Vanadium in Böden der SchWeiz

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=ma Liebefeld-Bern Zürich-Aeckenholz

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11 3

Vanadium in Böden der SchWeiz

Le vanadium dans les sols en Suisse

' Thomas Keller und Andre. besaules

Eidgenössische Forschungsanstalt

für Agrarökologie und Landbau, Zürich-Reckenholz Institut für Umweltschutz und Landwirtschaft, Liebefeld-Bern Station födörale de recherches en agrodcologie et agriculture, Zurich-Reckenholz

Institut de.recherches en protection de l'environnement et en agriculture, Liebefeld-Berne

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Impressum:

ISSN ;1421-4393 Schriftenreihe der FAL ISBN 3-905608-15-4' •

Herausgeber; ,Eidgeneisikhe Forschungsanstalt für Agrarökologie -undlandbau, Zürich-Reckenholz, CH-8046 Zürich

mit

Institut für Umweltschutz und Landwirtschait (IUL), Liebefeld, CH-3003 Bern Redaktiön: AlbrechtSiegenthaler

Gestaltung: Elsbeth Pies, Katrin Zangger Preis Fr. 20.— inkl. Mwst.

by FAL, 1997

37582

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NatiOnale Bodenbeobachtung

• Observation national des sole

Projektleitung

.Respönsable du projet Bearbeitung

Exdcution Auftraggeber Commettant Bezugsquelle

A commender aupräs,

de

André besaules .

Bundesamt für Umweit, Wald: und LandSchaft (BUWAL); 3093 Bern Institut für Umweltschutz undr Ländwirtschaft (IU L), Liebefeld 3003 Bern

' Thomas Keller

Vanadium in Böden der Schweiz

Le vanadium dans les sols en Suisse

•

Thomas Keller und Andrö Desaules

Zürich-Reckenholz

Liebefeld-Barn

Schriftenreihe der FAL 22 Les chiers. de la ML 22..

Eidgenössische Forschungsanstalt

, für Agrarökologie und:Landbau, Zürich-Reckenholz ' Institutfürtimweltschutz und Uandwirtschaft, Liebefeld-5ern Station födörale ,de rechercheä en ägroöcologie et - agricultUre,,ZuriCh-ReCkenholz

Institut de recherches en protection de l'erivironnement et en egricultufe, Liebefeld-Berrie

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VORWORT

,Dies ist die 'erste Nummer der Schriftenreihe te sich heraus; 'dass das.NABO mit seiner Bo- der FAL, die von der neuen Forschungsanstalt denpro' benbank eine'ausgezeichnete'Gründla- für Agrarökologie und Landbay (FAL) rnit dem' ge bietet, bei Bedarf innert nützlicher Frist, Institut für UmWeltSchütz und LandwittsChaft Querschnittsuntersuchun gen für weitere•Schad- (I U4). herausgegeben. wird: Damit wird die stoffe durchzuführen. Diesem 'Bericht mit dein Schriftenreihe der FAC.Liebefeld (bis 31.12:95 ersten Beispiel Vanadium kommt diesbezüglich Eidg. Forschungsanstalt für Agrikulturchemie Modellcharakter zu.

und Umwelthygiene). weitergeführt und .durch die Tätigkeiten von Zürich-Reckenholz thema- tisch bereichert. Wir hoffen, dass bei Ihnen, ge- schätzte •Leserinnen und Leser; auch die korn- - men.den Nummern unterdem Logo der FAL ein

gutes Echo finden werden.

Im Zusammenhang mit der laufenden Revision der „Verordnung über Schadstoffe im Boden"

(VSBo, 1986,) stellte sich auch die Frage, ob und in welchem Ausmass das Schwermetall Vanadium in den Böden der Schweiz ein Um- weltproblem darstellt, und ob allenfalls ein Richtwert festgelegt werden sollte.

Vanadium wirkt bereits in kleinen Spuren für Menschen, Tiere, Pflanzen und MikroorganiS-

men toxisch. Im Gegensatz zu änderen Schwer- Eidgenössische Forsch u ngsanstalt für metallen wie Blei, Cadmium, Kupfer und Zink, Agrarökologie und Landbaci (FAL)

ist derUntersuchungs- und Kenntnisstandüber den mengenmässigen Eintrag aus verschiede- nen Quellen, den Gehalt verSchiedener Böden sowie die Ökotoxizität von Vanadium beschei- den.

