VDI 3957 Blatt 1-2014 Biological measuring techniques for the determination and evaluation of effects of air pollutants on plants (biomonitoring) - Fundamentals and aims.pdf

1、ICS 13.040.01 VDI-RICHTLINIEN September 2014 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Biologische Messverfahren zur Ermittlung und Beurteilung der Wirkung von Luftverunreinigungen auf Pflanzen (Biomonitoring) Grundlagen und Zielsetzung Biological measuring techniques for the determination and evaluation of effec

2、ts of air pollutants on plants (biomonitoring) Fundamentals and aims VDI 3957 Blatt 1 / Part 1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie i

3、st verbindlich. The draft of this standard has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette). The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung d

4、er Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Fachbereich Umweltqualitt VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1a: Maximale Immissions-Werte VDI-Handbuch Biotechnologie VDI-Handbuch Technik Biomasse/Boden VervielfltigungauchfrinnerbetrieblicheZwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternaluse

5、 notpermittedFrhere Ausgaben:05.99;09.11 Entwurf,deutschFormereditions:05/99;09/11 Draft,in German onlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieure e.V.,Dsseldorf2014Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einl

6、eitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Begriffe 5 3 Grundlagen des Verfahrens . 6 4 Standardisierte Verfahren nach VDI 3957 . 7 5 Qualittssicherung und Dokumentation . 14 Schrifttum 16 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 3 2 Terms and definitions 5 3 Principles of the method 6 4 Standardised

7、 techniques according to VDI 3957 . 7 5 Quality assurance and documentation . 14 Bibliography 16 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EE8ED9NormCD - Stand 2014-10 2 VDI 3957 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Ri

8、chtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist

9、 unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Rich

10、tlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3957. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of re-printing, reproduction (photocopying,

11、 micro copy-ing), storage in data processing systems and trans-lation, either of the full text or of ex-tracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our g

12、ratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3957. Einleitung In der Luftreinhaltung erfassen biologische Mess-verfahren mit Pflanzen die Wirkungen von Stoffen auf lebende Organism

13、en als Reaktion in Form spezifischer Symptome von immissionsbedingten Schadwirkungen oder als Akkumulation in Form von Stoffgehalten im pflanzlichen Gewebe. Wirkungsfeststellungen sind auf allen Organisati-onsstufen von der Einzelpflanze oder Teilen davon bis zu ganzen Pflanzengemeinschaften mglich

14、1 bis 3. Auch andere Organismen wie Tiere, Pilze und Mikroorganismen sowie ihre Gemeinschaften kn-nen als biologische Indikatoren eingesetzt werden, sind jedoch nicht Gegenstand der Richtlinienreihe VDI 3957. Das Biomonitoring mit Tieren wird in der Richtlinienreihe VDI 4230 behandelt. Durch Biotest

15、s werden Wirkungen von Schadstoffen auf Organismen unter speziellen experimentellen Be-dingungen untersucht 4. Die Reaktion von Pflanzen auf Luftverunreinigun-gen und ebenso die Akkumulation von Stoffen hngen von einer Vielzahl endogener und exogener Faktoren ab, z. B. vom Entwicklungszustand der Or

16、ganismen, vom Untergrund, von der Jahreszeit und von klimatischen und meteorologischen Fakto-ren. Um die Anreicherung oder die Schadwirkung an unterschiedlichen Messpunkten vergleichen zu knnen, wird die Variabilitt der endogenen und exogenen Faktoren durch Standardisierung auf ein Minimum reduziert

17、 5. Die standardisierten biologischen Messverfahren der Richtlinienreihe VDI 3957 und die zugehri-Introduction In clean air control, biological measuring tech-niques with plants are used to register the effect of substances on living organisms as a response in the form of specific symptoms due to da

18、mage impacts caused by immissions or as accumulation in the form of substance contents in plant tissue. The detection of effects is possible at all organis-mal levels from individual plants or parts thereof up to plant communities 1 to 3. Other organisms like animals, fungi and microor-ganisms and t

19、heir communities can also be de-ployed as biological indicators, but are not treated in the series of standards VDI 3957. Biomonitoring with animals is treated in the series of standards VDI 4230. Bioassays examine effects of pollutants on organisms under special experimental condi-tions 4. Both, th

20、e response of plants to air pollutants and the accumulation of substances depend on numer-ous endogenous and exogenous factors, e.g. the developmental stage of the organism, the substrate, the season and on climatic and meteorological factors. In order to be able to compare the accumu-lation or the

