Biomonitoring von Fluorwasserstoff : neue Ansätze zum Einsatz Höherer Pflanzen als Akkumulationsindikatoren

Abstract

The standardised grass culture as described in VDI guideline 3957 sheet 2 has successfully been used for years to identify pollution related effects and to assess pollution load with hydrogen fluoride. At the moment, two directives are in preparation for the evaluation of the results from the exposure of standardised grass cultures which provide scales for judging and values for orientation on the basis of detailed studies. The directives will be published as VDI 3857 sheet 1 and sheet 2 as green print in 2009. The directive VDI 2310 sheet 3 is being revised as well. Its publication (green print) is also expected for 2009. According to no. 5.3 of the directive VDI 3957 sheet 2, samples with less than 2 g of dry substance have to be rejected. However, the rejection of these samples leads to a time gap for assessing of 14 days or even of 4 weeks. In this context it should be tested how the accumulation of fluoride after exposure with air containing hydrogen fluoride would be affected at lower growth rates. It should also be tested if samples of exposed grass with a minimum weight of less than the required 2 g of dry substance can be used for determining the pollution situation. To evaluate these problems, exposures were performed with standardised grass cultures and with modified methodology in an area ? the city of Ransbach-Baumbach ? which is highly contaminated by fluorides. Parallel to bioindication, the fluoride concentration in the air was assessed with radial symmetric passive samplers as a physicochemical method. By this means a direct comparison of the concentration of air pollutants with the pollutant concentration in the grass could be performed. The tests confirmed that the study area is indeed quite contaminated with fluoride from anthropogenic sources. The area around Ransbach-Baumbach can be considered as a hot-spot for higher fluoride concentrations within Germany. The results confirm that fluoride pollution in Central Europe is still an ongoing problem, even though the pollution is mostly scattered and small scale limited. Therefore, evaluation fundamentals for bioindication methods for fluoride (passive and active) should be worked out for the future, although fluoride accumulations are no longer regularly determined in large scale bioindication monitoring networks. The application of Deschampsia flexuosa (L.) Trin. as an accumulation indicator as a possible alternative to Lolium multiflorum Lam. could not be confirmed in this study; the deviations of fluoride concentrations in Deschampsia flexuosa (L.) Trin. and in Lolium multiflorum Lam. were too large in the spatiotemporal comparison. The measurements performed with radialsymmetric passive samplers did not show a good relationship between the hydrogen fluoride concentration in the air and the fluoride concentration F- [µg g-1 ds] in the Lolium grass cultures. There were only very low correlations between the fluoride concentration and the increase of biomass as raw and dry weight of Lolium multiflorum Lam. (R2 of 0.0258 and 0.0099 at two measurement stations, respectively). Since conventionally an R2 of ≥ 0,6 is required to indicate significant relationships in ecological/ecotoxicological field studies, no link between the increase of biomass and fluoride concentration for the accumulation indicator Lolium multiflorum Lam. is concluded. Therefore, it is recommended to revise the VDI guideline 3957 sheet 2 so that standardised grass culture samples of less than 2 g dry substance are also accounted for in the determination of the accumulation of air pollutants like fluoride in plants.

