Toxikologische Beurteilung von Böden: Leistungsfähigkeit biologischer Testverfahren
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Heidelberg [u.a.]
Spektrum, Akad. Verl.
2000
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| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XII, 249 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3827410959 |
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| adam_text | Titel: Toxikologische Beurteilung von Böden
Autor: Heiden, Stefanie
Jahr: 2000
VII
Inhaltsverzeichnis
Vorwort............................................................................................................................ V
1 Untersuchung der Rückhaltefunktion von Böden mit aquatischen
Testsystemen........................................................................................................ 1
1.1 Einleitung.............................................................................................................. 1
1.2 Methodische Ansätze zur Bewertung der Rückhaltefunktion von Böden................ 2
1.3 Herstellung von Bodeneluaten................................................................................ 3
1.4 Aquatische Testsysteme zur Bodenbewertung........................................................ 6
1.4.1 Testorganismen........................................................................................ 6
1.4.2 Empfindlichkeit........................................................................................ 7
1.4.3 Darstellung und Bewertung der Ergebnisse............................................... 8
1.4.4 Einschränkungen und Limitierungen........................................................ 10
1.5 Beispiele für die ökotoxikologische Bewertung der Rückhaltefunktion von Böden. 11
1.5.1 PAK-belastete Böden............................................................................... 11
1.5.2 Nitroaromaten-belastete Böden................................................................. 14
1.6 Diskussion............................................................................................................. 15
1.7 Literatur................................................................................................................. 16
1.8 Danksagung........................................................................................................... 18
2 Höhere Pflanzen als Testorganismen zur Charakterisierung der
Lebensraumfunktion des Bodens als Pflanzenstandort...................................... 19
2.1 Einleitung.............................................................................................................. 19
2.2 Pflanzen als Schadstoffindikatoren......................................................................... 20
2.3 Verfügbarkeit von Schadstoffen für Pflanzen......................................................... 21
2.3.1 Transferverhalten von Schwermetallen am Beispiel von Cadmium........... 21
2.3.2 Transferverhalten organischer Schadstoffe am Beispiel der
polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK)......................... 22
2.4 Wirkung von Schadstoffen auf die Pflanze............................................................. 23
2.5 Testverfahren mit höheren Pflanzen....................................................................... 24
2.5.1 Screening-Tests........................................................................................ 25
2.5.2 Standard-Tests.......................................................................................... 26
2.5.3 Chronische Tests...................................................................................... 27
2.5.4 Erfahrungen aus der Prüfung von Pflanzenschutzmitteln oder
Industriechemikalien und bei der Bodenqualitätsprüfung.......................... 30
2.5.4.1 Eignung des Testpflanzensortiments des Wachstumstests mit
höheren Pflanzen..................................................................................... 30
2.5.4.2 Erfahrungen mit den Testmethoden ......................................................... 32
2.5.4.3 Auswahl und Lagerung von Kontroll- bzw. Referenzböden...................... 33
2.5.4.4 Regulierung der Bodenfeuchte im Wachstumstest nach DIN ISO 11269-2 34
2.6 Bewertungsansätze................................................................................................. 35
2.7 Schlußfolgerungen und Ausblick............................................................................ 38
2.8 Literatur................................................................................................................. 39
VIII
2.9 Danksagung........................................................................................................... 42
3 Mikrobiologische Verfahren zur Beurteilung der Lebensraumfunktion
von Böden............................................................................................................. 43
3.1 Einleitung............................................................................................................... 43
3.2 Bodenmikrobiologische Untersuchungsverfahren................................................... 44
3.2.1 Bestimmung der mikrobiellen Biomasse................................................... 44
3.2.2 Nährstoffkreisläufe................................................................................... 44
3.2.3 Intrazellulärer Stoffwechsel...................................................................... 45
3.2.4 Anaerobe mikrobielle Aktivitäten............................................................. 45
3.2.5 Ökophysiologische Parameter................................................................... 45
3.3 Anwendungsbereiche bodenmikrobiologischer Untersuchungsverfahren................ 46
3.4 Verfahren zur ökotoxikologischen Bewertung von Böden und Bodenmaterialien... 46
3.4.1 Bodenatmungskurven............................................................................... 47
3.4.2 Potentielle Ammoniumoxidation.............................................................. 50
3.4.3 Testsystem mit Bodenprotozoen............................................................... 52
3.5 Ausblick................................................................................................................. 55
