VDI 3957 Blatt 11-2007 Biological measuring techniques for the determination and evaluation of effects of air pollution on plants (bioindication) - Sampling of leaves and needles f pol.pdf

1、ICS 13.040.20 VDI-RICHTLINIEN Oktober 2007October 2007VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Biologische Messverfahren zur Ermittlung und Beurteilung der Wirkung von Luftverunreinigungen auf Pflanzen (Bioindikation) Probenahme von Blttern und Nadeln zum Biomonitoring von immissionsbedingten Stoffanreicherungen

2、 (passives Biomonitoring) Biological measuring techniques for the determination and evaluation of effects of air pollution on plants (bioindication) Sampling of leaves and needles for the biomonitoring of the accumulation of air pollutants (passive biomonitoring) VDI 3957 Blatt 11 / Part 11 Ausg. de

3、utsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Ar

4、beitsgruppe Wirkungen von Luftverunreinigungen auf Hhere Pflanzen (Bioindikation) VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1a: Maximale Immissions-Werte Frhere Ausgaben: 07.06 Entwurf, deutsch; VDI 3792 Blatt 5:1991-06 zurckgez. Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / R

5、eproduction even for internal use not permittedZu beziehen durch / Available atBeuthVerlagGmbH, 10772 BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2007 Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung. 2 1 Anwendungsbereich 3 2 Begriffe 3 3 Grundlag

6、en des Verfahrens. 5 4 Durchfhrung des Verfahrens. 6 4.1 Auswahl der Messpunkte . 6 4.2 Auswahl der Baumart(en). 7 4.3 Auswahl der (individuellen) Probenbume 7 4.4 Probenahmezeit 9 4.5 Probenahme 10 4.6 Probenbehandlung/-transport 12 4.7 Lagerung. 12 4.8 Probenaufbereitung. 12 5 Kenngren des Verfahr

7、ens 13 5.1 Normalgehalt 14 Former editions: 07/06 Draft,inGermanonly; VDI 3792 Part 5:1991-06 withdrawn 5.2 Obergrenze des Normalbereichs. 14 5.3 Streuung des Verfahrens. 14 6 Auswertung. 14 7 Qualittssicherung . 15 8 Dokumentation . 16 Anhang Beispiele fr Formbtter zur Erfassung von Standortdaten 1

8、8 Schrifttum 24 Preliminary note .2 Introduction 2 1 Scope .2 2 Terms and definitions.3 3 Basic principles of the procedure .5 4 Performance of the procedure.6 4.1 Selection of the monitoring sites.6 4.2 Selection of the tree species7 4.3 Selection of the (individual) sample trees 7 4.4 Sampling per

9、iod9 4.5 Sampling.11 4.6 Sample treatment and sample transport 12 4.7 Storage12 4.8 Sample treatment 12 5 Parameters of the procedure .13 5.1 Normal content .14 5.2 Upper limit of the normal range14 5.3 Variation of the procedure 14 6 Evaluation14 7 Quality management15 8 Documentation16 Annex Examp

10、les for data sheets for site information 21 Bibliography.24 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 2 VDI 3957 Blatt 11 / Part 11 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden untersorgfl

11、tiger Bercksichtigung der Vorgaben undEmpfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Allen, die ehrenamtlich an der Erstellung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei auf diesem Wegegedankt. Alle Rechte vorbehalten, auch das des Nachdrucks,der Wiedergabe (Fotokopie, Mikrokopie), derSpeicherung in Datenverarb

12、eitungsanlagen und derbersetzung, auszugsweise oder vollstndig. DieNutzung dieser VDI-Richtlinie als konkrete Ar-beitsunterlage ist unter Wahrung des Urheberrech-tes und unter Beachtung der VDI-Merkbltter 1 bis 7 mglich. Ausknfte dazu, sowie zur Nutzungim Wege der Datenverarbeitung, erteilt die Abte

13、i-lung VDI-Richtlinien im VDI. Preliminary note The content of this guideline has been developed under thorough consideration of the requirements and recommendations of guideline VDI 1000. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. All rights reserved including

14、those of reprinting, reproduction (photocopying, microcopying), stor-age in data processing systems, and translation, either of the full text or of extracts. This VDI guideline can be used as a concrete project docu-ment without infringement of copyright and with regard to VDI notices 1 to 7. Inform

15、ation on this, as well as on the use in data processing, may be obtained by the VDI Guidelines Department at the VDI. Einleitung Pflanzen sind unmittelbar von Luftverunreinigun-gen betroffen. Sie werden in Deutschland bereitsseit vielen Jahren zur Abgrenzung und berwa-chung belasteter Gebiete, in UV

16、P-Verfahren und inlangfristigen Umweltbeobachtungsprogrammen erfolgreich eingesetzt (1 bis 5 und die Richtli-nienreihe VDI 3957, insbesondere Blatt 1). Auch international haben sich solche Verfahren seit eini-gen Jahren etabliert und im Rahmen der Europi-schen Strategie fr Umwelt und Gesundheit“ nac