Zur Ermittlung von wirkungsbezogenen Immissionsraten bzw. zur Messung der Wirkdosis von Fluorwasserstoffimmissionen nach der VDI 3957 Blatt 2 wird die Standardisierte Graskultur als ein langjährig bewährtes Verfahren mit sehr gutem Erfolg eingesetzt. Für die Ergebnisbeurteilung der Standardisierten Graskultur sind derzeit zwei Richtlinien in Arbeit, die auf der Basis mehrjähriger, umfangreicher Untersuchungen Beurteilungsmaßstäbe und Orientierungswerte bieten. Sie werden als VDI 3857 Blatt 1 und Blatt 2 voraussichtlich als Gründruck im Jahr 2009 veröffentlicht werden. Ebenso wird die Richtlinie VDI 2310 Blatt 3 zurzeit überarbeitet. Mit einer Veröffentlichung (Gründruck) kann ebenfalls im Jahr 2009 gerechnet werden. Nach Nr. 5.3 der Richtlinie VDI 3957 Blatt 2 sind Proben mit weniger als 2 g Trockensubstanz zu verwerfen. Das Verwerfen der Proben hat jedoch eine zeitliche Beurteilungslücke von 14 Tagen oder gar 4 Wochen zur Folge. In diesem Zusammenhang sollte getestet werden, wie sich die Anreicherung von Fluorid aus der Exponierung mit HF?haltiger Luft bei niedrigeren Wachstumsraten verändert und ob Proben von exponierten Graskulturen, die nicht das in der o.g. VDI-Richtlinie geforderte Mindestgewicht von 2 g Trockensubstanz haben, dennoch zur Beurteilung der Immissionssituation herangezogen werden können. Zur Beurteilung dieser Fragen wurden in einem mit Fluor belasteten Untersuchungsgebiet, der Stadt Ransbach-Baumbach, Expositionsversuche mit der Standardisierten Graskultur und mit modifizierten Verfahren durchgeführt. Parallel zur Bioindikation wurde die Fluoridkonzentration in der Luft mit radialsymmetrischen Passivsammlern als physiko-chemischer Methode erhoben. Hierdurch konnte ein unmittelbarer Vergleich der Schadstoffkonzentration in der Luft mit dem Schadstoffgehalt in den Graskulturen abgeleitet werden. Die Vermutung, dass es sich im Untersuchungsgebiet um ein Gebiet mit einer ausgeprägten, anthropogen verursachten Belastung mit Fluor handelt, wurde durch die vorliegende Arbeit bestätigt. Das Untersuchungsgebiet in Ransbach-Baumbach kann im bundesweiten Vergleich als ein Hot Spot für erhöhte Fluoridimmissionen angesehen werden. Die Ergebnisse bestätigen, dass Fluoridimmissionen auch aktuell, wenn auch meist nur vereinzelt und kleinräumig begrenzt, selbst in Mitteleuropa noch bedeutsam sind. Entsprechende Beurteilungsgrundlagen für Bioindikationsverfahren (passiv und aktiv) sollten für Fluorid weiterhin erarbeitet werden, auch wenn in großräumigen Bioindikationsmessnetzen immissionsbedingte Fluoridanreicherungen oft nicht mehr regelmäßig untersucht werden. Der Einsatz von Deschampsia flexuosa (L.) Trin. als Akkumulationsindikator konnte in dieser Arbeit nicht als mögliche Alternative zu Lolium multiflorum Lam. bestätigt werden; die Abweichungen der Fluoridkonzentrationen in Deschampsia flexuosa (L.) Trin. und Lolium multiflorum Lam. waren im raum-zeitlichen Vergleich zu groß. Die durchgeführten Messungen mit den radialsymmetrischen Passivsammlern zeigten keine deutliche Beziehung zwischen der Hydrogenfluorid-Konzentration in der Luft und dem Fluoridgehalt F- [µg g-1 TS] in den Loliumkulturen. Zwischen den Fluoridkonzentrationen und Biomassezuwächsen als Roh- und Trockengewicht von Lolium multiflorum Lam. bestanden nur äußerst geringe Korrelationen (R2 von 0,0258 bzw. 0,0099 an zwei Messstationen). Da bei ökologischen / ökotoxikologischen Freilanderhebungen Korrelationskoeffizienten (R2) von ≥ 0,6 erforderlich sind, um auf deutliche Zusammenhänge schließen zu können, muss ein Zusammenhang zwischen Biomassezuwachs und Fluoridkonzentration für den Akkumulationsindikator Lolium multiflorum Lam. verneint werden. Es wird daher empfohlen, bei der Bestimmung immissionsbedingter Stoffanreicherungen wie Fluorid in Pflanzen nach dem Verfahren der standardisierten Graskultur die VDI-Richtlinie 3957 Blatt 2 so zu überarbeiten, dass auch Proben mit weniger als 2 g Trockensubstanz verwendet werden dürfen.