VDI 3957 Blatt 18-2015 Biological measuring techniques for the determination and evaluation of effects of air pollutants (biomonitoring) - Determination of nitrogen accumulation ing ef.pdf

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1、ICS 13.040.20 VDI-RICHTLINIEN Dezember 2015 December 2015 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Biologische Messverfahren zur Ermittlung und Beurteilung der Wirkung von Luftverunreinigungen (Biomonitoring) Erfassen von Stickstoffanreicherungen in der Blattflechte Parmelia sulcata zum Nachweis von Immissionswi

2、rkungen Biological measuring techniques for the determination and evaluation of effects of air pollutants (biomonitoring) Determination of nitrogen accumulation in the foliose lichen Parmelia sulcata detecting effects of ambient air pollutants VDI 3957 Blatt 18 / Part 18 Ausg. deutsch/englisch Issue

3、 German/English Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The draft of this standard has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Fe

4、deral Gazette). The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Fachbereich Umweltqualitt VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1a: Maxim

5、ale Immissions-Werte Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:07.14Entwurf, deutschFormeredition:07/14Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/ AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/ All rightsreserved

6、VereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2015Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Begriffe 4 3 Grundlage des Verfahrens . 4 4 Strategie der Beprobung 7 5 Durchfhrung des Verfahrens . 7 5.1 Trgerbume 7 5.2 Probenahme . 7 5.3 Probenaufbereitung 8 6 Beurtei

7、lung der Stickstoffgehalte 9 6.1 Statistische Auswertung . 9 6.2 Interpretation der Ergebnisse . 9 7 Dokumentation 11 8 Qualittssicherung . 11 Anhang Probenahmeprotokoll . 12 Schrifttum 14 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 3 2 Terms and definitions 4 3 Basics of the method . 4 4 Sampling

8、 strategy . 7 5 Implementation of the method. 7 5.1 Sampling trees . 7 5.2 Sampling 7 5.3 Sample preparation 8 6 Evaluation of nitrogen contents 9 6.1 Statistical analysis 9 6.2 Interpretation of the results 9 7 Documentation 11 8 Quality assurance . 11 Annex Sampling protocol 13 Bibliography 14 B97

9、4908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-12 2 VDI 3957 Blatt 18 / Part 18 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter

10、 Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts

11、und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar

12、 unter www.vdi.de/3957. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data proc

13、essing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to

14、 this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3957. Einleitung Flechten sind wechselfeuchte Organismen, die Wasser und die darin gelsten Nhr- und Schad-stoffe aufnehmen. Sie reagieren sensitiv auf Luft-schadstoffe. Insbes

15、ondere epiphytische Flechten werden seit vielen Jahrzehnten als Bioindikatoren im aktiven und passiven Monitoring von Immissi-onswirkungen verwendet 1 bis 6. Saure Immis-sionen, allen voran Schwefeldioxid, konnten in den westlichen Industrienationen in vergangenen Jahr-zehnten erheblich gemindert we

16、rden. In der Folge kehrten viele Epiphyten wieder in die Zentren der Grostdte zurck, in denen zuvor hufig gar keine epiphytischen Flechten und Moose berleben konnten. Diese Rckkehr verlief jedoch nicht in Umkehr der Verdrngung, vielmehr breiteten sich insbesondere nhrstofftolerante Arten rasch aus u

17、nd bestimmen auch heute sowohl in Stdten als auch im lndlichen Raum vielfach das Bild. Ursa-che hierfr sind atmosphrische Eintrge von mi-neralischen Stickstoffverbindungen, die zu einer lokal teils erheblichen Eutrophierung der Umwelt gefhrt haben. Ein Vergleich der Stickstoffdeposi-tion mit den Cri

18、tical Loads fr Eutrophierung zeigt, dass die Critical Loads immer noch auf fast der gesamten Flche empfindlicher kosysteme in Deutschland berschritten werden 7. Die negativen Wirkungen der Eutrophierung auf kosysteme durch luftgetragene Nhrstoffe sind vielfltig und gut dokumentiert, siehe u. a. 8 bi

19、s 11. Infolge der gewandelten Immissionssituation hat sich die epiphytische Flechtenflora in weiten Gebie-ten Mitteleuropas stark zugunsten eutrophierungsto-leranter Arten verndert 12 bis 21. Die meisten Flechtenspezies reagieren empfindlich auf reaktiven Stickstoff, insbesondere Ammoniak, der bei l

20、and-Introduction Lichens are poikilohydric organisms that take up water including any dissolved pollutants and nutri-ents. They are sensitive to air pollutants. For many decades, in particular epiphytic lichens have been applied as bioindicators within active and passive monitoring of ambient air po

21、llution 1 to 6. In recent decades, acidic immissions, most notably sulfur dioxide, could be considerably reduced in the Western industrialised nations. As a conse-quence, many epiphytes remigrated into the centres of the big cities, where in many cases afore lichens and bryophytes could not survive.

