Anreicherung atmosphärischer Depositionen von Metallen und Stickstoff in Moosen Mecklenburg-Vorpommerns von 1990 bis 2005

Zusammenfassung Hintergrund, Ziel und Bereich Das Moosmonitoring liefert seit 1990 alle fünf Jahre flächendeckende Informationen über die Anreicherung atmosphärischer Depositionen von Metallen in Moosen. Seit 2005 wird auch die Stickstoffanreicherung erfasst. Bund und Länder führen das Moosmonitoring arbeitsteilig in dem International Cooperative Programme on Effects of Air Pollution on Natural Vegetation and Crops (ICP Vegetation) durch. Dieser Artikel behandelt die Kartierung der zeitlichen Entwicklung der Metallanreicherung in Mecklenburg-Vorpommern seit 1990, die Stickstoffanreicherung 2005 sowie die räumliche Varianz der Metallbioakkumulation in Abhängigkeit von Eigenschaften der Probeentnahmestellen und ihrer Umgebung unter Berücksichtigung der modellierten Cd-, Hg- und Pb-Gesamtdeposition (EMEP). Material und Methoden Die Sammlung und chemische Analyse der von bis zu 114 Orten stammenden Moose erfolgte nach europaweit harmonisierter Methodik. Die Qualität und die Plausibilität wurden sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene geprüft. Die ökologischen und topografischen Informationen der Beprobungsstandorte wurden mit Informationen über die Landnutzung in der Umgebung der Moosprobenentnahmeorte sowie mit den Messdaten in dem WebGIS MossMet zusammengeführt, ausgewertet und über das PortalU bereitgestellt. Aus den standort- und metallspezifischen Messdaten sowie aus den daraus geostatistisch berechneten Flächendaten über die Metallakkumulation wurde ein zusammenfassender Multimetallindex (MMI 1990–2005 ) für As, Cd, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, Ti, V und Zn berechnet und kartiert. Die Zusammenhänge zwischen den Schwermetallakkumulationen, den Standortcharakteristika sowie der Landnutzung und den Emissionen wurden mit Rangkorrelationskoeffizienten und Kontingenztafeln sowie am Beispiel von Cu multivariat-statistisch mit Chisquare Automatic Interaction Detection (CHAID) bestimmt. Ergebnisse Die chemischen Analysen der Moosproben belegen einen statistisch signifikanten Rückgang der Bioakkumulation von 1990 bis 2005 für die meisten Metalle. Jedoch liegen die Werte für Cr und Zn statistisch signifikant sogar über denjenigen, die 1990 gemessen wurden. Weiterhin nahmen von 2000 bis 2005 die Konzentrationen von As, Cu, Ni, und Ti zu, allerdings nicht signifikant. Die Cd- und Pb-Konzentrationen sanken über alle Messzeitpunkte hinweg signifikant. Nachdem der MMI von 1990 bis 2000 signifikant zurückging, stieg er von 2000 bis 2005 signifikant an. Die in den Moosen Mecklenburg-Vorpommerns gemessenen Stickstoffgehalte rangieren zwischen 1,3 und 2,3 % und sind mit dem Waldflächenanteil negativ korreliert und im selben Maße mit dem Anteil landwirtschaftlich genutzter Flächen in der Umgebung der Beprobungsstellen positiv korreliert. Außer Cd, Pb und Sb sind alle Metallkonzentrationen in den Moosen negativ mit dem Waldflächenanteil korreliert. Alle Metalle außer Cd sind positiv mit dem Agrarflächenanteil im Umfeld der Beprobungsorte assoziiert. Mit Ausnahme von Cr sind alle Metallkonzentrationen in den Moosen negativ mit den Niederschlagssummen korreliert. Nur die Cu- und Zn-Gehalte der Moose weisen keine bzw. eine