17、hKOM(2003)338 sowie der 4. Tochterrichtlinie derLuftqualittsrahmenrichtlinie ber Arsen, Cadmi-um, Quecksilber, Nickel und polyzyklische aroma-tische Kohlenwasserstoffe in der Luft“ nachKOM(2003)423 ist der routinemige Einsatz von Bioindikatoren vorgesehen. Es gibt zwei verschiedene Strategien fr das

18、 Bio-monitoring von Luftverunreinigungen: das aktiveund das passive. Beim aktiven Biomonitoring werden eigens ange-zogene oder ausgewhlte Pflanzen im Untersu-chungsgebiet exponiert und nach Ende einer fest-gelegten Expositionszeit auf Immissionswirkungenuntersucht. Beim passiven Biomonitoring werden

19、Pflanzen, die im Untersuchungsgebiet wachsen, zueinem bestimmten Zeitpunkt untersucht. Der Zeit-aufwand im Gelnde beschrnkt sich damit im Wesentlichen auf die Bonitur und Probenahme. Bei Verfahren des aktiven Biomonitorings wiedem standardisierten Graskulturverfahren (6; VDI 3957 Blatt 2) knnen die

20、Randbedingungen(Bodenverhltnisse, Wasserversorgung, Pflanzen-alter) im Detail vorgegeben werden. Beim passivenBiomonitoring knnen die Randbedingungen, sowie sie im Gelnde vorgefunden werden, entwederIntroduction Plants are directly affected by air pollutants. In Germany, they are successfully used f

21、or many years to delimit and monitor polluted areas, in the course of environmental impact assessment proce-dures, and in long-term ecological monitoring pro-grams (1 to 5 and the guideline series VDI 3957, in particular Part 1). On an international level such procedures have been established in rec

22、ent years, and in the context of the “European Environment and Health Strategy” following KOM(2003)338, as well as the “4thdaughter directive of the air quality framework guideline on arsenic, cadmium, mer-cury, nickel and polycyclic aromatic hydrocarbons in air” following KOM(2003)423, the routine

23、use of bioindicators is intended. There are two different strategies for the biomoni-toring of air pollutants: active and passive bio-monitoring. In case of active biomonitoring specially cultured or selected plants are exposed in the study area and tested for pollution effects at the end of a fixed

24、 exposure time. In case of passive biomonitoring plants which grow in the study area are examined at a specific date. The expenditure of time in the field is thereby basically reduced to the time needed for the rating and sampling. Procedures of active biomonitoring like the stan-dardised grass cult

25、ure (6; VDI 3957 Part 2) pro-vide extensive control over environmental growth conditions (e. g. soil conditions, water supply, developmental stage). In case of passive biomoni-toring the ambient conditions, as found in the field, can either be accepted and considered with the B55EB1B3E14C22109E918E8

26、EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2007 VDI 3957 Blatt 11 / Part 11 3 akzeptiert und bei der Interpretation bercksichtigt oder als fr die Untersuchung ungeeignet abge-lehnt werden. Aktuelle Beispiele des passiven Biomonitorings von

27、 Luftschadstoffen mittels Pflanzen sind diekontinuierlich von der UN-ECE fortgeschriebenen Internationalen Kooperativen Programme ICP Forests Level I und II 7 bis 9 innerhalb des so-genannten Forest Focus (EU/2152/2003) und ICPVegetation 10. Whrend ersteres vorwiegend aufAnalysen von Makronhrstoffen

28、 in Koniferenna-deln setzt, werden in letzterem Klone des Wei-klees (Trifolium repens L.) und Moose aufSchwermetalle analysiert, um die Hhe und Vertei-lung der Hintergrundbelastung durch Eintrge dieser Elemente und Substanzen zu ermitteln. Bei-spiele aktueller europischer und nationaler Pro-gramme s

29、ind das Europische Moosmonitoring11bis 13 sowie die Erhebungen im Rahmen derUmweltprobenbank des Bundes 14 und der im 12 Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG) veran-kerten Umweltbeobachtung von Bund und Lndern15. Die fortlaufend in diesen Programmen auch imInternet berichteten Analysendaten knnen sinn-

30、voller Weise zur Interpretation der auf dieserRichtlinie basierenden Ergebnisse herangezogenwerden (vgl. Abschnitt 8, Bild 1). Bei Vergleichen verschiedener Untersuchungen muss allerdings geprft werden, ob eine vergleichbare Probenahmestattgefunden hat. So ist beispielsweise beim hu-fig angewandten

31、passiven Biomonitoring mittels Koniferennadeln darauf zu achten, dass in einigenUntersuchungen statt der Nadeln ganze Triebeanalysiert werden und es bei bestimmten Stoffenim Vergleich zur Nadelprobe zu abweichenden Ergebnissen kommen kann 16. Ebenso ist zubercksichtigen, ob Proben von einzeln stehen

32、den Bumen oder von Bumen in geschlossenen Be-stnden, in geringer Hhe oder im Kronenbereich genommen werden. interpretation or refused as being unsuitable for the investigation. Current examples of the passive biomonitoring of air pollutants using plants are the International Cooperative Programs ICP

