Metalleinträge in terrestrische Ökosysteme: Analyse von Daten aus Modellierung und Biomonitoring

Metal deposition into terrestrial ecosystems: evaluating data from modelling and biomonitoringApports métalliques dans l’écosystème terrestre: analyse de données issues de modélisations et de biosurveillance

Artikel aus einer Zeitschrift

200202443

Depositionsmodellierungen und -messungen mit technischen Sammlern und biologischen Akkumulationsindikatoren dienen in Deutschland der räumlichen Differenzierung entsprechender Informationen, die für ganz Europa erhoben werden. Eine integrative, vergleichende Auswertung fehlt jedoch. Deswegen werden in diesem Artikel Ergebnisse zweier chemischer Transportmodelle zur Berechnung der Schwermetalldeposition (LOTOSEUROS, EMEP) für Deutschland mit Schwermetallkonzentrationen in Blättern, Nadeln und Auflagehorizonten von Böden des intensiven Waldmonitorings ICP Forests Level II und der Umweltprobenbank (UPB) verglichen. Die Nadel- und Blattspiegelwerte der Jahre 2007–2011 aus der UPB zeigten deutliche statistische Zusammenhänge mit den Modellierungen. Die Korrelationen erwiesen sich als probenartenspezifisch, bei Cd-Gehalten in einjährigen Fichtentrieben zudem ökosystemspezifisch. Die UPB-Daten zeigten in der Regel höhere Korrelationen zu den LOTOS-EUROS- als zu den EMEP-Modellierungen. Die Unterschiede waren jedoch statistisch nicht signifikant. Die akkumulierten Elementgehalte von ICP Forests Level II zeigten überwiegend stärkere Korrelationen zu den EMEP-Modellierungen. Im Vergleich mit der UPB sind bei den Level-II-Daten die Korrelationen meistens schwächer. ICP Forests Level II hat den Vorzug, Daten zu Nadelproben unterschiedlicher Altersklassen zu liefern. Relativ hohe altersklassenspezifische Korrelationen ergaben sich insbesondere zwischen den mit LOTOSEUROS modellierten Pb-Depositionen und zweijährigen Kiefern- und Fichtennadeln. Neben den Nadel-/Blattanalysen wurde ICP Forests Level II auch genutzt, um den Schwermetallgehalt in der Humusauflage zu untersuchen. Statistisch signifikante Korrelationen zeigten sich hier zwischen der modellierten Cd-Gesamtdeposition und der Konzentration in OH-Horizonten sowie zwischen der Pb-Gesamtdeposition und den Konzentrationen in OL- und OH-Horizonten. Durch die Integration der Messnetze der Biomonitoringprogramme ICP Forests Level II, UPB und Moos-Monitoring könnte zukünftig die räumliche Aussagekraft der Daten erhöht werden.In Germany, atmospheric deposition of heavy metals derived by modelling and measurements using biological and technical samplers are used to spatially differentiate respective European data. However, a comparative analysis is still missing. Therefore, this article compares results from deposition modelling derived by LOTOS-EUROS and EMEP with data on heavy metals concentrations in leaves, needles and organic surface soil collected by intensive forest monitoring (ICP Forests Level II) and the Environmental Specimen Bank (ESB). The concentrations in leaves and needles collected during the years 2007–2011 for the specimen bank revealed clear correlations with the modelled values. They were specific for the matrices sampled and, in case of Cd concentrations in one year old spruce needles, for ecosystem types. Thereby, the correlations with LOTOS-EUROS were stronger than those with EMEP. Yet, these differences could not be proved to be significant. Most data retrieved from ICP Forests Level II monitoring showed stronger correlations with EMEP. They are lower than those calculated from specimen bank data. The advantage of IPC Forests Level II data is that it yields concentrations for different age groups of needles. Rather high correlations were found especially between LOTOS-EUROS results and Pb concentrations in two year old needles collected from pine and spruce. Additionally to leaves and needles, Forests Level II data were used to analyze heavy metal concentrations in organic soil layers. Significant correlations were computed for Cd between the modelled total deposition and respective concentrations in OH soil layers and for Pb between modelled total deposition and OL and OH soil layers. Keywords: deposition, bioaccumulation, heavy metals, EMEP, LOTOS-EUROS, ICP Forests, Germany, Euro