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Berichtsgliederung
entsprechend Vorschrift: Nr.3.2 BNBest-BMBF98 <http://www.fz-juelich.de/ptj/datapool/page/490/Schlussbericht.rtf>
6.1.1 Durchführung
6.1.2 Bioindikation der Schadstoffe
6.1.3 Sickerwasseranalysen
6.1.4 Bodenanalysen
6.1.5 Unterscheidung in
Etablierungs- und Dendroremediationsphase
6.1.6 Rückhaltefunktion der
Gehölze
6.1.7 Bilanzlücke bei
Bodenuntersuchungen
6.1.8 Bewertung der Bodenbeprobungen
6.1.9 Alternative
Untersuchungsmöglichkeiten
Die
Freilandexperimente wurden in Lysimeter-Töpfen (20-L-Mitscherlichgefäßen) mit
TNT/ADNT-Altlastböden
in vier Belastungsstufen (0,06; 1,3; 36,7 und 152,5 mg TNT/kg Trockenboden)
durchgeführt. Jede der vier Belastungsstufen (Bezeichnung: SA1, SA2, SA3, SA4)
war mit folgenden sechs Bepflanzungsvarianten in drei Wiederholungen kombiniert:
Salix-Hybriden EW-13 und EW-20, Populus-Hybride ZP-007, Betula
pendula, Picea abies und die jeweilige unbepflanzte Kontrollvariante.
Die
als zweifaktorieller Versuch (Varianten)
konzipierte Versuchsanlage simuliert eine größere
Fläche wechselnden Kontaminationsgrades mit 72 Messpunkten, die mit
verschiedenen Gehölzen bepflanzt ist. Es herrschten Bodenbedingungen, die mit
dem Zustand nach einer mechanischen in-situ-Bodenbehandlung
(Bodenhomogenisierung durch Fräsen, Grubbern etc.) vergleichbar sind.
Im
Gegensatz zu ursprünglich geplanten in-situ-Untersuchungen an gehölzbepflanzten
Bodenmieten bzw. Altlastflächen war mit unserem aktualisierten Versuchsansatz
mit Kleinlysimetern eher eine Erfolgskontrolle im Sinne einer Bilanzierung
möglich,
da die Sickerwasserfrachten des gesamten Bodenkörpers quantitativ erfasst
werden, interferierende Lateralverlagerungen
durch Zu- und Wegstrom von Schadstofffrachten ausgeschlossen werden konnten und
das gehölzdurchwurzelte Bodenvolumen definiert blieb.
Parameter
der Erfolgskontrolle (Monitoring-Parameter)
waren der durch Bodenstechproben (soil
sampling) und Ethylacetat-Extraktion
ermittelte Anfangs- und Restnitroaromatengehalt des Bodens, Sickerwassermonitoring
sowie Wachstums- und Ertragsmessungen zur summarischen
Schadstoff-Bioindikation des Gesamtbodenraums. Zur Erfolgssicherung wurde das
Wachstumsmonitoring aller Gehölze parallel in Spiegelversuchen mit 1-m³-Lysimetern.
Die bei den ersten
Wachstumserfassungen vom Anfangs-Kontaminationsgrad des Bodens abhängigen
Wachstumsunterschiede verlieren sich, bei allen Laubgehölzen übereinstimmend,
schrittweise während der Dendroremediation. Bei Fichten bleibt das Bild wegen
Kontaminationsinhomogenitäten der Böden im Gefäßversuch uneinheitlich. Die
Absicherungsversuche in 1-m³-Lysimetern bestätigen jedoch die Tendenzen der
Laubgehölzreaktionen. Der schrittweise Ausgleich der Wachstumsunterschiede und
auch der Ertragswerte, spiegelt den abnehmenden Nitroaromatengehalt der Böden
wieder, der auch durch abnehmende Sickerwasserfrachten bestätigt wird. Die
Bioindikation des Schadstoffgehaltes ist dabei zuverlässiger als die
Stechprobenanalytik des Bodens, wobei die Salix-Hybride EW-13 aus
morphologischen Gründen die beste Eignung als Bioindikator zeigt.