3.6 Literatur................................................................................................................. 56
3.7 Danksagung........................................................................................................... 57
4 Beurteilung der Lebensraumfunktion von Böden mit Hilfe von
Regenwurmtests................................................................................................... 59
4.1 Einleitung............................................................................................................... 59
4.2 Vorstellung des Organismus................................................................................... 60
4.2.1 Biologie.................................................................................................... 60
4.2.2 Ökologische Rolle von Regenwürmern..................................................... 61
4.3 Stand der Methodenentwicklung............................................................................ 62
4.3.1 Standardisierte Testverfahren im Rahmen der Stoffprüfung -
Grundlage für Testsysteme zur Bodenbeurteilung..................................... 62
4.3.1.1 Akut-Tests................................................................................................ 63
4.3.1.2 Reproduktionstest..................................................................................... 64
4.3.2 Akut- und Reproduktionstest im Rahmen der Bodenqualitätsbeurteilung.. 65
4.3.3 Neuentwicklung eines Verhaltenstests...................................................... 67
4.4 Bodenqualitätsbeurteilung durch Nutzung der Organismen -
Darstellung einiger Ergebnisse............................................................................... 69
4.4.1 Akut- und Reproduktionstest - Möglichkeiten und Grenzen..................... 69
4.4.1.1 Beurteilung auf der Basis einer mindestens zu erreichenden
prozentualen Nachkommenanzahl............................................................ 70
4.4.1.2 Beurteilung auf der Basis von Mischungsansätzen.................................... 71
4.4.1.3 Beurteilung auf Basis statistischer Signifikanz im Vergleich zum
Kontrollboden.......................................................................................... 71
4.4.2 Beurteilung der Habitatqualität von Böden mit Hilfe des kombinierten
Akut- und Reproduktionstests mit Eisenia fetida - Ergebnisse eines
Ringtests mit internationaler Beteiligung.................................................. 72
4.4.3 Vermeidungstest - Laborvergleich............................................................ 75
4.5 Ausblick................................................................................................................. 77
IX
4.6 Literatur................................................................................................................. 79
4.7 Danksagung........................................................................................................... 81
5 Collembolen als Testorganismen......................................................................... 83
5.1 Einleitung.............................................................................................................. 83
5.2 Die Collembola (Springschwänze) und ihre Funktion im Naturhaushalt................. 83
5.2.1 Die Biologie der Collembola.................................................................... 83
5.2.2 Die Funktion der Collembola im Naturhaushalt........................................ 85
5.3 Stand der Methodenentwicklung............................................................................ 86
5.3.1 Biotestsysteme mit Collembolen - eine Übersicht..................................... 86
5.3.2 Entwicklung und Standardisierung des ISO-Testsystems zur
Chemikalienprüfung mit Folsomia candida.............................................. 87
5.3.3 Standardisierung und Erprobung eines Collembolen-Biotests mit
Folsomia candida zur Beurteilung der Habitatqualität natürlicher und
belasteter Bodenmaterialien...................................................................... 88
5.3.3.1 Standardisierung der Bodentestsysteme.................................................... 88
5.3.3.2 Erprobung und Validierung des Bodentestsystems mit belasteten und
sanierten Bodenmaterialien....................................................................... 90
5.3.4 Ringtest zur Validierung des Collembolen-Biotests zur Bewertung der
Habitatqualität kontaminierten Bodenmaterials......................................... 94
5.3.5 Beurteilung der ökotoxikologischen Wirkung von Chemikalien auf
Collembolen mit dem Vermeidungs- und Flucht-Test............................... 97
5.4 Ausblick................................................................................................................. 100
5.5 Literatur................................................................................................................. 102
5.6 Danksagung........................................................................................................... 103
6 Enchytraeen als Testorganismen......................................................................... 105
6.1 Einleitung.............................................................................................................. 105
6.2 Vorstellung der Organismen................................................................................... 106
6.2.1 Biologie.................................................................................................... 106
6.2.2 Ökologische Rolle.................................................................................... 107
6.3 Stand der Methodenentwicklung............................................................................ 109
6.3.1 Standardisierte Testverfahren und Methodenvorschläge............................ 109
6.3.2 Validierung des Enchytraeen-Reproduktionstests (ERT)........................... 111
6.3.3 Modifikationen zur Bodenqualitätsbeurteilung......................................... 111
6.3.4 Neuentwicklung eines Verhaltenstests...................................................... 112
6.4 Beispiele für die Nutzung der Organismen zur Bodenqualitätsbeurteilung -
Darstellung ausgewählter Ergebnisse..................................................................... 113