21、damage impact among different measuring points, the variability of endogenous and exogenous factors are reduced to a minimum by standardisation 5. The standardised biological measuring techniques of the series of standards VDI 3957 and the associ-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EE8ED9NormCD

22、- Stand 2014-10All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 VDI 3957 Blatt 1 / Part 1 3 gen Beurteilungswerte (z. B. Richtlinie VDI 3857 Blatt 2) ermglichen es, die zeitliche und rumli-che Verteilung der Wirkungen von Luftschadstof-fen zu bestimmen und die Gefhrdung von Pflan

23、-zen und ber die Nahrungskette von Tieren und dem Menschen zu bewerten. Mit vorliegender Richtlinie VDI 3957 Blatt 1 wird in die Anwendungsbereiche, Begriffe und Grund-lagen der biologischen Messverfahren mit Pflanzen der Richtlinienreihe VDI 3957 sowie die Beurtei-lung von Ergebnissen (z. B. in der

24、 Richtlinie VDI 3857 Blatt 2) eingefhrt und eine bersicht ber die standardisierten Verfahren gegeben. ated assessment values (e.g. standard VDI 3857 Part 2) allow the temporal and spatial distribution of the effects of air pollutants to be determined and the endangerment of plants and via the food c

25、hain of animals and humans to be assessed. With standard VDI 3957 Part 1 it is aspired to in-troduce the scopes, terms and fundamentals of the biological measuring techniques with plants of the series of standards VDI 3957 and the assessment of results (e.g. in standard VDI 3857 Part 2) and to prese

26、nt an overview of the standardised tech-niques. 1 Anwendungsbereich Die Luftreinhaltungspolitik der Europischen Union und das Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) fordern, Menschen, Tiere und Pflan-zen vor schdlichen Umwelteinwirkungen zu schtzen “. Ob diese Ziele erreicht werden, kann nur mit Wi

27、rkungsuntersuchungen an Orga-nismen geprft werden. Die mittels biologischer Messverfahren gewonne-nen Wirkungsdaten unterscheiden sich grundstz-lich von physikalisch-chemischen Messdaten der Luftschadstoffkonzentration oder Depositionsraten und von Schtzwerten aus Modellierungen. Wir-kungsuntersuchu

28、ngen sind durch technische Mes-sungen und modellhafte Ableitungen nicht zu er-setzen. Nur durch zeit- und raumbezogene Unter-suchungen an Organismen (Biomonitoring) ist die geforderte Kontrolle mglich, denn biologische Systeme zeigen auch Wechselwirkungen an, das heit mgliche synergistische und anta

29、gonistische Effekte gleichzeitig auftretender Immissionskom-ponenten. Durch Biomonitoring knnen Reaktionen von Or-ganismen auf Stoffe und deren Akkumulation ana-lysiert sowie in ihrer rumlichen Verteilung und in ihrem zeitlichen Verlauf berwacht werden. Wei-terhin kann geklrt werden, ob die Wirkunge

30、n durch Immissionen hervorgerufen wurden; auch kann der Wirkungsbereich von Immissionen abge-grenzt und hinsichtlich einer Gefhrdung von Schutzgtern beurteilt werden 6. Biologische Messverfahren knnen prventiv, z. B. als Entscheidungshilfe fr den vorsorgenden Im-missionsschutz, untersttzend im Zusam

31、menhang mit Immissionsmessungen, fr die Beweissiche-rung, berwachung und zur Langzeitbeobachtung von Schadstoffen in der Umwelt eingesetzt werden 7 bis 17. 1 Scope The European Unions clean air policy and the Federal Immission Control Act (BImSchG) de-mand the protection of “humans, animals and plan

32、ts from harmful environmental impacts ”. Whether these aims are reached, can only be verified by assessments of effects on organisms. The effect data determined by biological measur-ing techniques differ on principle from physical-chemical measurement data of air pollutant con-centrations or deposit

33、ion rates and from values estimated by models. Effect assessments cannot be replaced by technical measurements or model-like derivations. Only assessments of organisms in time and space (biomonitoring) can represent the called-for verification because biological systems also indicate feedbacks, i.e.

