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Wie lange Wasserproben sammeln?
Überschreitet die gemessene Gewässerkonzentration einer Substanz ihr Qualitätskriterium, so wird die Gewässerqualität als unzureichend bewertet. Aber über welchen Zeitraum soll die Gewässerprobe gesammelt und die Konzentration gemittelt werden?
2016 wurde die Schweizer Gewässerschutzverordnung revidiert. Als Folge treten in der Schweiz voraussichtlich 2018 effektbasierte Qualitätskriterien für zahlreiche Schadstoffe in Kraft. Qualitätskriterien sind substanzspezifische Konzentrationen für einzelne Chemikalien, unterhalb derer keine schädliche Wirkung auf Wasserlebewesen erwartet wird. Aus Toxizitätsdaten werden jeweils zwei Werte bestimmt: Das akute Qualitätskriterium soll Schutz vor Kurzzeitbelastungen bieten, das chronische Qualitätskriterium Schutz vor längerfristig erhöhten Konzentrationen.
Computermodelle als Entscheidungshilfe
Für die Bestimmung der Wasserqualität wird das Qualitätskriterium für einen Stoff mit der in einer Gewässerprobe gemessenen Konzentration verglichen. Verschiedene Probenahmestrategien sind möglich: Stichproben bilden die momentane Konzentration gut ab, verpassen aber unter Umständen kurzfristige Konzentrationsspitzen. Sammelproben über einen längeren Zeitraum erfassen alle Einträge, unterschätzen aber bei kurzzeitigen Belastungen die Höchstkonzentration der Substanz. Dieser Unterschied kann sich auch auf die Toxizität auswirken. Über welchen Zeitraum soll nun eine Wasserprobe für die Analyse gesammelt werden? Um diese Frage zu beantworten, setzten das Oekotoxzentrum und die Universität York (UK) auf toxikokinetische/toxikodynamische Computermodelle. Diese beschreiben sowohl die Verteilung und die Stoffwechselprozesse von Chemikalien in Organismen als auch ihre Wirkungen auf verschiedenen Ebenen. „Wir haben untersucht, ob die Abschätzung der ökotoxikologischen Gefährdung für Organismen anhand der Durchschnittskonzentration in Sammelproben ihre tatsächliche Gefährdung erfassen kann. Diese ist eine Funktion der schwankenden Konzentration“, sagt Marion Junghans vom Oekotoxzentrum. Auftraggeber der Studie war das Bundesamt für Umwelt.
Da besonders die Konzentration von Pflanzenschutzmitteln durch ihre unregelmässige Ausbringung und niederschlagsabhängigen Eintrag in die Gewässer stark schwankt, wurden 7 Pflanzenschutzmittel als Modellsubstanzen ausgewählt. Als Eingangsdaten für das Modell verwendeten die Wissenschaftler Schweizer Monitoringdaten von 2015 aus dem NAWA SPEZ Projekt. Mit Hilfe der Modelle untersuchten die Forschenden dann die Toxizität des Fungizids Carbendazim und der Insektizide Chlorpyrifos, Diazinon, Dimethoat und Imidacloprid auf den Bachflohkrebs und die Dickkopfelritze, und zusätzlich die Toxizität von Imidacloprid auf die Vermehrung von Wasserflöhen. Ausserdem betrachteten sie die Toxizität der Herbizide Metazachlor und Diuron auf das Wachstum von Wasserlinsen und Algen. Da akute Toxizitätstests im Mittel 3 Tage dauern, wurde für akute Effekte von 3-Tagesmischproben und für chronische Effekte analog von 14-Tagesmischproben ausgegangen.
Zeitproportionale Mischproben grundsätzlich geeignet
Die Ergebnisse der Modellierungen bestätigen, dass 14-Tagesmischproben für die Gewässerüberwachung zu chronischen Effekten geeignet sind. Obwohl es über den gesamten Zeitraum auch zu Unter- und Überschätzungen der vorhergesagten Toxizität kommt, stimmt die Vorhersage für die toxischsten Zeiträume sehr gut mit der für die Mischprobe modellierten Toxizität überein. „Insgesamt unter- und überschätzten wir die tatsächliche Gefährdung ungefähr gleich häufig“, sagt Marion Junghans, „und die Abweichungen waren sehr klein, wenn man sie mit der enormen Variation der beobachteten Gefährdung verglich – diese erstreckte sich über 12 Grössenordnungen.“ Akute Risiken können anhand von 3-Tagesmischproben beurteilt werden. Zwar wird die Toxizität von Stoffen, deren Wirkung hauptsächlich auf Mortalität beruht, vielleicht unterschätzt. Dafür ist die Wahrscheinlichkeit, dass wichtige Konzentrationsspitzen verpasst werden, kleiner als bei Stichproben. „Das scheint ein guter Kompromiss zwischen Machbarkeit und möglicher Unter- oder Überschätzung der Gefährdung zu sein“, so Marion Junghans.
Mehr Informationen
Junghans, M., Werner, I., Ashauer, R., Kuhl, R., Zimmer, E. (2017) Praxistaugliche Beurteilungen von kurzzeitigen Expositionsspitzen.