22、 This remigration process, however, was not a simple reversal of the displacement, in fact, nutrient tolerant species rap-idly spread and even today dominate the aspect in cities and in rural areas. This is due to atmospheric input of mineral nitrogen compounds which has led to a locally sometimes s

23、evere eutrophication of the environment. A comparison of nitrogen deposi-tion with critical loads for eutrophication reveals that, in Germany, the critical loads are still exceed-ed over almost the entire area of sensitive ecosys-tems 7. The negative effects of eutrophication on ecosys-tems due to a

24、irborne nutrients are multifarious and well documented, see e.g. 8 to 11. In conse-quence of the altered immission situation, in many areas of Central Europe, the epiphytic lichen flora has strongly changed for the benefit of eutrophica-tion tolerant species 12 to 21. Most lichens are sensitive to r

25、eactive nitrogen, in particular ammo-nia, which emerges from animal husbandry and, in B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-12All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 3957

26、 Blatt 18 / Part 18 3 wirtschaftlicher Tierhaltung und in geringerer Men-ge in Abgaskatalysatoren von Kraftfahrzeugen ent-steht 22. Je hher die Ammoniakimmission bzw. die Verkehrsbelastung eines Standorts, desto hher ist der Anteil von Nhrstoffzeigerarten, whrend gegenber Eutrophierung empfindliche

27、Flechten weniger hufig nachgewiesen werden 20; 21; 23; 24. Fr Flechten betragen die Jahresmittelwerte der Critical Level fr Ammoniak 1 g/m3und fr NOx wie bei den Hheren Pflanzen 30 g/m325. Zustzlich zur Vernderung des Artenspektrums eignet sich auch der Gesamtgehalt an Stickstoff (N) im Flechtenthal

28、lus als messbare Gre, um die Wirkung eutrophierender Immissionen zu erfassen 26 bis 34. Die Blattflechte Parmelia sulcata Taylor erwies sich hierfr als besonders geeignet, weil ihr N-Ge-halt mit der Hhe des Stickstoffeintrags (z. B. Ni-trat, Ammonium, Ammoniak) korreliert 27; 34; 35. smaller quantit

29、ies, from catalytic converters of motor vehicles 22. The higher the ammonia im-mission or the traffic load at a location, the higher the proportion of indicator species for atmospheric input of nutrients, while lichens sensitive to eu-trophication become less frequently detected 20; 21; 23; 24. For

30、lichens, the annual average value of the critical level for ammonia is 1 g/m3, and for NOx as for the higher plants 30 g/m325. In addition to alterations of species composition, the total content of nitrogen (N) in the lichen thal-lus is a suitable measure in order to estimate an impact of eutrophic

31、ating immissions 26 to 34. The foliose lichen Parmelia sulcata Taylor proved to be particularly suitable for this purpose because its N content is well correlated with atmospheric input of nitrogen compounds (e.g. nitrate, ammo-nium, ammonia) 27; 34; 35. 1 Anwendungsbereich Der Anwendungsbereich des

32、 Verfahrens liegt in der Erfassung biologischer Wirkungen eutro-phierender Immissionen anhand von Stickstoffan-reicherungen in der Blattflechte Parmelia sulcata. Die Richtlinie ist somit begrenzt auf Gebiete mit epiphytischen Vorkommen von vitalen Exempla-ren dieser Flechte, die zu den hufigsten epi

33、-phytischen Blattflechten in Mitteleuropa zhlt. Die Richtlinie kann beispielsweise fr folgende Zielsetzungen herangezogen werden: rumlich differenzierte Erfassung von biologi-schen Wirkungen atmosphrischer Stickstoffein-trge im stdtischen oder lndlichen Raum (z. B. bei Hinweisen auf Grenzwertberschr

34、eitungen nach der 39. BImSchV oder der TA Luft) berprfung der Wirkung von stickstoffhalti-gen Immissionen im Umfeld von Tierhaltungs-anlagen, Kraftwerken etc. berprfung der Effektivitt von Manahmen zur Minderung biologisch wirksamer Stick-stoffverbindungen Dokumentation des Istzustands (z. B. im Rah