Ziel dieser Arbeit war es, durch eine systemati- sche Literaturrecherche das heutige Wissen

-zusammenzutragen und durch gezielte Vana- diümanalysen von Böden eine Gefährdung der Bodenfruchtbarkeit abzuschätzen. Dazu wurden Bodenproben des Messnetzes der Nationalen Bodenbeobachtung (NAB()) verwendet.

Es zeigte sich, dess Vanadium hauptsächlich über die Verbrennung fossiler Brennstoffe und das Ausbringen von Phosphor-Schlackedün- gem in die Böden eingetragen wird. Es kommt aber auch durch die Gesteinsverwitterung na- türlich in den Böden vor. Die Literaturrecherche ergab, dass mu* wenige und vor allem keihe lan- desweit ßussagekräftigen Angaben über Vanadiumgehälte von-Böden existieren. Es stell-

Skott/L..,.

F.X. Stade/mann, Vizedirektor FAL

Für das gute Gelingen dieser Arbeit waren ausser einergeeigneten Stichprobengrundlege ein zuverlässiges Analysenlabor und eine Sach- bearbeitung mit Fachkompetenz notwendig. Die Firma Agrolab AG in Ebikon wurde rri it den Ana- lysen und Thomas Keller-am Institut für Um- weltschutz und Landwirtschaft, Liebe feld, der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Agrar- ökoleie und Landbau mit der Sachbearbeitung beauftragt. Deren Finanzietungwurde durch das Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL) sichergestellt. Ihnen, sowie allen an- deren beteilidten Personen und InStitutionen, die einen Beitrag zu dieser Arbeit geleistet haben, .danken wir bestens.

Institut für Umweltschutz und Landwirtschaft (IUL)

Der Leiter:

Schriftenreihe der FAL (22), 1997

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PREFACE

Ce travail est Je premier nuM öro des Cahiers de la FAL qui est publiö par la nouvelle Station födörale de recherches en agroöcologie et agriculture. (FAL) avec l'institut de recherches en protection de renvironnement et en agriculture (JUL). Ainsi la continuitä des Catkiers de la FAC Liebe feld (Station födörale de recherches en chimie agricole et sur l'hygiöne de l'environnementjusqdau 31 döcembre 1995) est assuräe ,et enrichie par les domaines

• d'activitä de Zurich-Reckenholz. Nous espörons, chöres lectrices et chers Iecteurs, que les numöros ä venir sous ie sigle de la FAL trouveront un echo positif.

La rövision de l'Ordonnance sur les polluants du sol (Ösol, 1986) nous a • conduit ä nous interroger sur les röpercussions du vanadium sur l'environnement. Y un risque de con- tamination des sols par /e vanadium en Suisse?

Est-il näcessaire de fixer une valeur indicative? . Tel est Je sens du prösent rapport.

Möme sous forme d'ölömönt trace, Je vanadium peut ötre toxique pour les individus, les espöces animales et vögötales at/es micro-organismes.

Contrairement ä d'autres mötaux burds tels Je plornb, Je cadmium, Je cuivre ou Je zinc, l'ötat des zonnäissances et des recherches sur les apports de vanadium, les teneürs dans diffö- rents types de sols et Pöcotoxicitö du vanadium est relativement modeste.

Ce rapport tömoigne de Peat actuel des con- naissances sur la base d'une analyse systö- matique des publications sur le vanadium.

dresse ögalement un bilan des tehe.urs en vanadium danS les sols en Suisse, ö partir d'öchantilions de sol du Röseau national d'observation des sols (NABO):

Les prinQipales sources d'a. pport de vanadium, d'origine anthropique sont les cörnbustibles fossiles et les engräis phosphatös (Scores principalement) utilisäs dans l'agriculture.,S'y ajoutent des apports d'origine göog öne dus ä ealtöration de la roche. L'analyse des publi- cations indique qu'il ri'existe que trös peu de

donnöes sur les•teneurs en vanadium dans les sols, et aucune donnäe au niveau national. La banque dehantillons du NABO constitue donc une solide base pour effectuer une premiöre övaluation rapide d'autres types de polluants.

