Definition von Referenzbedingungen, Kontrollsedimenten und Toxizitätsschwellen für limnische Sedimentkontakttests (SeKT)Gefördert durch das BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) Während sich die Wasserqualität durch den technischen Gewässerschutz in den letzten Jahren deutlich verbessert hat, stellen zum Teil hoch kontaminierte Sedimente in vielen europäischen Einzugsgebieten ein Vermächtnis der vergangenen industriellen Ära dar, das die Gewässerqualität noch für viele Jahrzehnte nachhaltig beeinflussen wird. Sedimentgebundene Schadstoffe können durch Bioturbation, Hochwasserereignisse oder Verklappung von Sedimenten remobilisiert werden. Aus diesem Grunde hat das Monitoring und die Bewertung der Sedimentqualität nicht nur im Rahmen nationalen Rechts sondern auch bei der Umsetzung der europäischen EU-Wasserrahmenrichtlinie eine große Bedeutung.
Die EU-Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) zielt darauf ab, für oberirdische Gewässer in europäischen Einzugsgebieten bis 2015 einen guten ökologischen und chemischen Zustand zu erreichen. Die dafür erforderliche Reduzierung der Gewässerbelastung durch anthropogene Schadstoffe aus diffusen und Punktquellen soll in einem kombinierten Ansatz über die Vorgabe von Emissionsgrenzwerten und immissionsorientierten Qualitätszielen erreicht werden.
Vor diesem Hintergrund besteht derzeit noch ein großer Forschungsbedarf zur Anwendung von Sedimentkontakttests: Während die bisher eingesetzten Biotestverfahren die tatsächliche Bioverfügbarkeit der Schadstoffe nur unzureichend widerspiegeln, besitzen demgegenüber Sedimentkontakttests eine höhere Relevanz für das Ökosystem. Sedimentkontakttests sind biologische Verfahren zur Ermittlung der Wirkung von Gesamtsedimenten auf Organismen unter Berücksichtigung der möglichen Aufnahmepfade (Partikelkontakt, Futter, Porenwasser) von Schadstoffen durch Prüforganismen. Die Komplexität der Untersuchungsmatrix Sediment (Partikel und Wasser) stellt an die biologischen Testverfahren hohe Anforderungen. Die Biotests müssen in der Lage sein, anthropogene Störungen (z.B. Schadstoffkontaminationen) vom Einfluss natürlicher Faktoren (z.B. Korngrößenverteilung) zu unterscheiden, um so eine Risikobewertung zu ermöglichen.
Die Untersuchungen des Forschungsverbundes SeKT (Sediment Kontakt Tests) hatten zum Ziel, die praktische Anwendbarkeit von Sedimentkontakttests für ein möglichst weites Spektrum unterschiedlicher Sedimente zu überprüfen. Die Definition von Referenzbedingungen und standardisierten Kontrollsedimenten war eine Voraussetzung für 1. die Festlegung von Toxizitätsschwellenwerten
2. die Vergleichbarkeit der Sedimentkontakttests innerhalb einer Testbatterie
3. die Anwendung von Sedimentverdünnungsreihen.
Zu diesem Zweck wurde die Testbatterie zunächst auf unbelastete natürliche und künstliche Sedimente angewendet, um die Reaktion der Testsysteme auf wichtige Sedimenteigenschaften (z.B. TOC, Korngröße) zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sollten die Variabilität der verschiedenen Testsysteme mit unbelasteten Sedimenten durch den Bezug auf Sedimenteigenschaften erklären können. Informationen zur Variabilität helfen, vertrauenswürdige Toxizitätsschwellenwerte für die unterschiedlichen Tests zu ermitteln. Zusätzlich wurden Kontrollsedimente (künstlich und natürlich) für eine allgemeine Anwendung in der gesamten Biotestbatterie definiert.
Aufnahmepfad: Die Bioverfügbarkeit und die dadurch resultierende potentielle Wirkung eines Schadstoffes richtet sich zum einen nach dem Verteilungsgleichgewicht zwischen Partikel und Porenwasser, zum anderen auch nach der Lebens- und Ernährungsweise des Testorganismus im Sediment.
