umwelt-online: Methoden und Maßstäbe zur BBodSchV (8)

3.7 Schwermetalltransfer Boden/Pflanze

Datengrundlage für die Auswertungen zum Schwermetalltransfer Boden/Pflanze ist die Datenbank "TRANSFER" beim UBA, in die zu dem bereits enthaltenen Datenbestand im Rahmen der Arbeit der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Bodenschutz weitere, umfangreiche Daten der Länder eingestellt wurden (u. a. Daten des 1995 durchgeführten länderübergreifenden Untersuchungsprogramms [LABO-ad-hoc-AG Schwermetalltransfer Boden/Pflanze, 1995]).

Die Datenbank TRANSFER enthält z. Zt. ca. 320.000 Datenpaare Boden/Pflanze ², die sich aus Kombinationen von ca. 120 Pflanzenarten bzw. -teilen und verschiedenen Bodenextraktionsmitteln ergeben. Zum Teil existieren, zu einem Pflanzenergebnis mehrere zugehörige Bodenuntersuchungsergebnisse (Anwendung verschiedener Extraktionsmittel an der gleichen Bodenprobe).

Die Auswertung der Datenbank wurde mit fachlicher Begleitung durch die LABO im Auftrag des UBA durchgeführt (Knoche et al., 1997). Als Bodenextraktionsmethode wird Königswasser berücksichtigt, weil es bislang in weiten Bereichen als Extraktionsmittel bei der Untersuchung der Schwermetallbelastung von Böden eingesetzt wird und infolgedessen dazu in der Datenbank TRANSFER ein umfangreicher Datenbestand vorliegt. Darüber hinaus ist es insbesondere bei Pflanzenarten/-teilen, bei denen mit einer nennenswerten Schadstoffbelastung über die Verschmutzung mit belastetem Bodenmaterial zu rechnen ist (insbesondere Grünlandaufwuchs), sinnvoll, die Transferbetrachtungen auf Basis der königswasserextrahierbaren Gehalte ³ durchzuführen. Bei den Transferauswertungen auf Basis der Königswasser-Extraktion ist zusätzlich der Einfluß mobilitätsbestimmender Bodenparameter (pH, C_org, Tongehalt) zu beachten.

Die Ammoniumnitrat-Extraktion wird herangezogen, weil sie die leicht pflanzenverfügbaren Schwermetallfraktionen des Bodens erfaßt, und damit eine Abschätzung des Schwermetalltransfers Boden/ Pflanze (systemische Aufnahme über die Wurzeln) eher ermöglicht als die mittels Königswasser erfaßten Schwermetallgehalte. Zu weiteren Gesichtspunkten der Anwendbarkeit der Ammoniumnitrat-Extraktion wird auf die DIN 19730 verwiesen.

Aus dem zur Ableitung von Prüf- oder Maßnahmenwerten herangezogenen Datenbestand werden alle Datensätze entfernt, die aus Versuchen mit künstlicher Schadstoftbelastung des Bodens (insbesondere durch Zusatz von wasserlöslichen Schwermetallsalzen) und/oder aus Gefäßversuchen stammen. Die Auswertung zieht nur Daten aus realistischen Freilanduntersuchungen heran. Sie wird in Form von Regressionsberechnungen vorgenommen. Abhängige Variable ist die jeweilige Schwermetallkonzentration in der Pflanze (TM), unabhängige Variable die Schwermetallkonzentration im Boden. In die Auswertung werden nun Werte aufgenommen die oberhalb der jeweils angegebenen Bestimmungsgrenzen liegen. Die Daten werden grundsätzlich in logarithmierter Form verrechnet.

