VDI 4230 Blatt 3-2009 Biological procedures to determine effects of air pollutants (bioindication) - Biomonitoring with bird eggs as accumulative and reactive indicators.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREBiologische Verfahren zur Erfassung der Wirkung von Luftverunreinigungen (Bioindikation)Passives Biomonitoring mit Vogeleiernals Akkumulations- und ReaktionsindikatorenBiological procedures to determine effectsof air pollutants (bioindication)Biomonitoring with bird eggsas

2、accumulative and reactive indicatorsVDI 4230Blatt 3 / Part 3Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1a: Maximale Immissions-WerteVDI-RICHTLINIENICS 13.040.20 November 2009Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nicht gestattet / Reproduction even

3、for internal use not permittedDer 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 been subject to public scrutiny after announcement in the Bunde

4、sanzeiger (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.Frhere Ausgabe:04.08Entwurf,deutschFormeredition:04/08 Draft, inGermanonlyZu beziehen durch / Available atBeuth VerlagGmbH, 10772 Berl

5、in AlleRechtevorbehalten / Allrights reserved VereinDeutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf2009Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLFachbereich UmweltqualittInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 31.1 Umweltmonitoring mit Akkumulationsindikatoren . . . . . . . . . 31.2 Umweltmonitoring mit Reaktionsindikatoren . . . . . . . . . . . . 41.3 Artenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Eignung und Auswahl verschiedener Arten . 53 Grundlage de

7、s Verfahrens . . . . . . . . . . . 84 Durchfhrung des Verfahrens . . . . . . . . . 104.1 Probennahmeplanung . . . . . . . . . . . . 114.2 Ausrstung . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.3 Probennahme . . . . . . . . . . . . . . . . 124.4 Trennung Ei-Inhalt und Eischale . . . . . . 134.5 Messverfahre

8、n fr Eischalen . . . . . . . . 144.6 Hinweise zur Probenvorbereitung. . . . . . 145 Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Qualittssicherung . . . . . . . . . . . . . . . 15Anhang A Vogelarten und ihre Eignung fr ein Monitoring . . . . . . . . . . . 16Anhang B Verfahrensbeschreibungen e

9、inzelner Arten. . . . . . . . . . . . . 24B1 Silbermwe . . . . . . . . . . . . . . . . . 24B2 Flussseeschwalbe, Austernfischer. . . . . . 29B3 Wanderfalke . . . . . . . . . . . . . . . . . 34B4 Stadttaube . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Anhang C Bestimmung des Bebrtungszustands . 43Anhang D Be

10、ispiel fr einen Erfassungsbogen . . 44Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Application area . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1 Environmental monitoring usin

11、g indicators of accumulation . . . . . . 31.2 Environmental monitoring using indicators of effect . . . . . . . . . . 41.3 Species protection . . . . . . . . . . . . . 52 Suitability and selection of different species. 53 Principle of the method . . . . . . . . . . . . 84 Application of the method .

12、 . . . . . . . . . . 104.1 Sampling protocol . . . . . . . . . . . . . 114.2 Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.3 Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.4 Separation of the egg contents and egg shell 134.5 Measurement methods for egg shells. . . . 144.6 Notes on sample prepara

13、tion . . . . . . . . 145 Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Quality assurance . . . . . . . . . . . . . . . 15Annex A Bird species and their suitability for monitoring purposes . . . . . . . . 17Annex B Description of methods for individual species . . . . . . . . . . . . 24B1 Herri

14、ng gull . . . . . . . . . . . . . . . . . 24B2 Common tern, oystercatcher . . . . . . . . 29B3 Peregrine falcon. . . . . . . . . . . . . . . 34B4 Common pigeon . . . . . . . . . . . . . . 36Annex C Determination of the incubation status . 43Annex D Example of a datasheet . . . . . . . . . 45Bibliogr

15、aphy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 2 VDI 4230 Blatt 3 / Part 3VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben

16、 und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere das 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 unter Beachtung d

17、er 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.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/4

18、230.EinleitungDie im passiven Biomonitoring mit Vogeleiern ge-wonnenen Umweltproben sind wichtige Belege fr den Zustand unserer Umwelt. Sie erlauben Rck-schlsse ber den Teil der chemischen Substanzen, die aufgrund ihrer Aufnahme, Akkumulation und Wirkung eine Gefahr fr lebende Systeme ein-schlielich

19、 des Menschen bedeuten knnen. Zuver-lssige Aussagen liefern solche Umweltproben aber nur dann, wenn die Qualitt der von ihnen stammen-den Informationen gewhrleistet und kontrolliert werden kann. Hierfr sind Standards, wie sie in der vorliegenden Richtlinie dargestellt sind, bei der Pro-bennahme als

