VDI 4230 Blatt 2-2008 Biological procedures to determine effects of air pollutants (bioindication) - Biomonitoring with earthworms.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREBiologische Verfahren zur Erfassung der Wirkung von Luftverunreinigungen (Bioindikation)Passives Biomonitoring mit Regenwrmern als AkkumulationsindikatorenBiological procedures to determine effects ofair pollutants (bioindication)Biomonitoring with earthwormsVDI 4230Blatt 2

2、 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1a: Maximale Immissions-WerteVDI-RICHTLINIENICS 13.020.40, 13.040.20Januar 2008 January 2008Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3、 . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32 Grundlage des Verfahrens . . . . . . . . . . . 42.1 Artenauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2 Zielkompartimente . . . . . . . . . . . . . 62.3 Ansatz zur flchenreprsentativen Probenahme . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Durchfhrung

4、des Verfahrens . . . . . . . . . 93.1 Auswahl der Individuen und Stichprobengre . . . . . . . . . . . . . . 93.2 Probenahmezeitraum . . . . . . . . . . . . 93.3 Methoden der Probenahme . . . . . . . . . 93.4 Weiterbehandlung der Proben. . . . . . . . 113.5 Bezugsgren . . . . . . . . . . . . . . . .

5、124 Zubehr und Anforderungen. . . . . . . . . . 135 Qualittssicherung . . . . . . . . . . . . . . . 146 Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Anhang Beispiele fr Probendatenbltter . . . . . 16Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche

6、Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedFrhere Ausgabe:02.07Entwurf,deutschFormeredition:02/07 Draft, inGermanonlyZu beziehen durch / Available atBeuth VerlagGmbH, 10772 Berlin AlleRechtevorbehalten / Allrights reserved VereinDeutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf2008Con

7、tents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Basic principles of the method . . . . . . . . 42.1 Choice of species . . . . . . . . . . . . . . 42.2 Target compartments . .

8、. . . . . . . . . . 62.3 Approach to area-representative sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Execution of the procedure . . . . . . . . . . 93.1 Selection of individuals and sample size . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.2 Sampling period . . . . . . . . . . . . . . 93.3 Sampling metho

9、ds . . . . . . . . . . . . . 93.4 Sample treatment . . . . . . . . . . . . . . 113.5 Reference values . . . . . . . . . . . . . . 124 Equipment and requirements . . . . . . . . . 135 Quality assurance . . . . . . . . . . . . . . . 146 Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Annex Examples

10、of sample data sheets . . . . . . 17Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.The draft of this guideline has be

11、en subject to public scrutiny after 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-lation.Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLArbeit

12、sgruppe Wirkungen von Luftverunreinigungen auf wildlebende TiereB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 2 VDI 4230 Blatt 2 / Part 2VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-ach

13、tung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und

14、unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungUnter den Regenwrmern halten sich einige kolo-gisch besonders wichtige Arten (vor

15、 allem Lumbricus terrestris, Lumbricus rubellus und Aporrectodea longa) zur Nahrungsaufnahme an der Bodenoberfl-che auf und eignen sich daher als Indikatoren fr Luftschadstoffe wie polycyclische aromatische Koh-lenwasserstoffe, die auf der Vegetation abgelagert werden und bei deren Absterben auf den

16、 Boden ge-langen. Diese Regenwurmarten sind als boden-bewohnende Organismen auf sehr unterschiedliche Weise an den komplexen Prozessen der Bodenent-wicklung beteiligt und nehmen als Saprophage eine zentrale Stellung bei der Umsetzung von organischer Materie und der daran gebundenen Energie (Destruk-

17、tion) ein 1; 2; 3. Sie erfllen zahlreiche Funktionen in ihren Lebensrumen 4; 5; 6, z. B.:Zerkleinerung der toten organischen Substanz und dadurch Beschleunigung der Abbaurate und des Umsatzes von Stoffen in kosystemen 7Einarbeitung der toten organischen Substanz in den Mineralboden und dadurch Erhhu

18、ng der Bo-denfruchtbarkeit 8Auflockerung des Boden- und Humusgefges durch die Anlage von Wohnrhren, was die Durchwurzelbarkeit des Bodens frdert 9Steigerung der Wasserinfiltrationsrate durch die Anlage eines Rhrensystems und dadurch Ver-minderung der Bodenerosion 10Erhhung der Stabilitt von Bden dur

19、ch die Bil-dung von organo-mineralischen Verbindungen (Ton-Humus-Komplexe) im Darmtrakt der Re-genwrmerNahrungsressource fr Angehrige anderer tro-phischer Ebenen 11Preliminary noteThe content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the

