Abschlussbericht Methodik Probenahme .Abschlussbericht Methodische Weiterentwicklung der...

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  • Abschlussbericht

    Methodische Weiterentwicklung der Probenrichtlinie für Böden im Rahmen der Umweltprobenbank des Bundes FKZ: 301 02 006

    Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie 57392 Schmallenberg

    Institutsleitung Prof. Dr. Rainer Fischer

    Stellvertretung und Bereichsleitung Angewandte Oekologie Prof. Dr. Andreas Schäffer

    Projektleitung Dr. Werner Kördel

    Autoren Dipl.-Ing. agr. Karlheinz Weinfurtner Dr. Peter Dreher Dr. Kerstin Hund-Rinke Dr. Susanne Scheid Dr. Markus Simon

    Auftraggeber Umweltbundesamt FG 1.4 S 14193 Berlin

    Schmallenberg, Mai 2002

  • 2

    1. ZUSAMMENFASSUNG.......................................................................................................................... 4

    2. SCHLUSSFOLGERUNGEN UND AUSBLICK....................................................................................... 7

    3. EINLEITUNG........................................................................................................................................... 8

    4. AUFGABEN UND ZIELSTELLUNG....................................................................................................... 9

    5. ERLÄUTERUNGEN ZU DEN AUFGABENSTELLUNGEN UND ZIELE DER EINZELNEN AUFGABENPAKETE.................................................................................................................................... 10

    5.1. AP 1: KONTAMINATION DER BODENPROBEN DURCH ENTNAHME- UND AUFBEREITUNGSGERÄTE ............. 10 5.2. AP 2: ENTWICKLUNG STRUKTURERHALTENDER PROBENAHME UND AUFBEREITUNGSVERFAHREN

    UNTER VERZICHT AUF DEN EINSATZ DER CRYOMÜHLE ........................................................................ 10 5.3. AP 3: ERMITTLUNG DER REPRÄSENTATIVITÄT DER SIEBFRAKTION < 2 MM BEI NICHT

    QUANTITATIVER SIEBUNG.................................................................................................................. 11 5.4. AP 4: ÜBERPRÜFUNG DER HOMOGENITÄT UND REPRÄSENTATIVITÄT DER EINGELAGERTEN

    TEILPROBEN UNTER BERÜCKSICHTIGUNG METHODISCHER ÄNDERUNGEN DER PROBENAHME................. 11 5.5. AP 5: ERFASSUNG VON CHEMISCHEN UND BIOLOGISCHEN VERÄNDERUNGEN DER PROBEN ALS

    FOLGE VON AUFBEREITUNG UND TIEFKÜHLUNG.................................................................................. 11 5.6. AP 6: MÖGLICHKEITEN UND NOTWENDIGKEIT DER BEPROBUNG, UNTERSUCHUNG UND

    LAGERUNG VON UNTERBÖDEN .......................................................................................................... 12 5.7. AP 7: ABSCHLIEßENDE INHALTLICHE UND REDAKTIONELLE ÜBERARBEITUNG DER

    PROBENAHMERICHTLINIE .................................................................................................................. 13

    6. MATERIAL UND METHODEN ............................................................................................................. 14

    6.1. MATERIAL........................................................................................................................................ 14 6.1.1. Auswahl der Böden.......................................................................................................... 14 6.1.2. Böden............................................................................................................................... 14

    6.2. METHODEN...................................................................................................................................... 16 6.2.1. AP 1: Kontamination der Bodenproben durch Entnahme- und

    Aufbereitungsgeräte......................................................................................................... 16 6.2.2. AP 2: Entwicklung strukturerhaltender Probenahme und Aufbereitungsverfahren

    unter Verzicht auf den Einsatz der Cryomühle................................................................. 17 6.2.3. AP 3: Ermittlung der Repräsentativität der Siebfraktion < 2 mm bei nicht

    quantitativer Siebung ....................................................................................................... 18 6.2.4. AP 4: Überprüfung der Homogenität und Repräsentativität der eingelagerten

    Teilproben unter Berücksichtigung methodischer Änderungen der Probenahme ........... 18 6.2.5. AP 5: Erfassung von chemischen und biologischen Veränderungen der Proben

    als Folge von Aufbereitung und Tiefkühlung.................................................................... 19

