Wie lassen sich Schadstoffbelastungen in Fließgewässern zuverlässiger erfassen? Dieser Frage widmet sich eine aktuelle Publikation des Umweltbundesamts (UBA): „Nutzung von Effektbasierten Monitoringmethoden zur besseren Bewertung der Wirkung von Schadstoffen auf die Gewässerökologie“. Die Studie entstand im Rahmen des REFOPLAN-Forschungsprogramms des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) und wurde im Auftrag des Umweltbundesamtes von einem Forschungskonsortium aus dem Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt, der Goethe-Universität Frankfurt sowie der Mesocosm GmbH durchgeführt. Besonders ist der integrative Ansatz, der chemische Analysen, biologische Wirkungstests und ökologische Zustandsdaten systematisch miteinander verknüpft. Ziel war es, Schadstoffwirkungen in Fließgewässern umfassender zu erfassen, zu bewerten und neue Ansätze für die wasserwirtschaftliche Praxis zu prüfen.
Warum neue Monitoringmethoden nötig sind
Fließgewässer stehen unter vielfältigem Druck. Landnutzung, Klimawandel, Nährstoffeinträge und chemische Belastungen wirken oft gleichzeitig in aquatischen Lebensräumen. Die Erfassung einzelner Schadstoffe stößt dabei zunehmend an Grenzen. Weltweit sind inzwischen mehr als 350.000 Substanzen registriert. Nur ein kleiner Teil davon wird in den Gewässern analysiert. Ihre biologische Wirkung wird in klassischen chemischen Untersuchungen nicht bewertet. Zudem treten die Substanzen nicht einzeln auf, sondern als komplexe Mischungen.
Hier setzen effektbasierte Methoden an. Sie messen nicht, welche Substanzen vorhanden sind, sondern welche Wirkung die Mischung auf Organismen hat. Zum Einsatz kommen dabei In-vitro- und In-vivo-Bioassays, etwa mit Zellkulturen, Mikroorganismen, Wirbellosen oder Fischembryonen.
Zwei Praxisszenarien im Fokus
Im Projekt wurden zwei Anwendungsszenarien untersucht.
Schadstoffdynamik bei Trockenwetter und Regen
Im ersten Szenario untersuchten die Forschenden das Gewässer Alb bei Karlsruhe. Ziel war es, Belastungen unter Trockenwetter und bei Regenereignissen zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede. Während Wasserproben bei Trockenwetter überwiegend geringe toxische Effekte zeigten, kam es bei Regenereignissen zu ausgeprägten Stoßbelastungen. Dabei wurden unter anderem Pestizide, PFAS, Metalle und pharmazeutische Rückstände nachgewiesen. Parallel stieg die ökotoxikologische Wirkung deutlich an.
Unabhängig davon zeigten die Sedimentuntersuchungen entlang des Gewässers eine hohe Grundbelastung. Als wichtiger Einflussfaktor wurden hier insbesondere polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) identifiziert. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass sowohl kurzfristige Belastungsspitzen als auch längerfristig im Sediment gebundene Schadstoffe die Gewässerökologie beeinflussen.
Renaturierung und biologische Wirkung
Im zweiten Szenario wurden zehn Renaturierungsprojekte in Hessen und Bayern untersucht. Verglichen wurden renaturierte Abschnitte mit Kontrollbereichen (nicht umgestaltet). Die Renaturierungsmaßnahmen verbesserten die Gewässerstruktur deutlich. Eine vollständige biologische Erholung, insbesondere beim Makrozoobenthos, blieb jedoch vielerorts aus.
Effektbasierte Tests zeigten, dass sowohl in den renaturierten als auch in den nicht renaturierten Abschnitten belastete Sedimente vorhanden sind. Die Schadstoffe haben sich oftmals über Jahre im Sediment angereichert und können durch Renaturierungsmaßnahmen sogar wieder mobilisiert werden.
Die beiden Szenarien machen deutlich: Strukturverbesserungen allein reichen nicht immer aus. Chemische Belastungen können den ökologischen Erfolg von Renaturierungen begrenzen.
Bedeutung für die wasserwirtschaftliche Praxis
Das zweite Szenario mit Untersuchungsstandorten in Hessen und Bayern wurde von Partnern des Kompetenzzentrums Wasser Hessen durchgeführt und ausgewertet. Die Ergebnisse sind damit unmittelbar für wasserwirtschaftliche Fragestellungen in Hessen von Bedeutung.
Effektbasierte Methoden liefern zusätzliche Informationen über biologische Wirkungen, die mit chemischen Einzelstoffanalysen allein nicht sichtbar werden. Gerade mit Blick auf die Ziele der europäischen Wasserrahmenrichtlinie können diese Methoden dazu beitragen, Ursachen für ökologische Defizite genauer zu identifizieren und Maßnahmen zielgerichteter umzusetzen.
Die Studie empfiehlt deshalb, effektbasierte Methoden künftig als festen Bestandteil des Gewässermonitorings zu etablieren. Dafür braucht es standardisierte Testverfahren, belastbare Bewertungsmaßstäbe und einen intensiven Wissenstransfer zwischen Forschung, Behörden und Praxis.
Weitere Informationen
Die Publikation „Nutzung von Effektbasierten Monitoringmethoden zur besseren Bewertung der Wirkung von Schadstoffen auf die Gewässerökologie“ steht auf der Webseite des UBA zum Download zur Verfügung.