20、guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the l

21、icensing conditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionA number of earthworm species of particular ecolog-ical importance (above all Lumbricus terrestris, Lum-bricus rubellus, and Aporrec

22、todea longa) forage on the surface of the soil and thus prove suitable as indi-cators for air pollutants such as polycyclic aromatic hydrocarbons, which are deposited on vegetation and ultimately fall to the ground when the plants die. As soil-dwelling organisms, these earthworm species participate

23、in a very wide variety of ways in the com-plex processes of soil development and as saprophages they play a central role in the conversion of organic materials and the energy stored therein (destruction) 1; 2; 3. They fulfil numerous functions in their habitats 4; 5; 6, e. g.: Size reduction of dead

24、 organic material and con-comitant acceleration of the rate of degradation and the turnover of materials in ecosystems 7Incorporation of dead organic material into min-eral soil, thereby enhancing its fertility 8 Loosening of soil and humus structure through extensive burrowing, promoting penetratio

25、n of the soil by roots 9Enhancement of the rate of water infiltration through burrowing, thus reducing soil erosion 10 Improvement of soil stability through formation of organo-mineral compounds (clay-humus com-plexes) in the intestinal tract of the earthworms Food resource for organisms belonging t

26、o other trophic levels 11B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 VDI 4230 Blatt 2 / Part 2 3 Die intensive Beteiligung an den Nhrstoffkreislu-fen exponiert die Regenwrmer in extremer Weise fr alle im kos

27、ystem befindlichen Stoffe und hat zur Folge, dass beim Vorhandensein toxischer Substan-zen ein groes Gefhrdungspotenzial fr die darauf aufbauenden Nahrungsketten existiert. Dies hat sehr hufig dazu gefhrt, einige Vertreter dieser Gruppe als Akkumulationsindikatoren im Freiland und Labor zu untersuch

28、en und in berwachungsprogrammen einzusetzen 12 bis 36. In diesem Zusammenhang sind die OECD-Richtlinie fr die Chemikalientes-tung (OECD No 305, 37), der Standard der ameri-kanischen Gesellschaft fr Materialprfung (ASTM E 1676-04), das EU Technical Guidance Document“ (TGD Edition 2) und die entsprech

29、ende Richtlinie der Umweltprobenbank des Bundes 38 besonders zu erwhnen, weil auf diesen Erfahrungen aufgebaut werden kann 39 bis 42.Die Standardisierung und Implementierung einer all-gemein akzeptierten Vorgehensweise zur Bestim-mung der Bioakkumulation in kontaminierten Bden kann einen bedeutenden

30、 Beitrag zur Bewertung von Stoffeintrgen (Kontaminanten) in terrestrischen kosystemen (EPPO PP3/7(2); 43) leisten. Die Hhe der Anreicherungen erlaubt es, Belastungs-schwerpunkte und/oder Zonen unterschiedlicher Be-lastung auszuweisen und die Gefhrdung von Schutz-gtern abzuschtzen. Eine vergleichende

31、 Bewertung kann mit Ergebnissen anderer Untersuchungen vor-genommen werden. Die Ergebnisse sind ein relatives Ma fr eine Immissionsbelastung und knnen Hin-weise auf Anreicherungen von Chemikalien in Nah-rungsnetzen geben. Fr die Bewertung der Ergebnisse stehen verschie-dene Strategien zur Verfgung:V

32、ergleich mit Ergebnissen anderer Untersuchun-genrelativer Vergleich von Messpunkten untereinan-derVergleich mit Richt-/Grenzwerten zur Abscht-zung, ob eine Gefhrdung vorliegt1 AnwendungsbereichGrundstzlich knnen zwei verschiedene Anwen-dungsbereiche fr diese Richtlinie unterschieden werden:Anwendung

33、sbereich 1:Feststellung einer Schadstoffkonzentration im Ge-webe des Regenwurms (plus eventuell separat im Darminhalt) als Erhebung von langfristigen Schadstoffkonzentrationen in terrestrischen ko-systemen (siehe z. B. Umweltprobenbank 38). Their intensive participation in the nutrient cycles means

34、that earthworms are highly exposed to all sub-stances present in the ecosystem, with the conse-quence that a considerable hazard potential exists for food chains based on earthworms if toxic substances are present. This has very frequently led to investiga-tion of some of the representatives of thes