Wachstumshemmungen
halten nur beim „hoch“ kontaminierten Boden (SA4) bis zum Versuchsende nach
anderthalb Jahren an und führen sogar zum gelegentlichen Absterben der
Pflanzen. Als Ursache für diese, nicht mit dem Rest-Nitroaromatengehalt Bodens
vereinbare Bioindikation, konnte eine zusätzliche Kontamination durch hohe Bor-Gehalte ermittelt werden.
Die kumulative
Bodenauswaschung (Zusammenrechnung aller Sickerwasseranalysen) ist bei
unbepflanzten Varianten höher als bei bepflanzten Gefäßen. Diese Aussage gilt
für die „sehr gering“, „gering“ und „mittel“ belasteten Böden
(SA1-3). Beim „hochbelasteten“ Boden (SA4) ist eine Abhängigkeit der
Auswaschung von der Bepflanzung nicht mehr eindeutig, was mit den
Wachstumshemmungen und dem teilweisen Absterben der Pflanzen durch die zusätzlich
Bor-Kontamination zu erklären ist. Die Bepflanzung hat bei allen vier Böden
keinen Einfluss auf die GC-ECD-erfassbare Art der Zusammensetzung der Sickerwässer.
Eine Erhöhung der TNT-Metabolitenanteile an der Nitroaromatenfracht durch den
Bepflanzungseinfluss tritt in keinem Fall auf. Das TNT/ADNT-Verhältnis ist
jedoch bei den vier verschiedenen Kontaminationsgraden der Böden
unterschiedlich. Hohe Absolutwerte des TNT-Gehaltes bedingen auch einen höheren
prozentualen TNT-Anteil.
Nach
zwei
Vegetationsperioden im September 2000 durchgeführten Bodenbeprobungen erfolgten
in zwei Ebenen. Wie bei der Anfangsbeprobung im Frühjahr 1999, traten sehr
starke Schwankungen zwischen den zu vergleichenden Probenvarianten auf. Das
teilweise partikulär oder kleinstlokal vorliegende TNT
bzw. ADNT
sowie
unterschiedliche Bindungen an die anorganische und organische Bodenmatrix
bewirken eine hohe Variation der Analyseergebnisse. Generell ist eine starke
Abnahme der Bodenkontamination nachweisbar, die jedoch auch in den unbepflanzten
Varianten auftritt.
Der
Remediationsphase durch Gehölze („Dendroremediation“) ist eine
Etablierungsperiode (rapide Anfangsauswaschungsphase) vorgeschaltet, die, ausgelöst
durch die Strukturveränderung des Bodens während der Auskofferung und
Homogenisierung, anscheinend eine hohe mikrobiologische Anfangsaktivität, aber
auch durch die anfängliche Bodenbelüftung unspezifische Prozesse auslöst.
Kennzeichnend für diese Anfangsphase, in der die Bodensackung, somit Verschluss
von Makroporen und vor allem das Wachstum der Gehölze erst erfolgen muss, ist
u.a. eine gegenüber der Dendroremediationsphase höhere
Schadstoffauswaschungsgeschwindigkeit von TNT und
ADNT.
Bei
unserem Gefäß-Freilandmonitoring tritt während der Etablierungsphase der
gleiche Effekt der starken Schadstoffminderung auf, der bei in situ
durchgeführten mechanischen Bodenbearbeitungen anderer Projektgruppen als Sanierungsziel
gilt.
Weniger
die Auswaschungsraten, als vor allem TNT-Abbauprozesse
der Etablierungsphase überlagern
und maskieren die mit der Bodendurchwurzelung und Transpirationssteigerung
beginnende Dendroremediation.
