摘要：Hintergrund, Ziel und Bereich Aus dem Moosmonitoring liegen seit 1990 alle fünf Jahre flächendeckende Inventuren der Schwermetall-Bioakkumulation vor. Die Daten belegen flächendeckend für Deutschland und Europa, wie sich Luftreinhaltepolitik auf die Anreicherung von Metallen in Ökosystemen auswirkt, die nicht offensichtlich im Einflussbereich technischer Emissionsquellen liegen. Dieser Artikel behandelt die Kartierung der zeitlichen Entwicklung der Metallanreicherung in Deutschland in Fünfjahresschritten seit 1990 sowie die räumliche Varianz der Metall-Bioakkumulation in Abhängigkeit von Eigenschaften der Probeentnahmestellen und ihrer Umgebung. Ein besonderes Augenmerk gilt hierbei der Korrelation zwischen den Metallgehalten in Moosen und Depositionen. Damit werden Beiträge für die Umweltbeobachtung nach § 12 Bundesnaturschutzgesetz und für die Genfer Luftreinhaltekonvention (Übereinkommen über den weiträumigen, grenzüberschreitenden Transport von Luftverunreinigungen, CLRTAP) geliefert. Material und Methoden Die Anreicherung von bis zu 40 Spurenelementen in Moosen wurde nach europaweit harmonisierter Vorgehensweise bestimmt. Die hierbei angewendete Richtlinie regelt die Auswahl der Orte, an denen die Moose gesammelt werden, die zu berücksichtigenden Moosarten, ihre chemische Analyse und Qualitätskontrolle sowie die Klassierung der Messdaten für die Kartierung ihrer räumlichen Strukturen. In Deutschland wurden die bis zu 1028 Standorte des Moosmonitorings hinsichtlich topografischer und ökologischer Kriterien sowie Vorgaben der Richtlinie beschrieben. Diese Standortbeschreibungen wurden mit Informationen über Emissionen aus technischen Anlagen und Daten über die Landnutzung in der Umgebung der Moossammelstellen sowie mit den Messdaten in dem internetfähigen WebGIS MossMet zusammengeführt und ausgewertet: Die räumliche Struktur der Messdaten wurde per Variogramm-Analyse analysiert und modelliert sowie mit Kriging-Interpolation kartiert. Aus den standort- und metallspezifischen Messdaten sowie den daraus geostatistisch berechneten Flächendaten über die Metallakkumulation wurde ein zusammenfassender Multi-Metall-Index (MMI) für Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, Ti, V und Zn für das Jahr 1990 (MMI1990) sowie jahresübergreifend (MMI1990–2005) sowie für jede Kampagne ab 1995 einzeln und zeitlich integrierend für As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Ni, Pb, Sb, Ti, V und Zn (MMI1995, MMI2000, MMI2005, MMI1995–2005) berechnet und kartiert. Die Zusammenhänge zwischen den Schwermetall-Akkumulationen, Standortcharakteristika sowie Landnutzungen und Emissionen wurden mit bivariaten Rankkorrelationskoeffizienten sowie multivariat-statistisch mit „Classification and Regression Trees“ (CART) und „Chisquare Automatic Interaction Detection“ (CHAID) quantitativ gekennzeichnet. Ergebnisse Die Ergebnisse der qualitätskontrollierten chemischen Analysen zeigen von 1990 bis 2000 einen statistisch signifikanten Rückgang der Metall-Bioakkumulation. Von 2000 bis 2005 ist wieder ein Anstieg der Metall-Bioakkumulation zu beobachten, besonders für Cd, Cr, Cu, Sb und Zn. Besonders deutlich sind hierbei die Zunahmen für Cr (160 %), das nahezu ähnlich hohe Werte wie 1990 erreicht. Der zeitliche Trend der vergangenen 15 Jahre zeigt für die meisten Metalle jedoch einen deutlichen und flächendeckenden Rückgang der Akkumulation in Moosen. Signifikante Abnahmen seit 2000 wurden bei Hg, Pb und Ti festgestellt. Die entsprechenden Trends für die einzelnen Bundesländer sind allerdings unterschiedlich. Die Metallgehalte in den Moosen zeigen bis auf Cr ähnliche räumliche Verteilungsmuster wie in den Kampagnen 1995 und 2000. Die Hotspots finden sich zumeist im urban-industriell geprägten Ruhrgebiet, der dicht besiedelten Rhein-Main-Region sowie in den industriell