Le präsent rapport sur Je vanadium sert d'exemple en la matiöre.

Sans la banque d'öchantillons de sols du NABO, Ja fiabilitö des analyses en laboratoire et la compötence des auteurs, ce travail n'aurait vu Je jour et je tiens ä leg en remercier chaleureuse- ment. Tous nos remerciements 0galement ä la socete Agrolab AG (Ebikon) chargäe des analyses et notamment ä Thomas Keller man- date pour la realisation de ce projet; finance par l'Office federal defe nvironnement, des foret et du paySage (OFEFP). Que touteS les personnes qui ont contribuös, directement ou insdirec- tement, ä la niise 'en oeuvre de ce projet en soient remerciöes.

Station födörale de recherches en agroöcologie et agriculture (FAL)

Institut de . recherches en protection de l'environnernent et en agriculture (IUL)

Le chef:

F.X. Stadelinann, vice-directeur FAL

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INHALTSVERZEICHNIS

1

1.1 1.2 1.3

Zusammenfassung Resume

Einlitung

Ausgangslage Ziele

Vörgehen

6 7 8

8 8 8

2 Datenlage und Grundlagen 9,

.2.1 Ergebnisse der Literaturrecherche 9

2.2 Vanadiumquellen 9

2.3 Toxikologie und Risikobeurteilung 11

3 Gehalte und Verhalten von Vanadium in Böden 13

3.1 Literaturergebnisse • 13

3.2 Ergbbnisse des" Nabp ,15

3.2.1 Analysenqualität 16

3.2.2 Gesamtübersicht :16

3.2.3 Immissionslage 19

3.2.4 Landnutzung und Bewirtschaftung 19

3.2.5 Gestein und Körnung 20

3.2.6 Humusgehait und Bodenacidität • 21

3.2.7 Korrelaticnen mit andern Elementen 21

4 Die zeitliche Veränderung der Gehalte 22

4.1 Einfluss der Schlackeridüngung '22

5 Aussagekraft und Schlussfolgerung 24

6 Literaturverzeichnis . 25.

7 Anhänge 27

Anhang A Erläuterungen zu den Kastendiagrammen 27

Ahhang B Vanadium-Gehalte hach Einflussfaktoren 29

Anhang C Standortdaten der 105 NABO-Standorte 30

Schriftenreihe der FAL (22), 1997 5

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ZUSAMMENFASSUNG

Der vorliegende Bericht gibt eine landesweite 1. Die häufigen Vanadiumgehalte (10. - 90.

Obersicht über -die Vanadiumgehalte in Böden Perzentil) in den Oberböden der NABO- der Schweiz. Gleichzeitig dokumentiert er den Standorte liegen im Bereich von 17 bis 53 mg/

heutigen Kenntnisstand und zeigt den Stellen- kg und sind im Vergleich zum Ausland relativ wert bezüglich der Gefährdung der Boden- tief. Die gerundeten Extremwerte betragen 2 fruchtbarkeit auf. Eintragsquellen, Verhalten, und 86 mg/kg. Die Reproduzierbarkeit der Toxizität und Gehälte voh Vanadium in Böden laborinternen Analysen' liegt bei durchschnitt- werden aufgrund von Literaturangaben aufge- lich (Variationskoeffizient).

zeigt. Die Litetäturergebnisse werden mit den

Resultaten des NABO-Messnetzes diskutiert 2. An 12 Standörten, davon 11 LandWirtschafts-

und beurteilt. böden, wird ,der OrientierungsWert nach

KLOKE (1980) überschritten. Erhöhte dehal- Die Literaturrecherche ergab, das S die ergie- te sind auch in torireichen Böden festzüstel- bigsten Datenquellen:Lehrbücher und Berichte len. Der Einfluss der lufthygienischen Immis- sind, die sich Zumeist auf ältere Literatur ab- sionslage konnte nicht eindeutig belegt wer- stützen. Eine thematische breit angelegte den.

