VDI 3957 Blatt 14-2005 Biological measuring techniques for the determination and evaluation of effects of air pollutants on plants (bioindication) - Phytotoxic effect of inorganic ised.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREBiologische Messverfahren zur Ermittlung und Beurteilung der Wirkung von Luftverunreinigungen auf Pflanzen (Bioindikation)Phytotoxische Wirkungen von Immissionen anorganischer FluorverbindungenVerfahren der Standardisierten Gladiolen-ExpositionBiological measuring technique

2、s for the determination and evaluation of effects of air pollutants on plants (bioindication)Phytotoxic effects of inorganic fluorides in ambient air Method of Standardised Gladiolus ExposureVDI 3957Blatt 14 / Part 14Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishKommission Reinhaltung der Luft im VDI un

3、d DIN Normenausschuss KRdLAusschuss Wirkungen von Luftverunreinigungen auf BdenVDI-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1aVDI-Handbuch Biotechnologie, Band 2VDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechtevorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher

4、Ingenieure, Dsseldorf 2005Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie i

5、st verbindlich.ICS 13.040.20 November 2005The draft of this guideline has been subject to public scrutinyafter announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-latio

6、n.Inhalt SeiteVorbemerkung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.1 Prinzip des Gladiolen-Expositions-verfahrens . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2 Hintergrund des Verfahrens . . . . . . . . 82

7、.3 Eignung von Gladiolen als Reaktions-indikator fr Fluorid-Immissionen . . . . 83 Durchfhrung . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.1 Materialien. . . . . . . . . . . . . . . . . 93.2 Anzucht . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.3 Exposition . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.4 Erfassung der S

8、chdigung . . . . . . . . . 164 Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194.1 Berechnung der Wirkungsmessgre . . . 194.2 Voraussetzungen fr die Berechnung der Wirkungsmessgre . . . . . . . . . . 215 Kenngren des Verfahrens . . . . . . . . . 235.1 Erfahrungswerte . . . . . . . . . . . . . . 235

9、.2 Verfahrens-Blindwerte . . . . . . . . . . 235.3 Variabilitt. . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Bewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Basics. . . . . . . . . . . .

10、 . . . . . . . . . . 72.1 Principle of the Gladiolus exposure method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2 Background of the method . . . . . . . . . 82.3 Suitability of Gladiolus as a sensitive bioindicator for fluoride air pollution . . . 83 Execution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

11、3.1 Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.2 Cultivation . . . . . . . . . . . . . . . . 113.3 Exposure . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.4 Injury assessment . . . . . . . . . . . . 164 Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194.1 Computation of the measured quantity of effect

12、. . . . . . . . . . . . . . . . . . 194.2 Prerequisites for the calculation . . . . . 215 Method parameters. . . . . . . . . . . . . . 235.1 Experience values . . . . . . . . . . . . 235.2 Control values (blanks) . . . . . . . . . 235.3 Variability of results . . . . . . . . . . . 236 Evaluation . .

13、 . . . . . . . . . . . . . . . . 24Frhere Ausgabe: 02.04 Entwurf,deutsch Former edition: 02/04 Draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2005 2 VDI 3957 Blatt 14 / Part 14Schrifttum. . . . . . .

14、 . . . . . . . . . . . . . . 27Anhang A Bezugsquellen . . . . . . . . . . . . 29Anhang B Formblatt Messstellenbeschreibung . 30Anhang C Boniturblatt (Vorschlag) . . . . . . 31Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Annex A Supplier information . . . . . . . . . . 29Annex B Sample proto

15、col for site description . . 30Annex C Field assessment form (suggestion) . . 32VorbemerkungIn der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI undDIN Normenausschuss KRdL erarbeiten Fach-leute aus Wissenschaft, Industrie und Verwaltung infreiwilliger Selbstverantwortung VDI-Richtlinienund DIN-Normen zum

16、Umweltschutz. Diese be-schreiben den Stand der Technik bzw. Stand der Wis-senschaft in der Bundesrepublik Deutschland unddienen als Entscheidungshilfen bei der Erarbeitungund Anwendung von Rechts- und Verwaltungsvor-schriften. Die Arbeitsergebnisse der KRdL flieenferner als gemeinsamer deutscher Sta

17、ndpunkt in dieeuropische technische Regelsetzung bei CEN(Europisches Komitee fr Normung) und in die in-ternationale technische Regelsetzung bei ISO (Inter-nationale Organisation fr Normung) ein.Folgende Themenschwerpunkte werden in vier Fach-bereichen behandelt:Fachbereich I Umweltschutztechnik“Prod

18、uktionsintegrierter Umweltschutz; Verfahrenund Einrichtungen zur Emissionsminderung undEnergieumwandlung; ganzheitliche Betrachtungvon Emissionsminderungsmanahmen unter Be-rcksichtigung von Luft, Wasser und Boden;Emissionswerte fr Stube und Gase; anlagenbe-zogene messtechnische Anleitungen; Umwelt-s