geprägten Regionen der neuen Länder (z. B. Raum Halle/Leipzig). Die räumliche Varianz der Metall-Bioakkumulation lässt sich u. a. durch Eigenschaften der Moossammelstellen (z. B. Moosart, Trauf-Effekt) und ihrer Umgebung (z. B. Korrelation mit Deposition, Landnutzung) erklären. Diskussion Insbesondere der Anstieg der Cr-Bioakkumulation vom Jahr 2000 zum Jahr 2005 wurde auch in anderen Teilnehmerstaaten wie z. B. in der Schweiz bestätigt. Es bedarf weiterer Untersuchungen, ob es sich hierbei um einen emissionsbedingten oder einen biogenen Effekt (z. B. infolge gleichzeitig angestiegener Stickstoffbelastung) handelt. Im Gegensatz zu anderen Informationsquellen, wie sie z. B. die Messung und Modellierung der Deposition darstellen, hat das Moosmonitoring den Anstieg der Konzentration toxikologisch relevanter Metalle in Moosen zwischen den Jahren 2000 und 2005 registriert. Im Vergleich zu zeitlich höher aufgelösten Depositionsmessungen erfasst das Moosmonitoring großräumig ein breites Stoffspektrum, das auch in anderen Messnetzen selten gemessene Stoffe mit humantoxikologischer Bedeutung (z. B. Hg, Sb, As, Al, V) umfasst. Das standardisierte Biomonitoring von Luftverunreinigungen mit Bodenmoosen bildet folglich ein wichtiges Bindeglied zwischen der technischen Erfassung von Stoffeinträgen durch Deposition und der Anreicherung dieser Stoffe in biologischem Material. Die häufig zum Qualitätsnachweis für das Moosmonitoring erhobene Forderung, die Stoffkonzentrationen in der Deposition und in biologischem Material müsse hoch miteinander korrelieren, ist nicht sachgemäß, da es sich nicht um identische, sondern um lediglich verknüpfte Phänomene handelt. Der Betrag ihrer statistischen Korrelation hängt ab von der Ausprägung den Randbedingungen der physikalischen Prozesse, so u. a. von den regional und standörtlich im Anreicherungszeitraum vorherrschenden meteorologischen Verhältnisse, der horizontalen und vertikalen Vegetationsstruktur und der Landnutzung. Schlussfolgerungen Das Moosmonitoring liefert wesentliche Beiträge zum Schwermetall- und zum Multi-Komponenten-Protokoll der CLRTAP, denn es belegt flächendeckend, wie sich Luftreinhaltepolitik auf die Anreicherung von Emissionen in Schutzgütern wie der Vegetation auswirkt. Wenn Umweltbeobachtung als Daueraufgabe verstanden wird und die eingesetzte Methodik für Frühwarnung geeignet ist, eröffnet sie der Umweltpolitik die Möglichkeit, vorsorgend zu handeln und überraschenden Entwicklungen nachzugehen. Von besonderer umweltpolitischer Bedeutung ist ferner, dass in keinem anderen Messprogramm räumlich so verdichtet Daten über ein breites, ökotoxikologisch relevantes Stoffspektrum erhoben werden. Die räumliche Auflösung von Umweltinformationen ist ein wesentliches Kriterium für ihre Nutzbarkeit im Vollzug umweltpolitischer Maßnahmen auf Bundes- und Länderebene. Empfehlungen und Perspektiven Das Moosmonitoring ist ein Vorzeigeprogramm der Umweltbeobachtung, das über drei räumliche und administrative Ebenen – Region (z. B. Bundesland oder Naturraum), Staat (z. B. Deutschland) und Kontinent (Europa) – harmonisierte, qualitätskontrollierte Daten zur Umweltüberwachung und Wirksamkeitskontrolle umweltpolitischer Maßnahmen über ein internetfähiges WebGIS-Portal bereitstellt. Das Moosmonitoring erfüllt insofern eine wichtige Aufgabe im europäischen Umweltmonitoring und sollte aus umweltwissenschaftlichen und umweltpolitischen Gründen auch zukünftig in Gänze weiter fortgeführt werden.
关键词：Accumulation of substances ; CART (Classification and Regression Trees) ; CHAID (Chisquare Automatic Interaction Detection) ; Geostatistics ; INSPIRE (Infrastructure for Spatial Information in the European Community) ; Mosses ; Heavy metals ; Predicted environmental concentration ; UN/ECE CLRTAP (Convention on Long-range Transboundary Air Pollution)