Datenbankabfrage ab 1985 ergab nur sedhs bräuChbare Literaturzitate.

Als bedeutendste anthropogene Eintrags quellen sind global die Verbrennung fossiler Brennstoffe und-in Landwirtschaftsgebieten der Einsatz von Phosphor(schlacken)dünger zu 'nennen. In der Schweiz wird der atrrioSphäri-

sche Eintrag, etwa 1,3 -2 mg/m2 geschätzt, ge- genüber 100 rtig/m2 (1989) bzw. 62,5 mg/m2 (1991) durch 'Mineraldüngung. lies Verhalten von Vanadium in Böden scheint nach Literatur- angaben ähnlich träg wie jenes von Blei und Küpfer. Über die Risikobeurteilung gibt es wenig Anhaltspunkte. KLOKE (1980) hat einen örientieningswert von,50 mg/kg vorgeschlagen.

In der Literatur werden in Böden 'Vanadium- gehalte von 1 bis 530 mg/kg gefunden, die Mit- telwerte liegen meist deutlich über dem,genannten Orientierungswett.

Aufgrund der, Querschnittsuntersuchung der Böden der 105 NABO-Standorte und der Lite- ratur gelangen wir zu folgenden Ergebnissen und Schlussfolgerungen:

3. 'Die Schlackedünger stellen lokal eindeutig die Weitaus bedeutendste Eintragsquelle dar.

Diese können jährliche Gehalterhöhungen von bis zu 0;7 ppm verursachen. Die Ober- wachung der Vanediumgehalte der .Böden muss sich deshalb primär auf de'n.Einsatz der Schlackedünger konzentrieren.

4. AngeSichts der häufig relativ tiefen Vänadium- , gehälte in Böden der Schweiz und den bisher fehlenden Nachweisen von Beeinträchti- gungen unter Feldbedingüngen scheint' der Orientierungswert von 50 mg/kg für eine ErSt- beurteilung Sinnvoll.

5. Um den Regelungsbedarf für Vanadium im Bödenschutz abschliessend beurteilen zu können, genügt die vorliegende Querschhitts- untersuchung nicht. Dazu wären.speZifische Folgeuntersuchungen in Belastungsgebieten mit langjähriger Schlaökedüngung'und erhöh- ten Immissionen aus der Luft notwendig.

6 Schriftenreihe der FAL (22), 1997

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RESUME

Le present rapport dresse un bilan des teneurs en vanadium dans - les sols en' Suisse et törnoigne de retät actuel des connaissances-.

Plusieurs questions sont posöes: le vanadium peut-il porteratteinte ä la fertilite des sols? D'oü

-prövient-il?.,Comment evolue-t-il dans le söl?- Qu'en est-il de sa toxicitö et des teneurs relevees dans les solS? Pour tenter d'y räpondre, les donnöes releväes dans diverses publications sont discutöes et rapprochäes des rösultats du RöSeau d'observation national des sols (NABO).

La plupart deS donnees proViennent de manuels et de rapp,orts faisant reference ä une littörature relativement ancienne. La consultation de plusieurs banques de donnees, entamöe en 1985, indique que .seules siX 'publications peuvent etre utiles ä nos travaux.

Les combustibles fossiles et les engrais phosphates (scories prinöipalement) utilises dans ragriculture sont les principales sources dapport de vanadium d'origine anthröpique. Les apports atmosphäriques sont estimös ä 1,3 - 2 mg/m2; les apports par les engrais mineraux A 100 mg/m2 (1989) et 62,5 mg/m2 (1991). Selon certaines publications, le vanadium a un comportement relativement paSsif dans le sol, analogue ä celui du plomb et du cuivre. Nous disposons de peu d'infornnations sur revaluation des risques de contarinination par le vanadium.

KLOKE (1980) a propose une väleur d'orientation de 50 mg/kg. Les publications font ötat de feneurs en vanadium comprises entre 1 -et 530 ring/kg, la plupart des moyennes döpasserit donc de loin la valeur proposee par KLOKE.