33、 Forests Level I and II7 to 9 within the so called Forest Focus (EU/2152/2003), and ICP Vegetation continuously updated by the UN-ECE 10. While the former predominantly rests upon analyses of macro nutri-ents in conifer needles, in the latter clones of white clover (Trifolium repens L.) and mosses a

34、re ana-lyzed for heavy metals, in order to determine the amount and distribution of the background pollu-tion by input of these elements and substances.Examples of current European and national pro-grams are the European Moss Monitoring Pro-gramme 11 to 13, as well as the assessment in the framework

35、 of the German Environmental Speci-men Bank 14 and the ecological monitoring byFederal organisations and the Laender 15, as setin 12 of the Federal Nature Protection Law. Current analytical results from these programmes, being continuously updated and accessible also through internet, can be used fo

36、r the interpretation of results based on the present guideline (see Sec-tion 8, Figure 1). When comparing different stud-ies, careful examination is needed to ensure com-parability of sampling procedures. For example in the frequently used passive biomonitoring by means of conifer needles, attention

37、 must be paid to the fact that in some investigations instead of the needles alone, the whole shoots are analysed, which can lead in case of particular substances to divergent results compared to the needle sample16. Likewise it is to be considered whether sam-ples are taken from solitary trees or f

38、rom trees in closed stands, in low height or in the crown area. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie ersetzt die Richtlinie VDI 3792 Blatt 5:1991-06. Sie gibt eine Anleitung zum pas-siven Biomonitoring der Immissionsbelastung vonPflanzen in Regionen (flchenbezogen“) und imUmfeld von Emittenten (emit

39、tentenbezogen“), wobei sowohl die Erfassung chronischer Wirkun-gen als auch die Erfassung von Betriebsstrungen das Ziel sein kann 17. Eine Immissionswirkung im Sinne der Richtlinie VDI 2310 Blatt 1 liegt vor,wenn der in einer Probe ermittelte Stoffgehalt dennatrlichen Gehalt signifikant berschreitet

40、. 1 Scope This guideline replaces the guideline VDI 3792Part 5:1991-06. It serves as an instruction to the passive biomonitoring of pollution impacts on plants in regions (“area related”) and in the sur-roundings of emission sources (“source-related”), whereby both the recording of chronic effects a

41、nd the recording of malfunctions of operations can be the purpose. Air pollution effects according toguideline VDI 2310 Part 1 is given, if the sub-stance concentration determined in a specimen significantly exceeds the natural concentration. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - St

42、and 2012-08 4 VDI 3957 Blatt 11 / Part 11 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 Fr die Nachweisbarkeit eines Immissionseinflus-ses ist sowohl der Normalwert, das heit die Hhe der natrlichen“ Konzentration entscheidend, alsauch dessen Streuung. Beispiele fr Normalwe

43、rte der Nhrelementkonzentrationen von Fichtenna-deln (Picea abies L.) sind in VDI 3957 Blatt 5 und in 18; 19 angegeben, whrend in 20; 21 auch Angaben zu einigen Schwermetallen sowie per-sistenten organischen Verbindungen (POPs) inNadel- und Laubbumen aufgefhrt sind. Refe-renzwerte fr Buchen- und Pap

44、pelbltter sowieFichten- und Kieferntriebe werden laufend durchdie Umweltprobenbank des Bundes verffentlicht14. Weitere Grundlagen zur vertikalen und hori-zontalen Nhr- und Schadstoffverteilung in Nadel-und Laubbumen sowie zur Methodenentwicklungfinden sich in 3; 22 bis 25. Eine detaillierte Be-schre

45、ibung der in einzelnen Verfahrensschritten und unter methodischen Abwandlungen auftreten-den statistischen Streuung ist in 26 enthalten. Im Folgenden werden Kriterien zur Auswahl derMesspunkte und Baumarten genannt, die Metho-den der Probenahme und Probenaufbereitung so-wie des Nachweises von Immiss

46、ionseinfluss be-schrieben. Bezglich der phytotoxischen Wirkun-gen von Luftschadstoffen auf Pflanzen wird auf dieVerffentlichungen von 27 bis 30 hingewiesen. For the determination of a pollution impact both the normal value, that is the value of the “natural”concentration, and its statistical variati

47、on are es-sential. Examples for normal values of nutrient element concentrations of spruce needles (Picea abies L.) are specified in VDI 3957 Part 5 and in 18; 19 whereas in 20; 21 also data concerning some heavy metals and persistent organic/pollut-ants (POPs) in coniferous and deciduous trees are

48、given. Reference values for beech and poplar leaves as well as for spruce and pine shoots are currently published by the German Environmental Specimen Bank 14. Further basic informationconcerning the vertical and horizontal nutrient and pollutant distribution in coniferous and deciduous trees as wel

49、l as references to methods development are given in 3; 22 to 25. A detailed description of the statistical variation occurring in each of the individual process steps and under methodical modifications is presented in 26. In the following criteria for the selection of the monitoring sites and the tree species are specified, and methods of sampling and sample preparation as well as methods on the verification of pol