negative Korrelation mit der Bestandeshöhe auf, für alle anderen Stoffe zeigen sich positive Zusammenhänge. Alle Stoffe außer Cr sind signifikant mit Art, Wuchsform und Häufigkeit der Moose an den Beprobungsorten assoziiert. Die multivariat-statistische CHAID-Analyse identifiziert die Häufigkeit der Moosarten am Beprobungsort, die Moosart und die Entfernung der Moossammelstelle zu Autobahnen und der Ostsee als statistisch wichtigste Begleitmerkmale der Cu-Konzentrationen in den 2005 gesammelten Moosen. Zwischen der modellierten Gesamtdeposition und den Konzentrationen von Cd, Hg und Pb in den Moosen konnten für Hg bei p < 0,1 keine Korrelationen nachgewiesen werden. Für Pb betrug 1995 r = 0,52 bei p = 0,012. Für die anderen Erhebungsjahre ließen sich keine Korrelationen mit p < 0,05 finden. Diskussion Der Anstieg der Cr-Bioakkumulation vom Jahr 2000 zum Jahr 2005 ist in Mecklenburg-Vorpommern besonders deutlich ausgeprägt. Dieser Trend ist mit regionalen Unterschieden auch im Bundesmittel und auch in anderen Teilnehmerstaaten, wie z. B. in der Schweiz, bestätigt. Depositionsmessnetze haben diesen Trend nicht registriert. Anders als für das UNECE-Gebiet, das Bundesgebiet und einige Bundesländer, lässt sich keine signifikante Korrelation zwischen den Metallkonzentrationen in der Gesamtdeposition und in den Moosen nachweisen. Schlussfolgerungen Die für das Gebiet Mecklenburg-Vorpommerns nicht nachweisbaren signifikanten Korrelationen zwischen Stoffkonzentrationen in Depositionen und Moosen mögen dadurch bedingt sein, dass die EMEP-Depositionsdaten mit 50 × 50 km zu gering aufgelöst sind. Das Moosmonitoring liefert wesentliche Beiträge zur Langzeitumweltbeobachtung, die Bestandteil der UNECE-Nachhaltigkeitsstrategie ist. Es belegt flächendeckend die Erfolge der Luftreinhaltepolitik auf regionaler, nationaler und europäischer Ebene. Anders als Depositionsmessnetze hat das Moosmonitoring eine Trendumkehr identifiziert: Die von 1990 bis 2000 durchgehende Verringerung der Metallanreicherung in Moosen hat sich zwischen 2000 und 2005 in Mecklenburg in einen Anstieg der Konzentration mehrerer Metalle verkehrt. Dieser ist bei Cr und Zn statistisch signifikant Empfehlungen und Perspektiven Die EMEP-Depositionsdaten sollten auf Grundlage der europaweit zu regionalisierenden Regressionsbeziehungen zwischen Depositions- und Mooskonzentrationen räumlich höher aufgelöst werden. Für regionale Betrachtungen sollten die in den Bundesländern vorhandenen, bislang aber nicht nutzbaren Depositionsmessdaten zur Verfügung gestellt werden. Es sollte untersucht werden, worauf der Anstieg der Cr-Konzentrationen über das Niveau im Jahre 1990 hinaus zurückzuführen ist – etwa durch Emissionen oder biogene Effekte – z. B. infolge gleichzeitig angestiegener Stickstoffbelastung? Das Moosmonitoring sollte als methodisch standardisiertes Verfahren, das über mehrere naturräumliche und administrative Ebenen methodisch abgestimmte, qualitätskontrollierte Daten über die Stoffanreicherung in der Umwelt liefert, im bisherigen Umfang fortgeführt werden. Es sollte geprüft werden, ob es um die Erfassung persistenter organischer Stoffe erweitert und auch im Humanbiomonitoring eingesetzt wird. Dies würde es ermöglichen, die Schadstoffbelastung innerhalb und außerhalb von Gebäuden mit demselben Rezeptor zu erfassen.