geeignet ist. OnlineFirst: 31. 05. 2002     

Berücksichtigung von Variabilit?t und Unsicherheit in quantitativen Risikoabsch?tzungen (QRA)

Anhand des Anwendungsbeispiels einer bewohnten Altlast wird eine probabilistische Expositionsabsch?tzung durchgeführt und es werden M?glichkeiten aufgezeigt, Variabilit?t und Unsicherheit in der Sch?tzung separat zu erfassen. Zur Charakterisierung der Variabilit?t personenspezifischer Variablen (z.B. K?rpergewicht) werden in das Expositionsmodell Wahrscheinlichkeitsverteilungen eingesetzt; die stoffspezifischen Expositionsparameter werden konstant gehalten. Zus?tzlich wird die Ungewi?heit einer ausgew?hlten Variablen (Bodeningestionsrate) modelliert. Der Vergleich mit denworst-case-Sch?tzungen zeigt, da? diese in den oberen Randbereichen bzw, au?erhalb der Bereiche der probabilistischen Sch?tzung liegen und somit sehr konservative, u.U. unrealistische Sch?tzungen liefern.     

?kotoxikologische Sedimentbewertung Sedimenttoxizit?t, Biotest, Testkombination

Die übersicht stellt notwendige Komponenten einer ?kotoxikologischen Bewertung für kontaminierte Sedimente vor. Die jeweiligen St?rken und Schw?chen der ?kologischen und toxikologischen Verfahren werden herausgearbeitet. Die bestehenden Biotestmethoden werden auf Grundlage der bekannten Expositionswege zu einer Testkombination für die Anwendung in der Praxis ausgew?hlt. Ein integriertes Bewertungsschema, bestehend aus den Komponenten Sedimentchemie, Sedimenttoxizit?t undin situ Untersuchungen, macht eine flexible und abgestufte Vorgehensweise m?glich und berücksichtigt den Stand der Forschung. Die Gesichtspunkte der überwachungsbeh?rden und die der ?kologischen Forschung ergeben eine dichotome Zielsetzung, die z.T. mit den glcichen Methoden bearbeitet werden kann.     

Fl?chenauswahl und ?kosystemares Monitoring in den Biosph?renreservaten Schorfheide-Chorin und Spreewald

Für die Biosph?renreservate (BR) Schorfheide-Chorin und Spreewald (Land Brandenburg) wurde ein handlungsorientiertes, kostengünstiges, arbeitsteiliges Konzept für die ?kosystemare Umweltbeobachtung (?UB) entwickelt, dessen methodische Entwicklung auch auf andere Schutzgebiete übertragbar ist. Hierzu werden neben statistischen Auswertungen fl?chenhaft vorliegender Informationen auch weitere Kriterien wie Naturn?he, Seltenheit und Ma?nahmenbezug durch das Einbringen von Expertenwissen systematisch genutzt, um so die Besonderheiten und Eigenarten der beiden behandelten Gro?schutzgebiete zu erfassen und in gewissem Umfang zu wichten und so gezielt auch Fragestellungen naturschutzfachlicher Relevanz nachzugehen. Nach einer Inventarisierung der vorhandenen ?kosysteme wurden auf der Basis der Auswahlkriterien

Epiphytische Flechten im Wandel von Immissionen und Klima ? Ergebnisse einer Vergleichskartierung 1989/2007 in Nordwestdeutschland

Zusammenfassung   Hintergrund, Ziel und Zweck Borkenbewohnende (epiphytische) Flechten reagieren sehr empfindlich auf verschiedene Umwelteinflüsse wie Stoffgehalte in der Atmosph?re und Temperaturen. Sie haben als Bioindikatoren für Luftverunreinigungen einen hohen Stellenwert bei Umweltuntersuchungen. Basierend auf einer 1989 durchgeführten Kartierung borkenbewohnender (epiphytischer) Flechten in einem landwirtschaftlich intensiv genutzten Raum Nordwestdeutschlands erfolgte 2007 eine Wiederholungsuntersuchung. Dabei galt es, m?gliche Ver?nderungen der Immissionssituation und des Klimas zu erkennen. Material und Methoden Die Studie basiert auf einer vergleichenden Kartierung epiphytischer Flechten von 355 Tr?gerb?umen an 45 Monitoringpunkten. Die angewandte Methode orientiert sich an der 1989 angewandten halb-quantitativen Erfassung. Ergebnisse Es stellten sich gravierende Ver?nderungen in der Vegetation rindenbewohnender Flechten heraus. Insgesamt war eine Erh?hung der Artenzahl an nahezu allen Monitoringpunkten festzustellen. Es wurde eine sehr starke Abnahme s?uretoleranter Arten und eine deutliche Zunahme basen- und n?hrstofffordernder Flechtenarten festgestellt. Darüber hinaus zeigte sich eine deutliche Zunahme w?rmeliebender Flechtenarten mit einem Verbreitungsschwerpunkt in Südeuropa bei gleichzeitigem Rückgang von Arten mit einem boreal-montanem Verbreitungsschwerpunkt. Diskussion Die festgestellte Entwicklung steht im Einklang mit überregionalen Beobachtungen. Sie wird im Wesentlichen auf eine gro?r?umig ver?nderte Immissionssituation, d. h. einer Abnahme der atmosph?rischen SO₂-Belastung und Zunahme der Ammoniakbelastung zurückgeführt. Ebenso treten deutliche Auswirkungen der Klimaerw?rmung hervor. Schlussfolgerungen Mit relativ geringem Untersuchungsaufwand lie?en sich Ver?nderungen bei den epiphytischen Flechten in den letzten 18 Jahren aufzeigen. Diese sind relevant für die Beurteilung regional und kleinr?umig ver?nderter Umweltbedingungen, die auch für andere Organismen und ?kosysteme l?ngerfristig von gro?er Bedeutung sind. Empfehlungen und Ausblick Unter Verwendung standardisierter Methoden vermitteln epiphytische Flechten ein differenziertes Bild der Luftbelastungssituation in Ballungsr?umen und in landwirtschaftlich genutzten Regionen. Darüber hinaus sind sie offensichtlich gute Indikatoren für Temperatur?nderungen ihrer Umgebung. Weiterer Forschungsbedarf besteht für die Verwendung epiphytischer Flechten zum Biomonitoring von Klimaver?nderungen.      

?kologische, ?konomische und rechtliche umweltbewertung

Zusammenfassung  Der Artikel gibt einen überblick über eine Beitragsserie zum Thema Integrative Umweltbewertung. Es wird über die Genese sowie die inhaltliche und organisatorische Struktur eines Graduiertenkollegs berichtet, das in den Jahren 1996–2002 in zwei Phasen an der Universit?t Kiel eingerichter war. Insbesondere wird auf die zentralen Begriffe Integration, Umwelt und Bewertung eingegangen. Ein besonderes Augenmerk liegt zudem auf dem genannten Thema als Forschungs- und Lehrgegenstand sowie auf den Chancen und Barrieren für interdisziplin?re Kooperation und Kommunikation zwischen den Fachgruppen ?kosystemforschung, Rechtswissenschaften und Wirtschafts-/Sozialwissenschaften. Am Schluss dieses übersichtsbeitrages werden die Beitr?ge der Serie kurz vorgestellt. Online First 17.06.2002