20、Basis fr eine rumliche und zeitliche Vergleichbarkeit der gesammelten Proben unver-zichtbar.In diesem Zusammenhang kommt den Vgeln wegen einer Vielzahl von Grnden eine besondere Bedeu-tung zu. Sie besetzen in terrestrischen, limnischen und marinen kosystemen sehr unterschiedliche kologische Nischen

21、und sind in der Lage, chemische Substanzen aus diesen Lebensrumen (vor allem ber die Nahrung) aufzunehmen. Sie akkumulieren Im-missionen aus der Luft indirekt, und zwar je nach ihrer trophischen Stellung entweder verstrkt ber pflanzliche oder ber tierische Nahrung. Dadurch sind sie nicht nur wichtig

22、e Indikatoren fr die Vertei-lung und Weitergabe von Stoffen innerhalb der beste-henden Nahrungsnetze oder kosysteme, sondern auch fr ferntransportierte Substanzen. Hierzu geh-ren auch persistente Stoffe (PBT- oder vPvB-Stoffe), die u. a. auch endokrine, mutagene oder kanzerogene Wirkungen verursache

23、n knnen (CMR-Stoffe, 1). Weitere Grnde sind z. B., dass die Biologie und Preliminary noteThe content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (ph

24、otocopying, 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 copyright is permitted subject to the licensing condi-tions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlin-ien.de).We wish to expre

25、ss our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.A catalogue of all available parts of this guideline se-ries can be accessed on the internet at www.vdi.de/4230.IntroductionEnvironmental samples collected through biomoni-toring with bird eggs are important for the state of the enviro

26、nment. These samples permit conclusions to be made on the proportion of chemical substances that may be hazardous to living systems, including hu-mans, due to their uptake, accumulation and effects. However, such environmental samples only yield re-liable statements when the quality of the informati

27、on derived from them can be guaranteed and controlled. To this end, standards, such as are outlined in the cur-rent guideline, must be adhered to during sampling and are essential as a basis for spatial and temporal comparisons between samples that have been col-lected. In this context, birds are pa

28、rticularly important for a variety of reasons. They occupy very different eco-logical niches in terrestrial, limnic and marine eco-systems and have the ability to take up chemical sub-stances from these habitats (mainly through their food). They indirectly accumulate immissions from the air, either

29、mainly through plant-based or animal foods, depending on their trophic level. This not only makes them important indicators for the distribution and transport of compounds within existing food chains or ecosystems, but also for long-distance transported substances. This also includes persistent comp

30、ounds (PBT or vPvB compounds), that may, among others, cause endocrine, mutagenic or carci-nogenic effects (CMR compounds, 1). Other rea-sons include, for example, the fact that the biology and ecology of many bird species is very well under-stood, species determination is often simple, and they B55

31、EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI 4230 Blatt 3 / Part 3 3 kologie vieler Vogelarten sehr gut untersucht sind, die Artbestimmung oft einfach ist und sie strker im Fokus des ffentlichen Interesses s

32、tehen als die meis-ten anderen Tiergruppen. Darber hinaus integrieren insbesondere die Top-Prdatoren unter ihnen Um-weltkontaminationen ber groe Rume und ber lange Zeitrume.Die Verwendung von Vogeleiern als Umweltprobe stellt in aller Regel einen nicht invasiven Eingriff in die jeweiligen Population

33、en dar. Darber hinaus bie-ten sie weitere Vorteile, die in Abschnitt 2 ausfhr-lich beschrieben sind. An dieser Stelle soll aber be-tont werden, dass Eier in bestimmten Entwicklungs-stadien sehr sensitiv auf toxische Chemikalien rea-gieren und daher sowohl als Akkumulations- wie auch als Wirkungsindi

34、katoren verwendet werden knnen. Die Effekte der Stoffe auf Eischalenqualitt, Embryonen und Schlpferfolg lassen sich auch in Laborstudien untersuchen.1 AnwendungsbereichVogeleier haben sich als geeignete Matrix zur Bio-indikation von Umweltchemikalien in terrestrischen, limnischen oder marinen Lebens

35、rumen bewhrt 2 und spielen derzeit in folgenden Anwendungsberei-chen eine bedeutende Rolle. Der Anwendungsbereich ist neben anderen Parametern (siehe Abschnitt 2) ein wichtiges Kriterium fr die Wahl der geeigneten Vo g e l a r t e n .1.1 Umweltmonitoring mit Akkumulationsindikatoren1.1.1 ZeittrendsL

