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Ableitung ökotoxikologisch begründeter Bodenqualitätskriterien am Beispiel Arsen

Derivation of ecotoxicologically based soil quality criteria for arsenic

  • Methoden und Konzepte
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Zusammenfassung

Hintergrund

Im Rahmen von Mess- und Monitoringprogammen werden Stoffkonzentrationen in Böden gemessen. Diese Daten müssen auch in Hinblick auf die Auswirkungen auf terrestrische Biozönosen beurteilt werden. Maßstäbe zur Beurteilung gab es bisher jedoch nicht. Diese Lücke wurde nun durch die Vorlage eines Konzepts zur Ableitung von ökotoxikologisch begründeten Bodenqualitätskriterien (BQK) und dessen Anwendung für umweltrelevante Stoffe geschlossen.

Schwerpunkte

Das Konzept wurde für Arsen angewendet. Hier ist der Ableitungsprozess im Detail beschrieben, von der Ethebung der Wirkungsdaten für mikrobiologische Prozesse, Pflanzen und Bodeninvertebraten bis hin zu einem Vorschlag eines BQK für Arsen.

Methoden

Der konzeptionelle Ansatz für die Ableitung von BQK wurde, nach Auswertung von nationalen und internationalen Konzepten zur Bewertung von Substanzen auf terrestrische Lebensgemeinschaften, erarbeitet. Für die Bewerttung von Arsen wurden alle relevanten biotischen Prozesse und Trophieebenen berücksichtigt. Desweiteren wurden Bodeneigenschaften, die einen modifizierenden Einfluss auf die Toxizität von Arsen auf Biota haben, aus den vorliegenden Studien erfasst.

Ergebnisse

Die Bewertung der Wirkungen von Arsen für terrestrische Lebenegemeinschaften zeigt, dass ökotoxikologische Wirkungswerte im Bereich der Hintergrundwerte für Böden liegen können. Indes sind Studien, in denen der Einflus von Bodeneigenschaften wie Boden-pH, Bodentextur untersucht wurde, nur in sehr geringer Anzahl vorhanden. Daher warde das ökotoxikologische Bodenqualitätskriterium für Arsen, mit 5 mg/kg Boden TG, an Hintergrundwerten für sandige Böden orientiert (“Worst-Case”). Ein Vergleich der Ergebnisse mit ökotoxikologisch begründeten Bodenqualitätswerten aus Kanada, Dänemark, den Niederlanden und den Vereinigten Staaten zeigt, dass Werte für Arsen im Mittel bei nahezu 16 mg/kg Boden TG mit einer Spannweite von 5 bis 34 mg/kg liegen. Die Unterschiede zwischen den Werten sind maßgeblich durch die unterschiedlichen konzeptionellen Ansätze zur Ableitung der Bodenqualitätswerte begründet.

Schlussfolgerungen und Ausblick

Hinsichtlich direkter Wirkungen von Stoffen in Böden wird das erarbeitete Konzept für die Ableitung von BQK zum Schutz terrestrischer Lebengemeinschaften als geeignet angesehen. Daher soll es für weitere umweltrelevante Stoffe angewendet werden. Ebenso, ist die Bewertung der indirekten Wirkungen von Bodenschadstoffen auf Vögel und Säugetiere, die sich von Bodeninvertebraten ernähren, notwendig. Auch sollen, neben Ausgleichsfaktoren zum Risikoausgleich, statistischprobabilistische Verfahren in Betracht gezogen werden.

Abstract

Background

A vast amount of data on the concentration of substances in soils is being generated in environmental monitoring programmes. This data has to be assessed in terms of effects on terrestrial biota. Benchmarks for such an assessment have been missing up to now. This gap has been filled by the development of a concept for the derivation of ecotoxicologically based soil quality criteria (SQC) and the application of this concept to environmentally relevant substances.

Objectives

The derivation method was applied to arsenic. The derivation process was described in detail from the compilation of data regarding effects on microbial processes, plants, and soil invertebrates to the formulation of a recommendation for an SQC.

Methods

The conceptual framework for the derivation of ecotoxicologically based SQC was developed after reviewing national and international concepts for the assessment of the effects of substances on terrestrial communities. For the assessment of arsenic effects, all relevant biotic processes and trophic levels have been taken into account. Moreover, soil characteristics that may affect the toxicity to biota have been reviewed.

Results

Effects of arsenic on biota may occur at soil background concentrations or slightly above. There are only a few studies in which the influence of soil characteristics, such as soil pH, soil texture, and soil organic carbon, on the effects of arsenic has been investigated systematically. That is why the SQC was oriented on soil background concentrations for sandy soils (5 mg As/kg soil dw). A comparison of the SQC derived in this work with ecotoxicologically based soilquality values from Canada, Denmark, the Netherlands, and the United States shows an average value of 16 mg As/kg, with a range between 5 and 34 mg/kg. The variations in the soil quality values are mainly due to differences in the derivation approaches.

Conclusions and Outlook

The concept applied is considered suitable for the derivation of SQC designed to protect terrestrial communities against direct effects of substances in soils. Therefore, its use is planned to derive SQC for other environmentally relevant substances. In addition to compensation factors, statistical methods should be taken into account to compensate for risks which cannot be quantified. Furthermore, there is the need for an assessment of indirect effects of soil contaminants on birds and mammals.

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Online-First: 8. Mai 2000

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Throl, C. Ableitung ökotoxikologisch begründeter Bodenqualitätskriterien am Beispiel Arsen. UWSF - Z Umweltchem Ökotox 12, 137–147 (2000). https://doi.org/10.1007/BF03038053

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