L'analyse des rösultats obtenus sur les 105 sites du NABO et des observations consignees danS diverses publications consultöes.autorise les conclusions suivantes:

1 Les teneurs frequentes en vanadium (10e - 90e percentile) dans les couches supöheu- res des sites NABO sont comprises entre 17 et 53 mg/kg et sont relativement peu elevees si on les compare aux donnees relevees ä rötranger.'Les valeurs extremes (arrondies) vont de 2 ä 86 mg/kg.' La reproductibilite in- terne des" analyses atteint en moyenne 8%

(coefficient de variation).

2. 12 sites NABO, dont 11 sur des parcelles agricoles, prösentent un döpassement de la valeur proposee par .KLOKE. A noter egalement les valeurs ölevees 'sür des sols argileuX. L'impact des retomböes atmos- - phöriques n'est pas clairement proUve.

3. Au niveau loca1, ce sont les scories d'amendement qui representent l principale- source d'apport de vanadium dans le sol.

Elles peuvent meme entrainer une aug- mentation maximale des teneurs de 0,7 ppm par an. L'obServation dolt donc essentielle- ment porter sur l'emploi des scories d'amendement.

4: Compte tenu du fait que les teneurs en vanadium releväes en Suisse sont peu elevees et quIl n'existe pas de cas de-con- ' tamination reelle par le vanadium, la valeur d'orientation de 50 mg/kg peut etre utile pour une premiere evaruation.

5. La prösente etude ne permet pas ä eile seule d'evaluer Ja necessitö d'une reglementation des teneurs en vanadium dans le sol. Elle devralt etre completee par des etudes sur des regions contaminees par l'emploi de scohes d'amendement pendant plüsieurs annees et par des apports eleves de vanadium d'origine atmosphArique.

Schriftenreihe der PAL (22), 1997 7

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EINLEITUNG

• 1.1 AUSGANGSLAGE

Die Verordnung über Schadstoffe im Boden (VSBo 1986) regelt die Überwachung und Be urteilung der Böden mit Schadstoffen und ver- pflichtet das Institut für Umweltschutz und Land- wirtschaft (IUL) der Eidgenössischen Forsch- ungsanstalt für Agrarökologie und Landwirt- schaft (FAL) im Hinblick auf Früherkennung und Prognose ein Nationales Bodenbeobachtungs- netz (NAB()) zu betreiben. Die Beurteilung der Bodenbelastung stützt Sich dabei in erster Li- nie auf die Richtwerte. Fehlensolche, muss die Gefährdung der Bodenfruchtbarkeit vonfall zu Fall beurteilt werden. Für das Schwermetall Vanadium (V) sind weder Richtwerte, noch eine landesweite» Übersicht über die Vanadium- gehälte der Böden der Schweiz vorhanden. Eine entsprechende Untersuchung ist aber nötwen- dig, da Vanadium bereits in Spurengehalten für Menschen, Tiere und Pflanzen toxisch wirkt. In der Literatur sind nur wenige Hinweise zur Be- urteilung der Vanadiumgehalte von Böden zu finden. Bisher gibt es nur einen rechtlich unver- bindlichen Orientierungswert in Deutschland und eine Richtwertempfehlung in Österreich.

1.2 ZIELE

Der vorliegende Bericht soll eine ÜberSicht über die Vänadiumgehalte in Böden der'Schweiz geben. Die Situation soll anhand von in- und ausländischen Literaturangaben und Studien beurteilt werden. Es wird versucht, den heutigen Kenntnisstand zu dokumentieren und den Stellenwert von Vanadium bezüglich der Gefähr- dung der Bodenfruchtbarkeit so weit als mög- lich abzuschätzen und aufzuzeigen, ob in der.

Schweiz für den Schutz der Böden ein Regel- ungsbedarf für Vanadium vorhanden ist.

1.3 VORGEHEN

Mittels einer Literaturrecherche über Vanadium wird das vorhandene Wissen über Quellen, Verhaften, Toxizität Lind Gehalte in Böden im Qbärblick aufgezeigt. Die Analysenresultatelür Vanadium aus Proben der Oberböden (0 - 20 cm) der insgesamt 105 NABO-Standorte werden ausgewertet und anhand der Literatur diskutiert Und beurteilt.