34、, possible synergistic and antagonistic effects of co-occurring pollutant com-ponents. Biomonitoring allows the reaction of organisms to substances and their accumulation to be analysed and their spatial distribution and temporal change to be monitored. Furthermore, biomonitoring can resolve whether

35、 effects have been caused by im-missions; in addition, the region of impact of im-missions can be delineated and assessed according to whether protected goods are at risk 6. Biological measuring techniques can be used pre-ventively, e.g. in aid of decisions for precautionary immission protection, su

36、pportively in relation to immission measurements, for preserving evidence, control and for long-term monitoring of pollutants in the environment 7 to 17. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EE8ED9NormCD - Stand 2014-10 4 VDI 3957 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieu

37、re e.V., Dsseldorf 2014 Anwendungsgebiete sind: immissionskologische Dauerbeobach-tung/kologische Umweltbeobachtung Ermittlung und Bewertung lokaler, regionaler und landesweiter Immissionswirkungen immissionsschutzrechtliche Genehmigungsver-fahren Beweissicherungsverfahren im Immissions-schutz Unter

38、suchungsstrategie zum Gesundheitsschutz nach Schadensereignissen Ursachenklrung, z. B. im Rahmen der Um-welthaftung Luftreinhalteplne/-strategie Umweltvertrglichkeitsuntersuchung Emittentenberwachung Erfolgskontrolle von Emissionsminderungs-manahmen Sondierende Voruntersuchungen zum Auffin-den von B

39、elastungsschwerpunkten/Screenings Gewinnung von Rckstellproben fr Langzeit-monitoring Die Anwendung von biologischen Verfahren zur Ermittlung und Beurteilung der Wirkung von Luft-verunreinigungen untersttzt die Ziele verschiede-ner Gesetze und Regelungen. Die Europische Richtlinie 2008/50/EG zur Luf

40、tqualitt und saube-ren Luft fr Europa fordert eine geeignete ber-wachung der Luftqualitt. Die Industrieemissions-richtlinie 2010/75/EU zu Auswirkungen von in-dustriellen Ttigkeiten auf die Umwelt, im Folgen-den auch Industrial Emissions Directive (IED) genannt, regelt die Genehmigung besonders um-we

41、ltrelevanter Industrieanlagen auf der Grundlage eines medienbergreifenden Konzepts. Daraus ist die Anforderung abzuleiten, signifikante Wirkun-gen von Immissionen auf die Umwelt zu identifi-zieren. Im deutschen Recht finden diese Forderun-gen Entsprechung im BImSchG und dessen Ver-ordnungen. Sowohl

42、im BVT-Merkblatt ber beste verfgbare Techniken der Abfallverbrennung BREF 08.2006 als auch im Referenzdokument ber Allgemeine berwachungsgrundstze BREF 07.2003 beides Referenzdokumente zur IED-Richtlinie wird Biomonitoring als Verfahren konkret genannt. In der Europischen Richtlinie 2004/107/EG ber

43、Arsen, Kadmium, Quecksilber, Nickel und po-lyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe in der Luft wird im Zusammenhang mit der Beurteilung regionaler Muster der Auswirkungen auf kosys-teme ebenfalls auf Bioindikatoren verwiesen. Areas of application are long-term monitoring of immissions for ecolo-g

44、y/ecological monitoring of the environment determination and assessment of local, regional, and countrywide immission impacts permit procedures related to the immission con-trol act preservation of evidence related to the immis-sion control act surveying strategy for health protection after damage i

45、ncidents evidence of causation, e.g. related to environ-mental liability strategies for air quality maintenance plans environmental impact assessment monitoring of emission sources control of performance of implementations for immission reductions exploratory pre-examinations for locating hotspots o

46、f impacts/screenings obtaining counter samples for long-term moni-toring The deployment of biological techniques for de-termination and assessment of the effect of air pollutants supports the objectives of several laws and regulations. European Directive 2008/50/EC on ambient air quality and cleaner

47、 air for Europe demands a suitable control of air quality. The In-dustrial Emissions Directive (IED) 2010/75/EU on effects of industrial activities on the environment regulates the permits for environmentally significant industrial plants based on a cross-media concept. From the aforementioned one c

48、an derive the de-mand for identification of significant effects of immissions on the environment. In the German legal code the corresponding demand can be found in the BImSchG and its by-laws. Both in the Guidance Notes on Best-Available Techniques for Waste Incineration BREF 08.2006 and in the Refe

49、rence Document on the General Principles of Monitoring, being reference docu-ments of the IED Directive, mention biomonitoring explicitly as a technique. European Directive 2004/107/EC relating to arsenic, cadmium, mercu-ry, nickel and polycyclic aromatic hydrocarbons in ambient air also mentions bioindicators in relation with the assessment of regional patterns of effects on ecosystems. B55EB1B