19、chutzkostenrechnungPreliminary noteIn the Commission on Air Pollution Prevention ofVDI and DIN Standards Committee (KRdL) expertsfrom science, industry and administration, acting ontheir own responsibility, establish VDI Guidelinesand DIN Standards in the field of environmental pro-tection. These de

20、scribe the state of the art in scienceand technology in the Federal Republic of Germanyand serve as a decision-making aid in the preparatorystages of legislation and application of legal regula-tions and ordinances. KRdLs working results arealso considered as the common German point of viewin the es

21、tablishment of technical rules on the Euro-pean level by CEN (European Committee for Stand-ardization) and on the international level by ISO(International Organization for Standardization).The following topics are dealt with in four subdivi-sions: Subdivision I “Environmental Protection Techniques”I

22、ntegrated pollution prevention and control forinstallations; procedures and installations foremission control and energy conversion; overallconsideration of measures for emission controlwith consideration given to the air, water and soil;emission limits for dusts and gases; plant-relatedmeasurement

23、instructions; environmental indus-trial cost accounting B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2005 VDI 3957 Blatt 14 / Part 14 3 Fachbereich II Umweltmeteorologie“Ausbreitung von Luftverunreinigungen in derA

24、tmosphre; strfallbedingte Freisetzungen; mikro-und mesoskalige Windfeldmodelle; Wechselwir-kung zwischen Atmosphre und Oberflchen;meteorologische Messungen; angewandte Klima-tologie; Lufthygienekarten; human-biometeoro-logische Bewertung von Klima und Lufthygiene;bertragung meteorologischer DatenFac

25、hbereich III Umweltqualitt“Wirkung von Luftverunreinigungen auf Mensch,Tier, Pflanze, Boden, Werkstoffe und Atmosphre;wirkungsbezogene Mess- und Erhebungsverfahren:z.B. Bioindikation mit Hheren und NiederenPflanzen, Erhebungsverfahren zur Biodiversitt;Werkstoffexposition; Erfassung mikrobieller Luft

26、-verunreinigungen; Olfaktometrie; Umweltsimulation Fachbereich IV Umweltmesstechnik“ Emissions- und Immissionsmesstechnik fr anor-ganische und organische Gase sowie fr Partikel;optische Fernmessverfahren; Messen von Innen-raumluftverunreinigungen; Messen von Boden-luftverunreinigungen; Verfahren zur

27、 Herstellungvon Referenzmaterialien; Prfplne fr Mess-gerte; Validierungsverfahren; Messplanung; Aus-werteverfahren; Qualittssicherung Die Richtlinien und Normen werden zunchst alsEntwurf verffentlicht. Durch Ankndigung imBundesanzeiger und in der Fachpresse erhalten alleinteressierten Kreise die Mgl

28、ichkeit, sich an einemffentlichen Einspruchsverfahren zu beteiligen.Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, dass un-terschiedliche Meinungen vor Verffentlichung derendgltigen Fassung bercksichtigt werden knnen.Die Richtlinien und Normen sind in den sechs Bn-den des VDI/DIN-Handbuches Reinhaltung

29、 der Luftzusammengefasst. 1 EinleitungAnorganische Fluorverbindungen gehren zu denklassischen, aus spezifischen meist industriellen Quellen emittierten Luftverunreinigungen 7.Emissionsquellen fr gas- und staubfrmige anorga-nische Fluoride sind neben der Kohleverbrennungvor allem industrielle Prozess

30、e (Herstellung und Ver-wendung von Flusssure (HF), Erzeugung von Alumi-nium, Glas, Phosphatdnger, Grob- und Feinkeramikeinschlielich Ziegeln und Tonwaren, Mikrochips);VDI 2310 Blatt 3, 30; 55; 60. Auch wenn durchSubdivision II “Environmental Meteorology”Dispersion of pollutants in the atmosphere; em

31、is-sions from accidental releases; micro- and meso-scale wind field models; interaction between theatmosphere and surfaces; meteorological measure-ments; applied climatology; air pollution maps;human-biometeorological evaluation of climateand air hygiene; transfer of meteorological data Subdivision

32、III “Environmental Quality”Effects of air pollutants on man, farm animals,vegetation, soil, materials, and the atmosphere;methods for the measurement and evaluation of ef-fects: e.g. biomonitoring with higher and lowerplants; evaluation techniques for biodiversity; ex-posure of materials; determinat

33、ion of microbial airpollutants and their effects; olfactometry; environ-mental simulation Subdivision IV “Environmental Measurement Techniques”Techniques for emission and ambient air measure-ments of inorganic and organic gases as well asparticulate matter; optical open-path measurementmethods; meas

34、urement of indoor air pollutants,measurement of soil air pollutants; procedures forestablishing reference material; test procedures formeasurement devices; validation procedures;measurement planning; evaluation methods; qual-ity assuranceThe guidelines and standards are first published asdrafts. The

35、se are announced in the Bundesanzeiger(Federal Gazette) and in professional publications inorder to give all interested parties the opportunity toparticipate in an official objection procedure. Thisprocedure ensures that differing opinions can be con-sidered before the final version is published. Th