35、e species as accumulation indicators in the field and in the labora-tory and to their use in monitoring programmes 12 to 36. In this context, particular mention should be made of the OECD Guideline for the Testing of Chemicals (OECD No 305, 37), the Standard of the American Society for Testing and M

36、aterials (ASTM E 1676-04), the EU “Technical Guidance Document” (TGD Edition 2), and the corresponding Guideline of the German Environmental Specimen Bank 38, be-cause these publications provide a foundation for fu-ture work 39 to 42.Standardisation and implementation of a generally accepted procedu

37、re for the determination of bioaccu-mulation in contaminated soils can make a significant contribution to the evaluation of contaminants in ter-restrial ecosystems (EPPO PP3/7(2); 43). The de-gree of accumulation permits identification of areas of high pollution and/or zones of differing pollution l

38、evels and estimation of the threat to protection goods. A comparative assessment can be undertaken with the results of other studies. The results provide a relative measure for immission levels and can provide information about the accumulation of chemicals in food webs. A variety of strategies can

39、be adopted in evaluating the results:comparison with the results of other studies relative comparison of measurements with one an-othercomparison with reference/limit values to esti-mate whether a hazard exists1ScopeIn principle two different areas of application can be distinguished for this guidel

40、ine: Application area 1:Determination of a pollutant concentration in earthworm tissue (possibly also separately in the content of the gut) as a method of surveying long-term pollutant concentrations in terrestrial ecosys-tems (see, e. g., the German Environmental Speci-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43ED

41、B30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 4 VDI 4230 Blatt 2 / Part 2Durch den Fokus auf das Regenwurmgewebe ohne Darminhalt kann die quantitative und quali-tative Variabilitt, die hauptschlich durch den Darminhalt zustande kommt,

42、 verringert und die Vergleichbarkeit der Daten ber groe Zeitrume gewhrleistet werden.Anwendungsbereich 2:Feststellung der Schadstoffkonzentration in Re-genwrmern (Gewebe plus Darminhalt), um die mglichen Wirkungen von Schadstoffen auf die terrestrischen Nahrungsnetze/Nahrungsketten zu bestimmen (sec

43、ondary poisoning approach“). Hier ist das Ziel, das Risiko fr die (End-)Konsu-menten wie Vgel und Sugetiere abzuschtzen, das durch eine Aufkonzentrierung von Schadstof-fen durch die Nahrungsaufnahme zustande kommt.In beiden Anwendungsbereichen werden Regen-wrmer als Akkumulationsindikatoren einge-se

44、tzt. Sie reprsentieren damit allgemein Boden-invertebraten, mit denen Aussagen ber die Quali-tt des Umweltkompartiments Boden getroffen werden knnen. Im Allgemeinen sind die metho-dischen Unterschiede zwischen den beiden Anst-zen klein, allerdings an einigen Stellen, z. B. der Prparation der Wrmer m

45、it oder ohne Darm-inhalt, sind die Unterschiede so gro, dass sie par-allel dargestellt werden.Es gibt mehr Anwendungen als die exemplarisch dargestellten. Daher sollten vor dem Gebrauch dieser Richtlinie das Ziel und die Vorgehensweise fr die geplante Untersuchung klar festgelegt wer-den (z. B. Lang

46、zeituntersuchungen, emittentenbe-zogene Untersuchungen). Um diesen Schritt zu vereinfachen, werden in dieser Richtlinie prakti-sche Hinweise als Entscheidungshilfen gegeben oder zumindest Literaturangaben genannt.2 Grundlage des Verfahrens2.1 ArtenauswahlFr alle Anwendungsbereiche mssen Arten ausge-

47、whlt werden, die folgende Kriterien erfllen:groe kologische BedeutungVerfgbarkeit und hohe Biomasseweite VerbreitungBestimmbarkeit im GelndeBei den Regenwrmern knnen drei kologische Gruppen unterschieden werden 44 (Bild 1). Die Gruppe der epigischen (u. a. Lumbricus rubellus) besiedelt die organisch

48、e Auflage und durchwhlt den Mineralboden nur an der Grenze zum Auflagehumus. Sie ernhrt sich berwiegend saprophag (humusfres-men Bank 38). Focusing on earthworm tissue without the content of the gut can reduce quantita-tive and qualitative variability, which arises pri-marily from the gut content, a

49、nd assure compara-bility of the data over long time periods. Application area 2:Determination of the pollutant concentration in earthworms (tissue plus content of the gut) in or-der to establish the possible effects of pollutants on the terrestrial food webs/food chains (“second-ary poisoning approach”). The objective in this case is to estimate the risk to the (end-)consumers such as