Günter Miehlich

Distribution and mobility of organic micropollutants in river Elbe floodplains

Supercritical Fluid Extraction (SFE) methods have been developed to investigate the levels of chlorinated hydrocarbons (CHCs), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and nitrogen- or phosphorus-containing pesticides (N/P-pesticides) in soils at river Elbe wetlands. Remarkably high concentrations of CHCs and PAHs were found and a mobilisation of contaminants seems probable at one location.

Charakterisierung und Wasserhaushalt typischer Böden im Überschwemmungsbereich der unteren Mittelelbe

Das heutige Bild des Elbtales als naturnah zu bezeichnen, fallt angesichts der zahlreichen anthropogenen Eingriffe schwer. Gab es beispielsweise 1776 im Bereich der unteren Mittelelbe von Stromkilometer 475–583 noch 55 Elbinseln und nur 27 Buhnen, so hat sich dieses Verhaltnis in den vergangenen 200 Jahren vollkommen gewandelt. Fur das Jahr 1992 konnten keine Inseln, dafur aber 1680 Buhnen in diesem Flusabschnitt registriert werden (Harms 1999). Ungefahr wahrend desselben Zeitraumes ist das direkt hochwasserbeeinfluste Vordeichsareal aufgrund des Deichbaus stark zuruckgegangen. Im Jahr 1994 waren 86,4 % des ursprunglichen Vordeichslandes verschwunden (Simon 1994). Oftmals wird der verbleibende Rest der rezenten Aue mehr oder weniger stark landwirtschaftlich genutzt. Grosere, vom Menschen unberuhrte Auwaldreste sind entlang der Elbe sehr rar geworden. Unter anderem aus diesem Grund wurde von der Europaischen Union ein Wiederaufforstungsprogramm (EU-Life-Projekt, Lilje 1996) und werden z.Zt. noch vom Bundesministerium fur Bildung und Forschung (BMBF) seit August 1996 zahlreiche Projekte entlang der Elbe finanziell unterstutzt (Bornhoft u. Gruber 1998, Gruber 1999).

Hochwassergebundener Schadstoffeintrag in Auen der Elbe und der Oka: Aktueller Stand eines BMBF- und UFZ-geförderten russisch-deutschen Kooperationprojektes

Im Rahmen des BMBF-geforderten Vorhabens „Wirkung von Hochwasserereignissen auf die Schadstoffbelastung von Auen und kulturwirtschaftlich genutzten Boden im Uberschwemmungsbereich von Oka und Elbe“ werden in einer weidewirtschaftlich genutzten Aue im Bereich der mittleren Elbe (Strom km 437 – 440) und in einem Auenabschnitt der Oka in der Nahe von Ryazan, ca. 700 km vor der Mundung in die Wolga, der Eintrag, die Verteilung, Retention und Wirkung von Schadstoffen untersucht. Dazu werden bei Hochwasserereignissen die Wasserphase und die Schwebstoffe kontinuierlich, i.d.R. taglich beprobt und auf ihre Gehalte an Schwermetallen analysiert. Daruberhinaus werden auf detailliert hohenvermessenen Transekten an exponierten Standorten Sedimentmatten ausgelegt, auf denen die Retention des sedimentierten und von der Grasnarbe ausgekammten Materials nach Menge und Gute (Hochflutsedimente) untersucht wird. Die Transekte sind im dichten Raster bodenkundlich kartiert und im Elbauenbereich an besonders ausgewiesenen Referenzmesstellen mit Saugkerzen in 4 Tiefen (15, 30, 60, 90 cm) zur Gewinnung von Bodenwasserproben ausgestattet. Die Untersuchung der Schadstoffbelastung wird erganzt durch Arbeiten zur Identifizierung der okotoxikologisch relevanten Verbindungen und deren mikrobiologischer Abbaubarkeit sowie zur Akkumulation von Schwermetallen in Pflanzen.

Schadstoffpufferkapazitäten von Vorlandböden an der Mittleren Elbe

Die Boden im Deichvorland der Mittleren Elbe sind durch eine Vielzahl von Schadstoffen z.T. hochgradig belastet (vgl. auch Kruger et al. 1997; Meyer u. Miehlich 1983; Meisner et al. 1994; Witter 1995, Witter et al. 1998). Die Beurteilung der Schwermetallbelastung eines Standortes allein aufgrund der erkannten Anreicherungen ist aber nicht ausreichend, da physikalische und weitere chemische Bodeneigenschaften die Mobilisierung und Verlagerbarkeit von Schwermetallen beeinflussen.

Geogene Hintergrundwerte als Bewertungsgrundlage der Schwermetallbelastungen im gesamten Elbeverlauf

Hintergrundwerte sind Konzentrationen von Stoffen in Umweltkompartimenten, die sich ohne anthropogene Einflusse eingestellt haben und damit den naturlichen Zustand charakterisieren. Im Gegensatz zu Hintergrundwerten als eine eher wertneutrale, rein geochemische Bewertungsgrundlage sind die meisten Qualitatsanforderungen von Wertvorstellungen gepragt. Hintergrundwerte sind daher im allgemeinen eine geeignete Grundlage zur Feststellung eines Referenzzustandes und nur in Ausnahmefallen auch zur Festlegung von Zielvorgaben geeignet. Eine derartige Ausnahme betrifft Zielvorgaben fur Schwermetalle zum Schutz der aquatischen Lebensgemeinschaften. Schudoma (1994) hat im Rahmen eines Auftrages des BLAK QZ (Bund/Lander-Arbeitskreises „Qualitatsziele“) herausgestellt, das die NOEC-Werte (No Observation Effect Concentration) fur empfindliche Arten der aquatischen Lebensgemeinschaften im Bereich der naturlichen Hintergrundkonzentrationen in Fliesgewassern liegen und Zielvorgaben (90-Perzentilwerte) in Hohe des doppelten oberen Hintergrundwertes aufgestellt. Zielvorgaben — und damit im Fall der Schwermetalle auch Hintergrundwerte — konnen somit eine geeignete Grundlage fur die chemische Klassifizierung der Schadstoffbelastung von Fliesgewassern darstellen (Irmer 1997).