Bei den Auswertungen zur Grünlandnutzung werden die Regressionsberechnungen außer mit den Original-Pflanzendaten auch mit rechnerisch korrigierten Pflanzendaten durchgeführt. Dem liegt die Überlegung zugrunde, daß die in Feldversuchen und -erhebungen gewonnenen Daten zur Schwermetallbelastung des Grünlandaufwuchses den unter der realen Nutzung gegebenen Schwermetalltransfer Boden/Pflanze/Nutztier tendenziell unterschätzen. In der Realität wird dieser Schwermetalltransfer nämlich über die unvermeidbare Verschmutzung des Futters bei der Beerntung bzw. die direkte Bodenaufnahme der Weidetiere nicht unwesentlich erhöht. Nach einer Literaturauswertung (Böcker et al., 1995) ist von einer unvermeidbaren Verschmutzung bzw. Bodenaufnahmerate mindestens im Bereich von 2-4 % bezogen auf die Futtertrockenmasse auszugehen; Die rechnerisch korrigierten Daten werden daher derart errechnet, daß zu den tatsächlich gemessenen Pflanzenkonzentrationen 3 % der königswasserlöslichen Schwermetallkonzentration des jeweils zugehörigen Bodens addiert wurden.

Die Regressionsgleichung zeigt die statistische Beziehung zwischen Boden- und Pflanzenkonzentrationen. Als Schätzintervall wird zusätzlich das 60 %-Konfidenzintervall der Einzelwerte (Wertepaare Böden/Pflanze) berechnet (das heißt, daß ca. 20 % der Werte oberhalb des oberen und ca. 20 % der Werte unterhalb des unteren Konfidenzintervalles vorzufinden sind). Bei einer gegebenen höchstzulässigen Pflanzenkonzentration wird damit abgeschätzt (prognostiziert), bei welcher Bodenkonzentration 20, 50 oder 80 % der Pflanzen die zulässige Konzentration überschreiten.

Mit den berechneten Regressionsbeziehungen sind aussagekräftigere Abbildungen des Boden-Pflanze-Transfers möglich als mit den herkömmlicherweise angegebenen Transferfaktoren, weil die Transferfaktoren auch stark von der Bodenkonzentration abhängen (sehr geringe Bodenkonzentration und geringe Pflanzenkonzentration = hoher Transferfaktor; sehr hohe Bodenkonzentration und hohe Pflanzenkonzentration = geringer Transferfaktor); sie weisen keinen konstanten linearen Verlauf auf. Deshalb werden in Einzelstudien je nach Konzentrationsbereich sehr unterschiedliche Transferfaktoren ermittelt.

In den nachstehenden Tabellen sind die für die Ableitung von Prüf- oder Maßnahmenwerten berücksichtigten Ergebnisse der statistischen Auswertungen zusammengefaßt. Die Einzelergebnisse der durchgeführten Auswertungen sind gesondert veröffentlicht (Knoche et al., 1997).

Tabelle 11: Ergebnisse der Auswertungen der Datenbank TRANSFER zu Ackerbau, Erwerbsgemüsebau, Klein- und Hausgärten; für Cd und Pb errechnete Bodenwerte in µg/kg; AN = Ammoniumnitrat-Extrakt, KW = Königswasser-Extrakt; B = Bestimmtheitsmaß; zusammengefaßt aus Knoche et al. (1997),

Tabelle 12: Ergebnisse der Auswertungen der Datenbank TRANSFER zu Grünland und Futterbau, Bodenwerte in mg/kg für Cd und Pb; Grünlandaufwuchs incl. 3% Verschmutzungszuschlag; KW = Königswasser-Extrakt, B = Bestimmtheitsmaß; zusammengefaßt aus Knoche et al. (1997)

Erläuterung der Ableitungsmaßstäbe am Beispiel Blei und Cadmium/Nutzung: Ackerbau (nach LABO, 1997)