36、e guidelines and standards are published in the six-volume VDI/DIN Reinhaltung der Luft (Air Pollu-tion Prevention) manual.1 IntroductionInorganic fluoride compounds are considered asclassic air pollutants, emitted from specific mostlyindustrial sources 7.Typical emission sources for gaseous and par

37、ticulateinorganic fluorides are residential heating using coal,coal-fired (power) plants and in particular specific in-dustrial processes as: production and use of hy-drofluoric acid (HF), production of aluminium, glass,phosphate fertilisers, ceramics including bricks andpotteries, electronic microc

38、hips); VDI 2310 Part 3,B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2005 4 VDI 3957 Blatt 14 / Part 14wirksame Minderungsmanahmen die Emissionenanorganischer Fluorverbindungen aus diesen Quellenin den vergangenen 30 Ja

39、hren deutlich reduziert wur-den, treten auch in jngerer Zeit wiederholt Flle vonerhhten Fluoridemissionen 22 und deren schdli-che Wirkungen in Anlagennhe auf 10; 31; 58.Fluorid- bzw. Fluorwasserstoff-Immissionskonzent-rationen liegen in Reinluftgebieten und lndlichenRegionen meist deutlich unter 0,1

40、 g/m3, in stdti-schen Gebieten ohne spezifische industrielle Emitten-ten nur wenig hher, und erreichen in der Umgebungspezifischer Emittenten hufig Mittelwerte zwischen1 g/m3und 3 g/m3mit Spitzenwerten meist beiBetriebsstrungen bis zu 23 g/m3; VDI 2310Blatt 3, 14; 30; 60.An sehr empfindlichen Pflanz

41、enarten (z.B. Johannis-kraut, Krokus, Gladiole, Fichte, Aprikose) tretensichtbare Schdigungen durch anorganische Fluorid-Immissionen bereits bei sehr niedrigen Konzentrationenzwischen 0,5 g/m3und 1 g/m3innerhalb wenigerTage auf. Der Ausbildung sichtbarer Schdigungengeht stets eine Anreicherungsphase

42、 voraus, in der die,vorwiegend ber die Spaltffnungen der Bltter aufge-nommenen, gut wasserlslichen Fluoridverbindungenmit dem Transpirationsstrom zu den Blattrndernbzw. -spitzen transportiert werden. Die charakteristi-schen Fluoridschdigungen sind wei oder beige bis(hell)braun gefrbte Blattspitzen-

43、oder Blattrandnekro-sen, die sich stets scharf gegen das gesunde Blattgewebeabgrenzen 59. Die Aufnahme von Fluorid ber diePflanzenwurzel aus dem Boden, wo Fluorverbindungenin relativ hohen Konzentrationen (zum Teil 1000 g/g) jedoch bei meist sehr geringer Verfgbarkeit vor-liegen, ist in der Regel ge

44、ring 13; 19; 60.In weniger empfindlichen Pflanzenarten, darunter diemeisten Grser sowie Kleearten, knnen sich Fluo-ride aus gas- oder staubfrmigen Immissionsbelas-tungen gegenber den Normalgehalten (ca. 2 g/gbis 20 g/g Trockengewicht TG) bis zu einem Vielfa-chen anreichern, ohne dass sichtbare Schdi

45、gungs-symptome auftreten 23; 24. Bei Weidevieh kann dieAufnahme von fluoridhaltigem Futter mit 30 g/g TGzu Zahn- und Knochenschden (Fluorose), bei 250 g/g TG zu akuten Vergiftungen und zum Todder Tiere fhren (VDI 2310 Blatt 26). Das ausge-prgte Fluorid-Anreicherungsvermgen vor allem re-lativ unempfi

46、ndlicher Pflanzenarten wird mit demEinsatz von Akkumulationsindikatoren (Standardi-sierte Graskultur, VDI 3957 Blatt 2) genutzt, um Be-lastungs- und Risikoaussagen z.B. fr Weidetiere zutreffen. Fr Sugetiere ist die Fluorid-Aufnahme berdie Atemluft, im Vergleich zum Nahrungspfad ein-schlielich des Tr

47、inkwassers, meist unbedeutend 30;60.30; 55; 60. Although emissions of inorganic fluor-ides from these sources have been efficiently reducedduring the past 30 years, increased emission of fluor-ides along with their injurious effects have beenrepeatedly observed near specific sources even in re-cent

48、years 10; 31; 58.Typical concentrations of fluorides and hydrogen flu-oride are clearly under 0,1 g/m3in remote and ruralregions, and only slightly higher in urban areas with-out specific industrial emission sources. In the vicin-ity of specific emission sources mean concentrationsfrequently range f

49、rom 1 g/m3to 3 g/m3with peakconcentrations mostly during accidental malfunc-tions reaching up to 23 g/m3; VDI 2310 Part 3,14; 30; 60.In highly sensitive species of higher plants (e.g.,St. Johns Wort, Crocus, Gladiolus, Spruce, Apricot)visible leaf injury due to inorganic fluoride air pollu-tion occurs at concentrations as low as 0,5 g/m3to1g/m3within a few days. The fo