  • 3

    7. ERGEBNISSE UND DISKUSSION....................................................................................................... 25

    7.1. AP 1: KONTAMINATION DURCH PROBENAHME- UND AUFBEREITUNGSGERÄTE ....................................... 25 7.1.1. AP 1a: Einfluss von Hülsenbohrer ................................................................................... 25 7.1.2. Einfluss durch Siebgeräte ................................................................................................ 29

    7.2. AP 2: ENTWICKLUNG STRUKTURERHALTENDER PROBENAHME- UND AUFBEREITUNGSVERFAHREN UNTER VERZICHT AUF DEN EINSATZ DER CRYOMÜHLE ........................................................................ 31

    7.2.1. Siebung............................................................................................................................ 31 7.2.2. Schnelles Einfrieren nach der Siebung............................................................................ 31 7.2.3. Schonende Homogenisierung im Labor........................................................................... 32

    7.3. ERMITTLUNG DER REPRÄSENTATIVITÄT DER SIEBFRAKTION < 2 MM BEI NICHTQUANTITATIVER SIEBUNG ......................................................................................................................................... 32

    7.3.1. Bodenkundliche Basisparameter ..................................................................................... 33 7.3.2. Schwermetalle.................................................................................................................. 33 7.3.3. Chlorierte Kohlenwasserstoffe ......................................................................................... 34 7.3.4. Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe............................................................... 35 7.3.5. Schlussfolgerungen.......................................................................................................... 36

    7.4. AP 4: ÜBERPRÜFUNG DER HOMOGENITÄT UND REPRÄSENTATIVITÄT DER EINGELAGERTEN TEILPROBEN UNTER BERÜCKSICHTIGUNG METHODISCHER ÄNDERUNGEN DER PROBENAHME................. 37

    7.4.1. Bodenkundliche Basisparameter ..................................................................................... 37 7.4.2. Schwermetalle.................................................................................................................. 38 7.4.3. Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) ............................................................................. 39 7.4.4. Polycyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) .................................................... 39 7.4.5. Schlussfolgerungen.......................................................................................................... 42

    7.5. AP 5: ERFASSUNG VON CHEMISCHEN UND BIOLOGISCHEN VERÄNDERUNGEN DER PROBEN ALS FOLGE VON AUFBEREITUNG UND TIEFKÜHLUNG.................................................................................. 42

    7.5.1. AP 5a: Ermittlung von Effekten als Folge des Tiefgefrierens auf biologische Strukturen und Entwicklung geeigneter Lagerbedingungen für Bodenproben im

    Hinblick auf biologische Parameter.................................................................................. 42 7.5.2. Ermittlung von Effekten des Tiefgefrierens auf abiotische Parameter und

    Entwicklung geeigneter Lagerbedingungen für Bodenproben im Hinblick auf

    bodenchemische Parameter ............................................................................................ 75 7.6. MÖGLICHKEITEN UND NOTWENDIGKEIT DER BEPROBUNG, UNTERSUCHUNG UND LAGERUNG VON

    UNTERBÖDEN .................................................................................................................................. 84 7.7. ÜBERARBEITUNG DER PROBENAHMERICHTLINIE ................................................................................. 84

    8. LITERATUR.......................................................................................................................................... 86

    9. ANHANG............................................................................................................................................... 89

    9.1. TABELLEN:....................................................................................................................................... 89 9.2. ABBILDUNGEN ................................................................................................................................. 103

  • 4

    1. Zusammenfassung

    Problemstellung:

    Im Rahmen der Umweltprobenbank soll das Umweltmedium Boden im Herbst 2002 erstmalig beprobt werden. Die dazu notwendige Richtlinie zur Beprobung von Böden wurde bereits 1993 vom Lehrstuhl für Biogeographie der Universität Saarbrücken erstmalig erstellt und in den Folgejahren mehrfach überarbeitet. Während der Ausarbeitungen zur Bodenprobenahme (Probenahmerichtlinie, Gebietsauswahl und –charakterisierung, Flächenauswahl) wur