(10)

DATENLAGE UND GRUNDLAGEN

2.1 ERGEBNISSE DER

• LITERATURRECHERCHE

Die Literaturrecherche ging von zwei Abfragen der Datenbank CHEMICAL ABSTRACT aus. rn einem ersten Umgang wurden Abstracts ab Publikationsjahr 1985 zum Thema „Vanadium in Böden der Schweiz ohne Geochemie" her- ausgefiltert., Im zweiten Umgang wurden wie- derum Abkracts ab Publikationsjahr 1985 zum Thema „Vanadiumin Böden ohne Schweiz" gesucht. In Tabelle 1 ist das Ergebnis dargestellt.

Die meisten Abstracts beschäftigen sich über- wiegend analytisch mit V in Böden oder behan- deln V nur nebenbei. Von den 126 angegebe- nen Abstracts konnten effektiv nur deren 6. für diesen Bericht verwendet werden. Weitere Literaturquellen waren Lehrbücher (z.B.

ALLOWAY 1995) und Berichte von Bodenmess- netzen (z.B. AOÖLR 1993). Diese Quellen waren um einiges ergiebiger. So kamen noch fünf schweizerische und sieben ausländische. Be- richte dazu.

Tabelle 1: Ergebnis der Literaturrecherche über Vanadium in Böden

. Chemical Abstract Eigene Total

Schweiz 4. (13) • 5 9 •

Ausland 2 (103) 7 9

Total 6 (126) 12 18

) alle Abstracts, die unter den verwendeten Suchkriterien angegeben wurden.

2.2 VANADIUMQUELLEN

Die Erdkruste enthält durchschnittlich ca.

150 ppm (mg/kg Trockensubstanz) Vanadium (ALLOWAY 1995). Das Element ist weltweit gleich häyfig wie Zink und Chrom und nimmt auf der Häufigkeitsliste der Elemente den 19. Platz ein. V kommt natürlich angereichert in vielen Eisen- und Titanerzen vor, doch Selten in abbauwürdiger Konzentration, ferner in Bau- xiten und Phosphaten (NZZ 1987). Eigentliche V-Mineralien sind Vanedinit Pb5(VO4)3CI sowie Carnotit, K(UO2)VO4 3/2 H20, das auch als Uranerz gesucht ist. Doch der grösste Teil der Reserven liegt in der Form von titanhaltigem Ei-

senerz vor, das 1,5 bis 1,8 % V enthält. Erdöl, Asphalt, Kohle und Braunkohlen enthalten teilweise ebenfalls erhöhte V-Gehalte. Tabelle 2 gibt einen Überblick über die V-Gehalte verschiedener Primär- und Sekundärquellen. Ex- treM hohe Konzentrationen weisen dabei alte marine Seesedimente (Serpiano marls und La Luna mara Limestone) und 'Phosphordünger auf.

Durch Vulkanstaub, Winderosion und marine Aerosole wird V natürlich in andere Umwelt- kompartimente, vor allem in die Atmosphäre, eingetragen. Die natürlichen V-Emissionen betragen jährlich 65'000 t (BRUNNER et al. 1992, MERIAN 1991). Die Verbrennung von Energie- trägern verursacht einen Weiteren sekundären Eintrag in die Atmosphäre von 50'000 t/Jahr.

Über Nahrungs- *und Landwirtschaftsabfälle • gelangen weitere 20'000 t/Jahr auf den Boden.

Die globalen V-Einträge werden auf 110'000 t/

Jahr (SCHMID-GROB et al. 1993) bis 130'000 t/

Jahr (BRUNNER et al. 1992) geschätzt.

In der Schweiz wurden 1979 durch die Verbren- nungfossiler Brennstoffe rund 80 t V in die At- mosphäre emittiert (BRUNNER et al. 1992). In- zwischen hat diese Quelle an Bedeutung verlo- ren, da der Konsum des Schweröls (45 ppm V) zugunsten des Heizöls extra leicht (8 ppm zurückgegangen ist. Die Deposition von 80 t auf die gesamte Landesfläche Von 40'000 km2 er- gibt eine Depositionsrate von 2 mg/rri2 bzw.