1. Blei: Beim Vergleich des Transfers von mobilisierbarem Blei (Extraktion mit Ammoniumnitrat) aus dem Boden in Pflanzen mit den ZEBS-Werten für die jeweilige Pflanzenart erweisen sich die ackerbauliche Kultur Weizen und die gartenbauliche Kultur Möhren als die jeweils empfindlichsten Fruchtarten. Bei der Aufwertung der Datenbank TRANSFER für Blei ergeben sich nur niedrige Bestimmtheitsmaße für die Regressionsgleichungen (0,26 für Möhren und 0,12 für Weizen); die Ergebnisse der Regressionsgleichungen sind daher nur bedingt geeignet, Bodenwerte abzuleiten. Für Möhren werden bei Bodenwerten < 100 µg/kg in 19 % der untersuchten Fälle und bei Bodenwerten> 100 µg/kg in 36 % der untersuchten Fälle Überschreitungen des doppelten ZEBSWertes gefunden. Für Weizen werden bei Bodenwerten < 100 µg/kg in 9 % der untersuchten Fälle und für Bodenwerte zwischen 300 und 1000 µg/kg in 27 % der untersuchten Fälle Überschreitungen des doppelten ZEBS-Wertes gefunden. Die Ad-hoc-AG Schwermetalltransfer Boden/Pflanze der LABO hat auf dieser Basis einen Prüfwert von 100 µg/kg ammoniumnitrat-extrahierbares Blei vorgeschlagen. Mäßig anreichernde Gemüsearten überschreiten bei 500 µg/kg den einfachen ZEBS-Wert in 27 % der Fälle, daher ist bei Bodengehalten, die sehr erheblich über 100 µg/kg liegen, mit einer toxikologisch relevanten Zusatzbelastung durch den Verzehr von selbsterzeugtem Gemüse zu rechnen.
2. Cadmium: Cadmium ist das Schwermetall mit der engsten Beziehung zwischen Boden- und Pflanzengehalten, die Vorhersagegenauigkeit der zu erwartenden Pflanzengehalte aus dem Bodenuntersuchungsergebnis ist vergleichsweise hoch. Der Umfang der der Ableitung zugrunde liegenden Daten ist ebenfalls relativ hoch (z.B. Weizen n = 401).

   Für den Maßnahmenwert von 40 µg/kg bildet Weizen die Ableitungsgrundlage. Mit einem Bestimmtheitsmaß von 66 % ist die Transferbeziehung sehr eng. Die Wahrscheinlichkeit der Überschreitung des doppelten Lebensmittelrichtwertes in Weizen bei diesem Bodengehalt liegt zwischen 50 % und 80 %.

   Oberhalb von 40 µg/kg Boden wird bei allen Bodengehalten des Datenbestandes der einfache ZEBS-Wert überschritten. Der Wert prognostiziert die Überschreitung des doppelten ZEBS-Wertes mit hoher Sicherheit (Wahrscheinlichkeit 50-80 %). Bei Bodengehalten von über 40 µg/kg Cd überschreiten 91 % der vorliegenden Daten den doppelten ZEBS-Wert, nur in 9 % der Fälle liegt der Gehalt in der Pflanze zwischen dem einfachen und dem doppelten ZEBS-Wert. Selbst unterhalb von 40 µg/kg Cd im Boden wird in 25 % der Fälle der einfache ZEBS-Wert überschritten, und in über 20 % der zweifache ZEBS-Wert. Das bedeutet, daß auch Bodengehalte unterhalb von 40 µg/kg nicht generell unproblematisch sind.

   Unterhalb des Maßnahmenwertes ist jedoch mit hoher Wahrscheinlichkeit keine toxikologisch relevante Zusatzbelastung des Menschen durch den Verzehr von selbsterzeugtem Gemüse gegeben. Für Cadmium ist wegen der hohen Pflanzenverfügbarkeit auch eine Gefahrenbeurteilung aus dem Königswasser-Extrakt zulässig. Die Auswertung der Cadmium-Daten zu Ammoniumnitrat- und Königswasser-Extrakten zeigt, daß der Maßnahmenwert für mittlere Böden im Durchschnitt der Schwankungen mit pH-Wert und Tongehalt einem mit Königswasser-Extrakt ermittelten Wert von 2 mg/kg TM entspricht.

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__________________________

2) Davon ca. 61.000 Datenpaare für Königswasser- und ca. 21.000 Datenpaare für Ammoniumnitrat-Extraktion, jeweils aus Freilanduntersuchungen.

3) Mit Königswasser wird der mobile Schwermetallgehalt und ein Großteil des nichtmobilen Schwermetallgehaltes, jedoch nicht der Gesamtgehalt erfaßt. Aus Vereinfachungsgründen wird ins folgenden der königswssserextrahierbare Schwermetallgehalt dennoch als "Schwermetallgesamtgehalt" bezeichnet.

ENDE