Eine
Phytoremediationswirkung ist erst nach Ablauf der Etablierungsphase als „gehölzbewirkte“
Verringerung der Sickerwasserfrachten eindeutig erkennbar. Diese geringeren
Sickerwasserfrachten sind dabei nicht durch transpirationsbedingte
Auswaschungsminderungen verursacht.
Der Rückhalteeffekt
tritt bei geringeren TNT-Bodenkonzentrationen, die auch eine schnellere Gehölzetablierung
erlauben, schneller hervor, nicht jedoch bei Zusatz-Kontaminationsverhältnissen,
die das Wachstum der Gehölze verhindern. Die Rückhaltefunktion ist sogar in
Wintersickerwässern der blattabwerfenden Laubgehölze eindeutig nachweisbar,
was vor allem deshalb sehr wichtig ist, weil in der Winterphase der Hauptteil
der Grundwasserneubildung und damit der höchste Schadstoffeintrag erfolgt.
Beim Vergleich des mit organischem Lösungsmittel
extrahierten Anfangs- und Endnitroaromatengehaltes des Bodens bei gleichzeitiger
Einrechnung des Sickerwasseraustrages und des Pflanzengehaltes zeigt sich eine
Bilanzlücke von ca. 85 %, die mit den erwähnten Schwankungen in allen, auch in
den gehölzfreien Varianten auftritt, somit Allgemeingültigkeit besitzt und
nicht mit messtechnischen Ungenauigkeiten begründet werden kann. Diese
erhebliche Bilanzlücke und die Tatsache, dass die Bodenkontaminationsanalysen
eine nicht überwindbare Inhomogenität aufzeigen, forderten erweiternde
Untersuchungen zum TNT-Schicksal, die u.a. durchgeführt wurden, um
festzustellen, ob tatsächlich derart hohe TNT-Verluste im Boden/Baum-System
auftreten können.
Die
Stichproben-Bodenbeprobung und die Extraktion mit organischen Lösungsmitteln können
wegen der nicht überwindbaren Schadstoffinhomogenität die in den Sickerwässern
und durch Bioindikation angezeigten Dendroremediationseffekte nicht hinreichend
abbilden und sind trotz erheblichen quantitativen Aufwandes nicht geeignet, das
Dendroremediationspotential von Gehölzen abzuschätzen.
Dies hat zu der
Schlussfolgerung geführt, dass bei zwangsläufig wesentlich gröber
gerasterten in-situ-Untersuchungen von Altlastflächen Bodenstechproben
lediglich der Groborientierung dienen können und damit beispielsweise schnelle
Bodenhomogenisierungseffekte nachweisbar sind. Nachhaltige
Phytoremediationseffekte werden in situ nicht durch Bodenproben
nachweisbar sein, solange die Untersuchungszeiträume nur wenige Jahre betragen
und laterale Schadstoffverlagerungen nicht ausschließbar sind.
Ein
Ausweg zur Erfolgseinschätzung der Phytoremediation kann neben einer möglichen
Bioindikation von pflanzenbedingten Sanierungseffekten darin liegen, den
Schadstoff-(TNT)-Eintrag in Phytoremediationssysteme kontrolliert quantifizierbar
zu gestalten. In situ könnte ein durch Passivsammler berechenbarer
Lateraleinstrom in einkapselbare, bislang unbelastete Kleinflächen, bei
gleichzeitiger Toxizitätskontrolle des Wachstums der eingesetzten Pflanzen und
engmaschiger Bodenanalytik, zur Berechenbarkeit von Sanierungseffekten führen,
wobei es sich aus Gründen der hohen Transpirationsleistung, der
Anspruchslosigkeit und der Langlebigkeit (Nachhaltigkeit) anbietet, Gehölze zu
pflanzen oder bereits baumbestandene Flächen zu verwenden.
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letzte Aktualisierung: 18.02.04 22:12
durch BerndSchoenmuth@yahoo.de
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