Trophieebene: Verschiedene Schadstoffe wirken in unterschiedlicher Weise auf Organismen unterschiedlicher Organisationsniveaus und trophischer Ebenen (Bakterien; Pilze; Primärproduzenten; Konsumenten)
Wirkungsweise: Verschiedene Testsysteme bzw. Testparameter können unterschiedliche spezifische Wirkungsweisen von Schadstoffen (hormonelle Wirkung, Gentoxizität) bzw. Wirkungen auf verschiedenen ökologischen Ebenen (Organismus, Population) detektieren und dadurch Hinweise auf unterschiedliche potentielle Risiken liefern.
Grad der Standardisierung: Die Tests sollten nicht mehr im Stadium der Entwicklung sein. Die Anwendung der Tests in Sedimenten wurde erprobt.
Schritt I: Natürliche und künstliche unbelastete Sedimente wurden mit allen Sedimentkontakttests (SeKTs) untersucht und gleichzeitig auf ihre phyikochemischen Eigenschaften untersucht. Für jeden SeKT kann so die natürliche Variation der Testparameter der Einfluss der Sedimenteigenschaften und somit Toxizitätsschwellenwerte festgelegt werden. Außerdem wurden für die gesamte Testbatterie geeignete Kontrollsedimente definiert.
Schritte II-IV: Überprüfung der Testssysteme (SeKT-Batterie + Kontrollsedimente) durch die ökotoxikologische und physikochemische Untersuchung von
Schritt II: Schadstoffdotierten Kontrollsedimenten
Schritt III: Natürlichen belasteten Sedimenten
Schritt IV: Sedimentverdünnungsreihen
Das Forschung- und Entwicklungsvorhaben war als Verbundprojekt konzipiert und wurde im Auftrag des BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung - BMBF Verbundprojekt 02WU 0598) durchgeführt. Das Projekt hatte eine Laufzeit von drei Jahren (Juli 2005 bis Mai 2008). Das ibn bearbeitete für 30 Monate (Oktober 2005 bis März 2008) unter der Leitung des Netzwerkmitglieds Dr. Sebastian Höss (Ecossa) das Teilvorhaben TV3: Sedimentkontakttest mit Caenorhabditis elegans (Nematoda).
Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) (Koodination; Ute Feiler)
Am Mainzer Tor 1, D-56068 Koblenz
Fon ++49 261 13065356, Fax ++49 261 13065363
e-mail: feiler@bafg.de
ECT Oekotoxikologie GmbH (Dr. Michael Meller)
Böttgerstr. 2 - 14, D-65439 Flörsheim/Main
Fon ++49 6145 956450, Fax ++49 6145 956499
e-mail: m-meller@ect.de
Dr. Fintelmann und Dr. Meyer (Dr. Neumann-Hensel; Kerstin Melby)
Handels- und Umweltschutzlaboratorien GmbH
Mendelssohnstr. 15D, D-22761 Hamburg
Fon ++49 40 89966425, Fax ++49 40 89966450
e-mail: hensel@inlabco.com
Nordum - Institut fur Umwelt und Analytik GmbH & Co. KG (Dr. Jürgen Weber)
Am Weidenbruch 22, D-18196 Kessin
Fon ++49 38208 637-0, Fax ++49 38208 637-28
e-mail: weber@nordum.de
Technische Universitat Hamburg-Harburg (TUHH) (PD Dr. Wolfgang Ahlf)
Arbeitsbereich Umweltschutztechnik Eisendorferstr. 40, D-21073 Hamburg
Fon ++49 40 428782862, Fax ++49 40 428782315
e-mail: ahlf@tuhh.de
Universitat Heidelberg Institut fur Zoologie (Dr. Henner Hollert)
Im Neuenheimer Feld 230, D-69120 Heidelberg
Fon ++49 6221 54-5650, Fax ++49 6221 54-6162
e-mail: henner.hollert@urz.uni-heidelberg.de
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