35、-men von Genehmigungsverfahren wie Einzel-fallprfungen nach TA Luft Nr. 4.8) Fr den Fall, dass keine geeigneten Trgerbume mit Parmelia sulcata im Untersuchungsgebiet vorhanden sind, wird die Durchfhrung des akti-ven Monitorings mit den Laubmoosen Sclero- 1 Scope The scope of the method described her

36、e lies in the estimation of biological effects of eutrophicating immissions on the basis of nitrogen accumulation in the foliose lichen Parmelia sulcata. The stand-ard is thus limited to areas with occurrence of vital epiphytic specimens of this lichen which is among the most common foliose epiphyti

37、c lichens in Cen-tral Europe. The standard may be employed for example for the following objectives: spatially differentiated detection of biological effects of atmospheric nitrogen deposition in ur-ban or rural areas (e.g. at clues to exceedance of limit values according to the 39thGerman Feder-al

38、Immission Control Ordinance (BImSchV) or Technical Instructions on Air Quality Control (TA Luft) verification of effects of nitrogenous immissions in the environment of animal husbandry, power stations, etc. review of the effectiveness of measures taken to reduce the emission of biologically active

39、ni-trogen compounds documentation of the actual situation (e.g. in the context of licensing procedures as the assessment of cases according to the TA Luft no. 4.8) In case that no suitable trees with Parmelia sulcata are present in the study area, the implementation of active monitoring with the mos

40、ses Scleropodium purum or Pleurozium schreberi according to stand- B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-12 4 VDI 3957 Blatt 18 / Part 18 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldo

41、rf 2015 podium purum und Pleurozium schreberi gem Richtlinie VDI 3957 Blatt 19 empfohlen. ard VDI 3957 Part 19 is recommended. 2 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die Begriffe nach VDI 3957 Blatt 1 und die folgenden Begriffe: Critical Levels Konzentrationen von Luftschadstoffen in d

42、er At-mosphre, oberhalb derer nach dem Stand des Wissens direkte schdliche Auswirkungen auf Rezeptoren, wie Menschen, Pflanzen, kosysteme oder Materialien, zu erwarten sind 54 Critical Loads Stofffrachten, die angeben welche Menge eines Schadstoffs pro Flche und Zeitraum in ein ko-system eingetragen

43、 werden kann, ohne dass nach gegenwrtigem Wissensstand langfristige Schad-wirkungen auftreten in Anlehnung an 53 Gelndeabschnitt reprsentativer Teil des Untersuchungsgebiets, der durch Kriterien definiert wird, die qualitative und quantitative Variablen (z. B. Stadtklima, Flchen-nutzung, Bebauungsst

44、ruktur) beinhalten Beispiel: Straenzge mit hnlicher Bebauung, hnlichem Versiegelungsgrad und hnlichem Mikroklima Messpunkt Gelndeabschnitt mit Radius von 30 m, in dessen Flche sich geeignete Trgerbume mit Parmelia sulcata befinden Messwert Stickstoffgehalt einer Probe Probe Randloben eines halben Th

45、allus von Parmelia sulcata Trgerbaum Baum innerhalb eines Messpunkts, von dem Par-melia sulcata entnommen wird Untersuchungsgebiet geografisches Gebiet, in dem die Untersuchung durchgefhrt wird und das hinsichtlich Gre, Flchennutzungsklassen und Hhe detailliert be-schrieben ist in Anlehnung an DIN E

46、N 16413 2 Terms and definitions For the purposes of this standard, the terms and definitions as per VDI 3957 Part 1 as well as the following terms and definitions apply: critical levels concentrations of pollutants in the atmosphere above which direct adverse effects on receptors, such as human bein

47、gs, plants, ecosystems or mate-rials, may occur according to present knowledge adapted from 54 critical loads loads which indicate the amount of a pollutant per area and period that may be deposited in an eco-system without occurrence of long-term harmful effects according to present knowledge adapt

48、ed from 53 sector representative portion of the study area which is defined by criteria including qualitative and quanti-tative variables (e.g. urban climate, land use, struc-ture of the existing development) Example: streets similar with regard to building density, degree of ground sealing, and mic

49、roclimate measuring site sector with radius of 30 m where suitable sampling trees with Parmelia sulcata can be found measuring value nitrogen content of a sample sample peripheral lobes of half a thallus of Parmelia sul-cata sampling tree tree within a measuring site, from which Parmelia sulcata is taken study area geographical area considered by the study, and which is described in det