Luft: Wirkungskataster

Wirkungskataster Hessen

Wirkungserhebung

Neben den Emissions- und Immissionserhebungen sind nach Bundes-Immissionsschutzgesetz [1] auch Art und Umfang der durch Luftverunreinigungen hervorgerufenen schädlichen Umwelteinwirkungen festzustellen. Hierbei unterscheidet man nach Wirkungen auf Menschen, Tiere, Vegetation und Sachgüter bzw. Materialien. Die Ergebnisse der durchgeführten Wirkungsuntersuchungen werden im Wirkungskataster zusammengeführt. Neben den Emissions- und Immissionskatastern liefert dieses wesentliche Grundlagen für die Planung und Durchführung von Luftreinhaltemaßnahmen.

Zu Beginn der 80er Jahre wurden in Hessen pflanzliche Bioindikatoren ausschließlich in den Untersuchungsgebieten eingesetzt. Die Wirkungserhebungen hatten dabei folgende Schwerpunkte: Mit dem klassischen Akkumulationsindikator Welsches Weidelgras werden die partikelgebundenen Schwermetalle (Arsen, Antimon, Blei, Cadmium, Nickel und Vanadium) sowie Fluor quantitativ nachgewiesen. Außerdem werden mit der Immissionsraten-Messapparatur die Einträge von fluor-, stickstoff- und schwefelhaltigen Verbindungen erfasst. Die Ergebnisse sind in den Luftreinhalteplänen (z. B. [2]) dokumentiert.

Mit dem Beginn der 90er Jahre erfolgte eine Erweiterung der Zielsetzung für den Einsatz von Bioindikatoren. Den Hintergrund für diese Entwicklung bildete z. B. die Notwendigkeit, pflanzliche Indikatoren zum Nachweis organischer Luftschadstoffe zu finden und auf deren Eignung als aussagefähiges Wirkungsmessverfahren hin zu überprüfen. Im Rahmen dieser Forschungen etablierten sich das Klonfichten- sowie Grünkohlverfahren als geeignetes Instrument zur Bestimmung des Gehalts von polychlorierten Dibenzodioxinen/-furanen (PCDD/F), polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK), polychlorierten Biphenylen (PCB) und anderen Verbindungen in Bioindikatoren.

Vor dem Hintergrund der anstehenden Neukonzeption der Immissionsüberwachung in Hessen verlagerte sich auch die räumliche Verteilung der Wirkungserhebungen. Ergänzend zu den Messprogrammen in den vier hessischen Untersuchungsgebieten fanden weitere Erhebungen auf lokaler, regionaler oder landesweiter Ebene statt. Mit der Erweiterung des Untersuchungsumfangs erfolgte in Hessen der Schritt von der Bioindikation (Anzeige von Umweltfaktoren) zum ökosystemaren Biomonitoring (Erfassung der Reaktionen biologischer Systeme), wodurch erstmals eine ganzheitliche Darstellung der Immissionssituation ermöglicht wurde.

Im Rahmen der erwähnten Neukonzeption wurde die Aufgabenverteilung bei der Durchführung der Untersuchungsprogramme verändert. Die teils sehr umfangreichen Erhebungen wurden von nun an verstärkt in Kooperation mit anderen Behörden, Universitäten, Fachhochschulen oder einzelnen Personen, die im Rahmen von Werkverträgen an der Mitarbeit beteiligt waren, vorgenommen.

Im Folgenden sind die wichtigsten, ausschließlich mit pflanzlichen Indikatoren durchgeführten Untersuchungsprogramme zusammengestellt. Teilweise sind sie bereits abgeschlossen; manche Programme (z. B. in den Dauerbeobachtungsflächen oder an der Klimafolgenforschungsstation Linden) werden weiter fortgeschrieben. In Abbildung 1 wird ein zeitlicher Überblick und in Abbildung 2 eine räumliche Übersicht über die in den letzten Jahrzehnten durchgeführten Wirkungserhebungen gegeben. Ein Großteil der Ergebnisse der dargestellten Wirkungserhebungen ist in [3] veröffentlicht.