36、angzeitliche Analysen von Umweltchemikalien in Vogeleiern dienen der Ermittlung der zeitlichen Ent-wicklung der Kontamination. Dazu werden ausge-whlte Standorte kontinuierlich untersucht.Ein beispielhafter langfristiger Ansatz ist die Einla-gerung von Vogeleiern in Probenbanken (Environ-mental Banki

37、ng“ 3; 4; 5). In Deutschland ermg-licht die Umweltprobenbank des Bundes die retro-spektive Untersuchung chemischer Vernderungen in marinen, limnischen und terrestrischen kosystemen ber lngere Zeitrume hinweg.Unter einer Vielzahl von Umweltproben werden auch Eier zweier Vogelarten, Silbermwe Larus ar

38、genta-tus und Stadttaube Columba livia, untersucht. 1.1.2 Geografische UnterschiedeDurch die Ermittlung der regionalen Stoffverteilung werden besonders belastete Regionen und Vogel-are a greater focus of public interest than most other groups of animals. Furthermore, particularly the top predators w

39、ithin this group incorporate environmen-tal contamination over large areas and long time spans. The use of bird eggs as environmental samples gener-ally represents a non-invasive intervention in the pop-ulations in question. In addition, they have further ad-vantages that are described in detail in

40、Section 2. At this point, however, it is necessary to emphasize that eggs react highly sensitively to toxic chemicals at cer-tain stages of their development and can therefore be used both as indicators of accumulation and effect. The effects of the compounds on egg shell quality, the embryos and ha

41、tching rate can also be investigated in studies in the laboratory. 1 Application areaBird eggs have proved to be a suitable matrix for the bioindication of environmental chemicals in terres-trial, limnic and marine habitats 2 and currently play a central role in the following application areas. In a

42、ddition to other parameters (see Section 2), the application area is an important criterion for the se-lection of suitable bird species. 1.1 Environmental monitoring using indicators of accumulation1.1.1 Temporal trendsLong-term analyses of environmental chemicals in bird eggs permit the determinati

43、on of the temporal de-velopment of the contamination. To this end, selected locations are investigated on a continuous basis.An exemplary long-term approach is the storage of bird eggs in specimen banks (“Environmental bank-ing” 3; 4; 5). In Germany, the retrospective investi-gation of chemical chan

44、ges in marine, limnic and ter-restrial ecosystems over long time spans is made possible by the Federal Environmental Specimen Bank.Among numerous other environmental samples, in-vestigations are carried out on the eggs of two bird species, the herring gull Larus argentatus and the common pigeon Colu

45、mba livia.1.1.2 Geographic variationDetermination of the regional distribution of sub-stances permits the recognition of particularly pol-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 4 VDI 4230 Blatt 3 /

46、Part 3populationen erkannt. Geografische Unterschiede werden auch als rumliche Trends“ bezeichnet.In Deutschland werden Vogeleier derzeit grorumig und langzeitlich im trilateralen Wattenmeermonito-ring (TMAP, z. B. 6; 7, weitere Projekte weltweit siehe Review in 2) sowie in der Umweltprobenbank (sie

47、he Abschnitt 1.1.1) eingesetzt. 1.1.3 kologisches QualittszielEin Ziel des TMAP ist zu untersuchen, ob die ange-strebten Qualittsziele fr Schadstoffe in Vogeleiern des Wattenmeeres zunehmend erreicht werden (an-thropogene Schadstoffe: Null-Gehalte; Schwerme-talle: natrliche Hintergrundwerte; TMAP 19

48、97, 6). Nach dem jngsten Vorschlag von OSPAR (2005) soll das kologische Qualittsziel Schad-stoffkonzentration in Eiern von Kstenvgeln“ 8 nordseeweit zur Anwendung kommen.1.1.4 NahrungskettenuntersuchungenUm die Biomagnifikation und Bioverfgbarkeit ver-schiedener Umweltchemikalien im Nahrungsnetz zu

49、untersuchen, werden Vogeleier zur Charakterisierung der Schadstoffgehalte in Vgeln verwendet (Nah-rungsnetz: 9; 10, Vergleich von Vogelarten ver-schiedener Trophieebenen: 1; 11; 12; 34).1.2 Umweltmonitoring mit ReaktionsindikatorenIn Kombination mit der Eigenschaft als Akkumulati-onsindikatoren finden Vogeleier auch als sensitive In-dikatoren (Reaktionsindikatoren) Anwendung. Denn Umweltkontaminanten knnen das Frischeigewicht ode