Analyse ökotoxikologischer Testergebnisse von Hamburger Elbsedimenten in Beziehung zu Schadstoffgehalten und weiteren sedimentbezogenen Parametern - Nele Martens (2019)
Ziel der vorliegenden Arbeit war herauszustellen, inwieweit die ökotoxikologischen Analyseergebnisse mit einzelnen sedimentbezogenen Parametern (z.B. Schad- und Nährstoffgehalten) korreliert sind und ob dies auf Basis vorliegender Literaturdaten kausal begründbar erscheint. Dabei sollten potentiell einflussstarke Parameter herauskristallisiert werden, deren Untersuchung im Rahmen weiterer Analysen lohnenswert erscheint. Hierfür wurde ein Datensatz an chemischen, chemisch-physikalischen und ökotoxikologischen Analyseergebnissen von Hamburger Elbsedimentproben (n = 606) aus den Jahren 2005 – 2016 statistisch analysiert. Es wurde geprüft, inwieweit die ökotoxikologischen Testergebnisse (% Effekt der Sedimentkontakttests mit Arthrobacter globiformis und Corophium volutator (DIN EN ISO 16712) sowie pT-Werte und % Effekt in Verdünnungsstufe G1 der Verfahren in Porenwasser (PW) und Eluat (EL) mit Vibrio fischeri (DIN EN ISO 11348-2), Desmodesmus subspicatus (DIN 38 412-33), Daphnia magna (DIN 38 412-30) sowie Phaeodactylum tricornutum (DIN EN ISO 10253)) mit Schadstoffgehalten im Sediment (Schwermetalle in Gesamtfraktion und Fraktion < 20 μm, organische Schadstoffe in Gesamtfraktion und Fraktion < 63 μm) sowie Begleitparametern in Sediment (z.B. Körnung) und in PW und EL (z.B. Ammonium, Leitfähigkeit) nach Spearman korreliert sind. Die Anzahl der geprüften Wertepaare beträgt 34 – 757 (mehrheitlich > 400). Da wegen des Probenumfangs schon niedrige betragsmäßige Korrelationskoeffizienten |r| signifikant sind und die Signifikanzberechnung aufgrund von Bindungen ungenau ist, wurde v.a. die Höhe der Korrelationskoeffizienten betrachtet. Es zeigte sich, dass die beiden Sedimentkontakttests zu keinem Parameter sowie die im Sediment bestimmten Begleitparameter zu keinem ökotoxikologischen Verfahren |r| ≥ 0,50 aufwiesen. Bei den Testverfahren in der Wasserphase war V. fischeri mit r = 0,68 (% Hemmung G1) und r = 0,58 (pT-Wert) mit dem Gehalt an DOC (Dissolved Organic Carbon) im EL korreliert. P. tricornutum (% Hemmung G1) korrelierte in EL mit Arsen (r = 0,52), Chrom (r = 0,52), Nickel (r = 0,52), Zink (r = 0,50) und PCDD/ PCDF (Polychlorierte Dibenzo-p-Dioxine/ - Furane) (r = 0,55) in der Gesamtfraktion sowie im PW (pT-Wert) mit der Leitfähigkeit (r = 0,53). Die meisten |r| ≥ 0,50 der vorliegenden Korrelationsanalyse traten bei D. magna und D. subspicatus in Beziehung zu Schadstoffen sowie zu Begleitparametern auf. D. subspicatus (% Hemmung G1) korrelierte z.B. im PW mit der Leitfähigkeit (r = 0,67) und mit dem Ammoniumgehalt (r = 0,80) sowie im EL mit dem DOC-Gehalt (r = 0,75) und mit dem Cadmiumgehalt (Gesamtfraktion; r = 0,59). D. magna (% Schwimmfähigkeit G1) ist im PW mit Ammonium (r = -0,70), Cadmium (Feinfraktion; r = -0,61), Zink (Feinfraktion; r = -0,59) und TeBT (Tetrabutylzinn) (Gesamtfraktion; r = -0,58) sowie im EL mit DOC (r = -0,63) und PCDD/ PCDF (Gesamtfraktion; r = -0,62) korreliert. Der pT-Wert von D. magna ist u.a. im PW mit Ammonium (r = 0,70) und im EL mit PCDD/ PCDF (Gesamtfraktion; r = 0,67) korreliert. Neben den exemplarisch genannten Beziehungen, waren auch Metabolite des DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan) in Gesamt- und Feinfraktion z.T. mit |r| ≥ 0,50 mit den Ergebnissen von D. magna und D. subspicatus korreliert. D. magna war weiterhin im PW mit dem Kupfergehalt (Feinfraktion) korreliert (pT-Wert: r = 0,51; % Schwimmfähigkeit G1: r = -0,57). Aufgrund der starken Korrelation von D. magna und D. subspicatus zum Ammonium ist unter Einbeziehung von Literaturdaten aus Laboruntersuchungen anzunehmen, dass der Gehalt am Ammonium bzw. am daraus resultierenden Ammoniak im vorliegenden PW und EL Einfluss auf die G1-Effekte und die pT-Werte der Sedimentproben haben kann. Hierbei muss berücksichtigt werden, dass auch mit dem Ammonium assoziierte Schadstoffe für die vorliegenden Korrelationen mitverantwortlich sein können. Aufgrund der vorliegenden Korrelationen und dem Vergleich der Messwerten mit dem Effects Range-Median nach Long et al. (1995) und mit dem oberen Schwellenwert nach FGG Elbe (2014) erscheinen weitere Analysen – beispielsweise hinsichtlich sedimentbezogener ökotoxikologischer Effektwerte für D. magna und D. suspicatus – v.a. für Zink, Cadmium, p,p-DDD (Dichlordiphenyldichlorethan), PCDD/ PCDF und TeBT erstrebenswert. Es bleibt zu berücksichtigen, dass die Proben diverse Substanzen – darunter auch viele nicht analysierte Schadstoffe - enthalten, die auf die ökotoxikologischen Testergebnisse einwirken können. In den Korrelationskoeffizienten spiegelt sich also keinesfalls die Wirkung eines isolierten Einzelstoffs auf einen Testorganismus wider. Auch die Bioverfügbarkeit der Schadstoffe kann von weiteren Parametern abhängig sein.