6.4.1 Wirkungen von Schadstoffen auf Enchytraeen.......................................... 113
6.4.2 Beispiele für Enchytraeen in der Bodenqualitätsbeurteilung......................
6.4.3 Standardisierung und Erprobung eines Enchytraeen-Biotests mit
E. crypticus zur Beurteilung der Habitatqualität natürlicher und
belasteter Bodenmaterialien...................................................................... 116
6.4.4 Ringtest zur Validierung des Enchytraeen-Biotests zur Bewertung der
Habitatqualität kontaminierten Bodenmaterials......................................... 122
6.4.5 Anwendung des Vermeidungs-und Flucht-Tests..................................... 124
X
6.5 Ausblick................................................................................................................. 125
6.6 Literatur................................................................................................................. 126
6.7 Danksagung........................................................................................................... 129
7 Erfassung des wäßrig extrahierbaren genotoxischen Potentials kontaminierter
Böden.................................................................................................................... 131
7.1 Einleitung............................................................................................................... 131
7.1.1 Genotoxische Wirkungen.......................................................................... 131
7.1.2 Genotoxizitätsprüfungen........................................................................... 132
7.1.3 Probenaufbereitung................................................................................... 134
7.2. Material und Methoden.......................................................................................... 135
7.2.1 Probenvorbereitung und Bodenelution...................................................... 135
7.2.2 Bodeneluatextraktion................................................................................ 135
7.2.3 Durchführung der Genotoxizitätstests....................................................... 137
7.3 Ergebnisse.............................................................................................................. 138
7.3.1 Methodenoptimierung............................................................................... 138
7.3.2 Charakterisierung des genotoxischen Potentials kontaminierter und
unbelasteter Bodenproben......................................................................... 141
7.4. Diskussion............................................................................................................. 144
7.5 Literatur................................................................................................................. 145
7.6 Danksagung........................................................................................................... 146
8 Cytochrome P450 als Effekt-Biomarker zur Bodenbewertung.......................... 147
8.1 Einleitung............................................................................................................... 147
8.2 Cytochrome P450 als Biomarker............................................................................ 148
8.3 Orale Schadstoffaufnahme und Mechanismen der Schadstoffverarbeitung............. 149
8.4 Methodik der Biomarker-Bestimmung................................................................... 151
8.5 Das geeignete Tiermodell....................................................................................... 152
8.6 CYP1A1 als Biomarker in der Anwendung............................................................ 152
8.6.1 Induktion von CYP1 AI in der Leber von Ratten nach oraler
Schadstoff-Aufnahme............................................................................... 153
8.6.2 Effekt oral aufgenommener PAK auf die Expression von CYP1 AI in
Duodenum und Niere............................................................................... 155
8.6.3 Einflüsse der Bodenmatrix auf die PAK-Bioverfügbarkeit oral
aufgenommener Partikel........................................................................... 156
8.6.4 Bewertung von Sanierungsmaßnahmen: Induktionspotential für
CYP1A1 undToxizität............................................................................. 158
8.6.5 Expositionsversuche mit dem Minischwein als TiermodeH./:.................................. 59
8.7 CYP1B1, CYP2E1, CYP3A und andere P450-Enzyme als Biomarker.................... 160
8.8 Schlußfolgerungen und Perspektiven...................................................................... 161
8.9 Literatur................................................................................................................. 162
8.10 Danksagung........................................................................................................... 65
XI
9 Effekte von Umweltchemikalien auf Mikroorganismen als
Bewertungsgrundlage stofflicher Verfügbarkeit in Böden................................. 167
9.1 Mikroorganismen zweckmäßig einsetzen............................................................... 167
9.1.1 Biologische Reaktionen auf stoffliche Belastungen................................... 167
9.2 Biologische Verfügbarkeit...................................................................................... 169
9.3 Effekte von Umweltchemikalien auf Mikroorganismen.......................................... 170
9.3.1 Wirkung eines Stoffgemisches auf die Biozönose..................................... 170
9.3.2 Schadstoffwirkung auf die mikrobielle Biozönose.................................... 171
9.3.3 Schadstoffwirkung in Monospeziestests.................................................... 174
9.3.4 Schadstoffwirkung in Eluatbiotests........................................................... 176
