Modelle zur Abschätzung der Resorptionsverfügbarkeit

Beurteilung des Direktpfades Boden-Mensch bei großflächigen Bodenbelastungen in Sachsen

• Ingo Müller
• Kati Kardel
• Steffen Schürer

Aufgrund großflächig erhöhter Konzentrationen an Arsen, Blei und Cadmium in naturnahen Böden liegen auf über 2.000 km² im Freistaat Sachsen Hinweise auf schädliche Bodenveränderungen vor. Diese Belastungen betreffen auch den Direktpfad Boden-Mensch, verbunden mit der Frage, ob für diese Regionen übertragbare Modelle für eine Abschätzung der Resorptionsverfügbarkeit entwickelt werden können. Dazu wurden Untersuchungen an 816 Oberbodenproben herangezogen und die Gesamtgehalte (Königswasserextraktion) und die Resorptionsverfügbarkeit nach DIN 19738 ausgewertet. Die relative Resorptionsverfügbarkeit für Cadmium lag im Mittel mit ca. 43 % deutlich über der von Blei und Arsen mit ca. 25 %. Der Zusammenhang zwischen den Gesamtgehalten und den resorptionsverfügbaren Gehalten war signifikant und hinreichend eng (r = 0,87 – 0,92), um Regressionsmodelle ableiten zu können. Zur Abschätzung der resorptionsverfügbaren Gehalte aus gemessenen Gesamtgehalten wurden unterschiedliche Wege geprüft, zum einen über die Nutzung der Werteverteilung (Perzentile) mit und ohne Anpassung von Verteilungsfunktionen, zum anderen über Regressionsfunktionen und deren Konfidenzintervalle. Das Sächsische Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie hat ein auf diese Grundlagen gestütztes Prognosemodell zur einfachen Abschätzung der Resorptionsverfügbarkeit im Internet bereitgestellt. Bei Eingabe von Analysewerten für Gesamtgehalte werden im Modell unter Angabe der Aussagesicherheit konservative Schätzwerte für die Resorptionsverfügbarkeit ausgegeben. Die Ergebnisse können bei vorliegenden Bodenbelastungen im Vollzug von großem Nutzen sein, werden aber Analysen und eine sachverständige Beurteilung nicht ersetzen können.

In an area of about 2,000 km² of the Free State of Saxony elevated concentrations of arsenic, lead and cadmium in natural soils occur, which exceed the thresholds given in the German soil protection ordinance. Contamination in this region poses health risks via the direct soil-to-human pathway thus indicating a need for an adapted model to estimate bio accessible concentrations of these metals. Therefore, top soil samples from 816 sites analyzed for pseudo-total (aqua regia extraction procedure) and bioaccessible concentration using DIN 19738 have been evaluated. Results revealed in general a higher average bioaccessibility of cadmium (43 % of pseudo-total concentration) compared to lead and arsenic (25 %). Correlations between pseudo-total and bioaccessible concentrations were very close and highly significant (r = 0.87 to 0.92), allowing to develop regression models. Different approaches were tested for their reliability in predicting bioaccessible concentration by using statistical value distribution (percentiles) on real data and adjusted statistical functions on the one hand and regression models and their confidence intervals on the other hand. A model was built up combining all aforementioned approaches and has been published by the Saxon State Office for Environment, Agriculture and Geology. By using this model, input data on pseudo-total concentration are transferred into conservative estimates for bioaccessible concentration while considering information on statistical certainty. These results could be useful for implementing regulations on contaminated soil but will neither be able to replace chemical analysis nor a competent assessment.