The Use of Capillary Barriers in Landfill Covers

Different technical systems are available to cover disposal sites. Compacted soil liners and plastic liners (high density polyethylen, HDPE) are most commonly used to construct barriers. Both systems, often used in combination, have specific advantages and disadvantages. The latter essentially are: construction controlled by weather conditions, the necessity of complicated quality assurance and test programs, high costs, un-knowns with respect to the longterm stability of the systems (e.g. aging of HDPE, dessication and shrinkage of soil liners and preferential flow along macropores). Capillary barriers, in some cases, can be more efficient and cost-effective.

Influence of Oil-Contamination on N-Mineralisation in Soils

The mineralisation of soil organic matter depends on the activity of fungi and bacteria. The different organisms degrade and transform the organic matter by various processes resulting in an availability of nutrients as part natural nutrient cycles. The activity of microorganisms, and thus the intensity of mineralisation, is strongly related to the physicochemical environment (pH, temperature, water content a.o.) and the existence of appropriate substrate and energy sources. As the natural degradation of organic matter includes various hydrocarbons, microorganisms are used to purify soils and wastewater on a technical scale. Investigations of these techniques mostly focus on the degree of mineralisation caused by the activity of heterotrophic microorganisms neglecting those autotrophic organisms (e.g. nitrifying bacteria) that are not directly involved in mineralisation. The strongly increased activity of heterotrophic microorganisms in oil contaminated soil may result in a considerable change of environmental conditions for the anaerobic autotrophic nitrifying bacteria, especially with regard to oxygen supply and the availability of NH3 as electron donator for the first step of nitrification.

Auenforschung in Deutschland: Böden, Hydrologie, Schadstoffe

1UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle, Sektion Gew/isserforschung, Bri~ckstrafle 3a, D-39114 Magdeburg z.Zt. UFOP Universidade Federal de Ouro Preto, Departamento de Geologia, Campus Universitario Morro do Cruzeiro s/n, CEP 35.400-000 Ouro Preto, MG, Brasil; e-mail: ffiese@degeo.ufop.br, witter@feop.com.br 2Universit~it Hamburg, Institut fiir Bodenkunde, Allendeplatz 2, D-20146 Hamburg; e-mail: g.miehlich@ifb.uni-hamburg.de

Charakterisierung des Wasser- und Stoffhaushalts der Böden im Projektgebiet „Deichrückverlegung an der Elbe bei Lenzen“

Um die Veranderungen der naturlichen Bodenfunktionen ‘Lebensraum fur Bodenorganismen’, ‘Standort fur hohere Pflanzen’ und ‘Speicher und Transformator fur eingetragene Stoffe’ nach einer Deichruckverlegung prognostizieren zu konnen, ist es notwendig, zunachst die Eigenschaften der unterschiedlichen Standorte des Projektgebietes zu charakterisieren. Im Zentrum der Untersuchungen stehen die physikalischen Eigenschaften (Lagerungsdichte, Wasserspannungskurve, Wasserleitfahigkeit) und der Wasserhaushalt der betroffenen Auenboden. Diese Untersuchungen werden erweitert durch Bestimmungen von Nahrstoffvorraten und in der Bodenlosung zeitabhangig vorhandenen Nahrstoffgehalten. Zusammen mit den biologischen Untersuchungen soll aus der Wechselwirkung abiotischer und biotischer Prozesse ein Prognoseverfahren fur die Auengebiete entwikkelt werden. Im folgenden werden einige der bisherigen Ergebnisse zur Ist-Zustands-Erfassung zusammengefast. Die Eigenschaften der Auenboden werden primar von der Verbreitung der bodenbildenden Substrate Auensande, Auenlehme und rezenter Auen-schlamme bestimmt, in Randlagen der Auen auch von Torfen und Mudden. Wie Transektkartierungen durch das uberwiegend eingedeichte Plangebiet gezeigt haben (Grongroft et al. 1997), kommt im Normalfall auf dem machtigen sandigen Untergrund eine im Mittel 1.5 m machtige Schicht von Auenlehm vor. Bei diesem Substrat variiert die Bodenart von sandigem Lehm zu Ton. In der heutigen Gelandemorphologie lassen sich zwar noch Rinnen und Walle erkennen, die liegenden Sandschichten weisen jedoch eine wesentlich bewegtere Oberflache auf, die im Zuge der Lehm-Sedimentation eingeebnet wurde.

Einfluß einer Hochwasserwelle auf den Wassergehalt und das Redoxpotential von Auenböden an der Mittelelbe

Sehr starke Regenereignisse im Oberlauf der Elbe (und der Oder!) fuhrten im Zeitraum Juli bis August 1997 zu einem Sommerhochwasser mit einem Hochstwasserstand am Pegel Lenzen von 17,0 m NN. Folge war eine grosflachige Uberflutung des Deichvorlandes bei Lutkenwisch (Stromkilometer 475). Lediglich einzelne Kuppen des Deichvorlandes ragten noch aus den Fluten hervor. Senkenpositionen waren drei Wochen lang bis zu 1,5 m hoch uberstaut. Die Auswirkungen des Hochwassers auf den Wassergehalt (Wassersattigung) und das Redoxpotential in zwei Horizonten werden aufgezeigt.