9.4 Abschließende Betrachtung und Ausblick.............................................................. 177
9.5 Literatur................................................................................................................. 177
9.6 Danksagung........................................................................................................... 179
10 Untersuchungen und Empfehlungen zur Lagerung von Bodenproben für
toxikologische Untersuchungen........................................................................... 181
10.1 Einleitung.............................................................................................................. 181
10.2 Material und Methoden.......................................................................................... 185
10.3 Ergebnisse.............................................................................................................. 188
10.3.1 VOC......................................................................................................... 188
10.3.2 Mikrobielle Aktivität - Langzeitrespiration............................................... 188
10.3.3 Aquatische ökotoxikologische Testverfahren............................................ 190
10.4 Genotoxikologische Testverfahren......................................................................... 194
10.5 Empfehlungen........................................................................................................ 197
10.6 Literatur................................................................................................................. 198
10.7 Danksagung........................................................................................................... 200
11 Auswerte- und Interpretationsmethoden für Befunde aus
Testkombinationen zur Bodenbewertung........................................................... 201
11.1 Einleitung.............................................................................................................. 202
11.2 Auswertemethoden................................................................................................. 203
11.3 Fuzzy Logic........................................................................................................... 205
11.3.1 Testbatterie als Entscheidungsgrundlage................................................... 205
11.3.2 Auswerteeinheit als wissensbasiertes Fuzzysystem................................... 207
11.4 Hassediagrammtechnik zur multikriteriellen Sortierung......................................... 209
11.4.1 Grundlagen der Theorie partiell geordneter Mengen................................. 209
11.4.1.1 Äquivalenz- und Ordnungsrelation........................................................... 209
11.4.1.2 Graphische Darstellung - Hassediagramme............................................... 212
11.4.2 Beispiel.................................................................................................... 212
11.4.3 Elemente „datengetriebener künstlicher Intelligenz................................ 215
11.5 Literatur................................................................................................................. 217
11.6 Danksagung........................................................................................................... 218
XII
12 Ableitung von Schwellen- und Prüfwerten - Aktuelle Entwicklungen zur
Ausarbeitung ökotoxikologischer Prüfwerte für die Beurteilung der
Bodenqualität....................................................................................................... 219
12.1 Einleitung............................................................................................................... 219
12.2 Schutzziele des Bundesbodenschutzgesetzes (BBodSchG) und der
Bundesbodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV).................................. 220
12.3 Lösungsansätze für die Ableitung von Prüfwerten zum Schutz der
Bodenorganismen................................................................................................... 223
12.4 Literatur................................................................................................................. 228
13 Einsatz ökotoxikologischer Bodentests in der Umweltüberwachung -
Erfahrungen aus der Praxis................................................................................. 231
13.1 Einleitung............................................................................................................... 231
13.2 Praxiseinsatz ökotoxikologischer Bodentests.......................................................... 232
13.2.1 Test-Methoden......................................................................................... 233
13.2.2 Anforderungen aus der Praxis................................................................... 235
13.2.3 Einsatzbereiche..................................................................,...................... 236
13.2.4 Datenzusammenführung und Datenhaltung............................................... 240
13.3 Erfahrungen aus der bisherigen Anwendung........................................................... 241
13.3.1 Erfahrungen aus dem Einsatz aquatischer Ökotox-Tests in der
Gewässerüberwachung............................................................................. 243
13.4 Empfehlungen zum Einsatz ökotoxikologischer Bodentests in der Praxis............... 246
13.5 Ausblick................................................................................................................. 247
13.6 Literatur................................................................................................................. 248
13.7 Danksagung........................................................................................................... 249
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