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Bioindikation macht Luftverschmutzung sichtbar

Rückfragen bitte an Ing. Alfred Fürst, die Analysen werden nach Tarif abgerechnet

Bei der Bioindikation müssen keine komplexen Messgeräte aufgestellt werden, um die Einwirkung von Luftschadstoffen festzustellen. Es reicht die Verwendung von Waldbäumen, die in den Blättern und Nadeln Luftschadstoffe anreichern. Daher analysiert das Bundesforschungszentrum für Wald (BFW) regelmäßig und in ganz Österreich die Einwirkung verschiedener Stoffe auf den Wald, um daraus Rückschlüsse über die ausgestoßenen Schadstoffe ziehen zu können. Die Daten sind online in der Datenbank des Bioindikatornetzes einsehbar.

Immissions- und Pflanzenanalyse

Ing. Alfred Fürst
T +43-1-87838-1114
alfred.fuerst@bfw.gv.at

Über Österreich liegt seit 1983 ein bundesweites flächendeckendes Monitoringnetz (Österreichisches Bioindikatornetz), das im Durchschnitt 16 x 16 Kilometer misst und entlang von Tälern und Industriegebieten Verdichtungen aufweist. Bäume, hauptsächlich Fichten, dienen als Indikator für den Gehalt an Schadstoffen in der Luft.

Man unterscheidet zwischen den forstschädlichen Luftverunreinigungen, die den Baum selbst betreffen. Dazu zählt z.B. Schwefeldioxid ein Assimilationsgift, welches bei längerdauender Einwirkungen zu Zuwachsverlusten bis hin zum Absterben des Baumes führen kann. Oder er dient nur als Indikator der Umweltverschmutzung, wie etwa bei Quecksilber oder bei Hexachlorbenzol, zwei nicht forstschädliche Luftverunreinigungen. Durch den Nachweis einer Luftverunreinigung mit Bioindikation können durch die Behörde weitere Erhebungen und Maßnahmen veranlasst werden, um diesen Schadstoffeintrag einem Emittenten zuzuordnen und den Ausstoß zu minimieren.

Blick vom Hügel auf Papierfabrik mit rauchendem Schlot
Im Umkreis von Industriegebieten wird verstärkt nach Schadstoffen gesucht. Bild: BFW

Weil jede Baumart eine andere Zusammensetzung der Elemente aufweisen kann, gibt es artenspezifische Beurteilungswerte. So kann man die Werte von Pappelblättern nicht direkt mit jenen von Fichtennadeln vergleichen. Die Fichte ist einerseits die pflanzenanalytisch bestuntersuchte Baumart in Europa, womit die Wissenschaftler immer qualitativ gute Referenzwerte zur Verfügung haben. Nachdem sie auch Hauptbaumart in Österreich ist, stammen fast 90 Prozent der Proben von ihr.

Duftende Laborarbeit

Von Anfang September bis Mitte November ist die beste Zeit für Blatt- und Nadelanalysen. Die Vegetationszeit ist abgeschlossen, die Elementgehalte in den Blättern und Nadeln bleiben stabil und sind mit den Referenzwerten vergleichbar. Geworben und eingesandt werden die Proben in der Regel von der Landesforstbehörde, die die Probenahmen überwachen.

Schwefelanalysator leuchtet orange auf
Im Schwefelanalysator wird die Probe bei 1.400 Grad Celsius verbrannt. Bild: BFW

Etwa die Hälfte aller am BFW analysierten Proben wird für die Erhebung forstschädlicher Luftverunreinigungen im Nahbereich von Emittenten und für das europaweite Waldschadensmonitoring bearbeitet. Die andere Hälfte der mehr als 6.000 Proben jährlich wird für das Bioindikatornetz analysiert.

Im Labor werden die Proben mindestens vier Stunden getrocknet und gemahlen, der vorweihnachtliche Duft der Zweige durchströmt das ganze BFW-Gebäude. Währenddessen wird jede Probe in die Datenbank aufgenommen, mit der Probenbezeichnung und mit einem Barcode versehen, über den man ab jetzt bei allen folgenden Arbeitsschritten die analysierten Messdaten verknüpfen kann. Ein Teil der gemahlenen Proben geht zur Analyse, der Rest wird als Rückstellprobe aufbewahrt.

Da uns anorganische Inhaltsstoffe interessieren, muss die organische Matrix entfernt werden. Die eine Methode ist die Verbrennung der Probe mit Sauerstoff, die bei Nichtmetallen wie Schwefel, Stickstoff, Fluor oder Kohlenstoff, aber auch bei Quecksilber angewandt wird. Für die übrigen Elemente wird die Probe mit einem Mikrowellenaufschluss in Salpetersäure/ Wasserstoffperoxid aufgelöst. Bei beiden Verfahren wird die organische Matrix zerstört und die zu analysierenden Stoffe werden dabei frei.

Hochpräzise Datenermittlung

Bei den Verbrennungsmethoden werden die dabei entstehenden Gase auf die jeweiligen Elemente bzw. Verbindungen untersucht. So werden die Proben für die schwefelanalyse im Schwefelanalysator bei 1400 °C verbrannt, Schwefel verbrennt zu Schwefeldioxid, welches mittels Infrarotabsorption gemessen wird. Dieses Messprinzip wird schon seit 1983, der Zeit des Waldsterbens in Österreich, angewandt.

Beim Mikrowellenaufschluss entsteht eine saure Lösung, die in einem ICP-Emissionsspektrometer auf ihre Inhaltsstoffe untersucht wird. Dieses hochpräzise Gerät erzeugt in seinem Inneren ein 5.000 °C heißes Argonplasma. Die Probe wird zerstäubt und im Plasma atomisiert. Die Ionen und Atome aus der Probe senden je nach Art elementspezifisches Licht aus, deren Intensität Aufschluss über die Konzentration in der Probe gibt.

weißes Analysegerät
Das Emissionsspektrometer kann 11 Elemente simultan analysieren. Bild: BFW

Das ICP-Emissionsspektrometer kann so in wenigen Minuten die Konzentrationen von elf relevanten Elementen (Phosphor, Kalium, Calcium, Magnesium, Eisen, Mangan, Zink, Kupfer, Bor, Nickel und Chrom) in einer Probe simultan messen und überträgt die Messwerte direkt in die Labordatenbank. Für Blei und Cadmium gibt es ein ähnliches Verfahren auf einem empfindlicheren Gerät, einem flammenlosen Atomabsorptionsspektrometer.

Durch die Validierung der Methoden, der Teilnahme an internationalen Laborvergleichstests sowie den Einsatz von Referenzmaterial mit bekannten Elementgehalten ist die Vergleichbarkeit und Richtigkeit der Ergebnisse über diesen jahrzehntelangen Zeitraum sichergestellt. Mit der Arbeit am Bioindikatornetz können also Luftverschmutzungen verschiedenster Art nicht nur sichtbar, sondern auch nachvollziehbar gemacht werden.

Link

Bioindikatornetz