Abb. 1: Zeitliche Übersicht über die Wirkungserhebungen ab 1981
(die Ziffern in den farbigen Feldern geben die Anzahl der Stationen wieder)



Abb. 2: Räumliche Darstellung der Wirkungserhebungen in Hessen


Die einzelnen Untersuchungsprogramme sollen hier kurz erläutert werden.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass sich die Anforderungen an Bioindikationsmethoden in den letzten Jahrzehnten verändert haben. Veränderte oder neue Verfahren haben ein erweitertes Spektrum an Einsatzmöglichkeiten, beispielsweise die Kontrolle bisher nicht erkannter Emittenten von Luftschadstoffen oder aber auch die Erfassung bisher nicht analysierter Verbindungen. Die an Standorten geringer Belastungssituation gemessenen Ergebnisse liefern Bewertungshilfen für die Interpretation der Messergebnisse an anderen Standorten. Die Resultate von Wirkungserhebungen können im Rahmen der Ableitung von Grenz- oder Richtwerten genutzt werden. Wirkungsuntersuchungen gewährleisten somit, dass nicht nur die Vegetation, sondern auch Tiere und letztendlich der Mensch vor schädlichen Umwelteinwirkungen geschützt werden.

Ergebnisse einiger Wirkungsuntersuchungen

Mit der Durchführung emissionsmindernder Maßnahmen konnte z. B. die Belastung durch Schwefeldioxid - als in früheren Jahrzehnten für die Waldschäden bedeutsame Komponente - in erheblichem Maße reduziert werden. Mit Hilfe eines technischen Verfahrens zur Bestimmung der Immissionsraten, der Immissionsraten-Messapparatur (IRMA), lässt sich die Entwicklung des Eintrags von Schwefelverbindungen nachvollziehen (siehe Abbildung 3).


Abb. 3: Immissionsraten von Schwefelverbindungen im Untersuchungsgebiet Kassel
(Jahresmittelwerte, angegeben als SO2) (Hettenhain: emittentenferne Referenzstation)

Ein weiterer Erfolg der Luftreinhaltestrategie in den 80er Jahren war eine deutliche Reduzierung des Bleigehaltes in der Luft. Durch die gesetzlich festgelegte Umstellung auf bleifreies Benzin für Kraftfahrzeuge konnten zurückgehende Konzentrationen in den exponierten Bioindikatoren nachgewiesen werden, wie in Abbildung 4 zu sehen ist; dargestellt sind die Jahresmittelwerte, die aus allen Messstationen pro Untersuchungsgebiet erhalten werden. (Anmerkung zum Untersuchungsgebiet Kassel: Eine nahe eines Bleiemittenten gelegene Messstation wies Anfang der 80er Jahre Jahresmittelwerte von 45 65 mg/kg TS Blei im Weidelgras auf; diese Werte wurden bei der Bildung des Gebietsmittelwerts nicht berücksichtigt.)


Abb. 4: Bleigehalte im Weidelgras in hessischen Untersuchungsgebieten
(Gebiets-Jahresmittelwerte) (Hettenhain: emittentenferne Referenzstation)

Literatur

[1] Gesetz zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen und ähnliche Vorgänge (Bundes-Immissionsschutzgesetz - BImSchG) vom 15. März 1974 (BGBl. I S. 721, 1193), Neufassung vom 26. September 2002 (BGBl. I S. 3830)

[2] Luftreinhalteplan Kassel – 1. Fortschreibung. Herausgegeben vom Hessischen Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft und Forsten, Wiesbaden (1999)

[3] Wirkungskataster Hessen, Immissionsökologische Wirkungserhebungen 1979 bis 1998, Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie, Luftreinhaltung in Hessen, Heft 4, Wiesbaden (2003)

[4] Ökosystemares Biomonitoring-Programm in der Region Biebesheim 1992 - 1994, Schriftenreihe der Hessischen Landesanstalt für Umwelt, Heft Nr. 193, Wiesbaden (1996)

[5] Auswirkungen dynamischer Veränderungen der Luftzusammensetzung und des Klimas auf terrestrische Ökosysteme in Hessen – I – Wirkungen ausgewählter Kohlenwasserstoffe und ihrer Folgeprodukte (insbesondere Ozon) auf Pflanzen. Schriftenreihe der Hessischen Landesanstalt für Umwelt, Heft Nr. 179, Wiesbaden (1994)

[6] Auswirkungen dynamischer Veränderungen der Luftzusammensetzung und des Klimas auf terrestrische Ökosysteme in Hessen – II – Umweltbeobachtungs- und Klimafolgenforschungsstation Linden, Jahresbericht 1995. Schriftenreihe der Hessischen Landesanstalt für Umwelt, Heft Nr. 220, Wiesbaden (1996)

[7] Auswirkungen dynamischer Veränderungen der Luftzusammensetzung und des Klimas auf terrestrische Ökosysteme in Hessen – III – Umweltbeobachtungs- und Klimafolgenforschungsstation Linden, Berichtszeitraum 1996 - 1999. Schriftenreihe des Hessischen Landesamts für Umwelt und Geologie, Heft Nr. 274, Wiesbaden (2000)

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