20 g/ha. SCHMID-GROB et at. (1-993) haben in einer Untersuchung zur Deposition von Luft- schadstoffen in der Schweiz mit Moosanalysen festgestellt, dass die V-Gehalte von Moosen in den Südalpen signifikant höher und in den Zentralalpen signifikant tiefer sind als in derrest- lichen Schweiz. Die hausgemachten Emissio- nen, die hohen Niedersdhläge, die Topografie sowie der Ferntransport aus dem Ballungsraum Mailand sind the wahrscheinlichen Ursachen dieSer höheren Gehalte in den Südalpen. Im Gegensatz dazu bewirken diegeringen Nieder- schläge, die schwäche Besiedlung und Indu- strialisierungeowie der Umstand, dass das Ge- biet durch die beidseitigen Bergkämme abge- schirmt ist, tiefere Gehalte in den Zentralälpen.

Schriftenreihe der FAL (22), 1997 9

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Tabelle 2: Vanadiumgehalte verschiedener Primär- und Sekundärquellen

Vanadiumquellen Bereich [ppm] Mittelwert [ppm] Literaturquelle

Erdkruste: 150 Alloway 1995

160 Bowen 1979

Gesteine:

- Magmatite:

Granit ' Granit Basalt Basalt

Red mica (Glimmer) Green mica (Glimmer) - Sedimente:

Sediment Sandstone Limestone Serpiano marls

La Luna mara limestone Marine clays

Shale (Tonschiefer) Schiefer

Schiefer

Carbonathaltiger Schiefer Carbonates

Phosphorites

2'620 - 3'000 1'000 - 1'120

109 - 250 1 -100

72 Taylor 1964 in Bowen 1979 35 Flanagan 1973 in Bowen 1979 250 Taylor 1964 in Bowen 1979 400 Flanagan 1973 in Bowen 1979 132 van der Plas & Doesburg 1987 900 van der Plas & poesburg 1987

105 Chester & Aston 1976, Wedepohl 1968, Wedepohl 1969- 1974 in Bowen 1979

20, Bowen 1979

45 Bowen 1979

Prennovic et al. 1986 , Premovic et al. 1986

120 Chester & Aston 1976, Wedepohl 1968, Wedepohl 1969 - 1974-in Bowen 1979 130 Chester & Aston 1976, Wedepohl 1968,

Wedepohl 1969 -1974 in Bowen 1979

-Kabata-Pendies & Pendias 1992

130 Bowen 1979

Wedepohl 1971 in Prennovic et al.1986 20 Chester & Aston 1976, Wedepohl 1968, Wedepohl 1969- 1974 in Bowen 1979

300 Bowen 1.979

Hydro- / Atmosphäre:

Regen / Schnee Wasser

Frischwasser

Luft 0,0015 - 2'000 ng/m3

0;003 0,0025 0,0005

• Atteia et all 1992 Bowen 1979 Bowen 1979 Bowen 1979 Pflanzen:

Landpflanzen Gras

Gemüse Gemüse

0,001 - 0,5 0,5

Bowen 1979

1,4 Adriano 1986

Bowen 1979 0,84 Adriano 1986 Moos (Hypnym cupressifornne,

Hylocomiun splenderis) 1,2 - 4,6 1). Schmid-Grob et al. 1993, (Foss'ile) ,

Petrol Kohl Kohle Schweröl Diesel

Heizöl extra leicht Benzin

_Holz

2 - 130

50 20 70 45 8 8 0,1 0,5

Bowen 1979 Bowen 1979 Brunner et al. 1992 Brunner et al. 1992 Brunner et al. 1992 Brunner et al. 1992 Brunner et al. 1992 Brunner et al. 1992 Dünger:

Schlackedünger & •

Thomasmehl • 1'000 - 12'000 Thomasphosphat & ,

P-Mehrnährstoffdünger 3'000 6'000 • Thomasmehl 15 %

Thomaskorn 24 % Thomasphosphat 15 %

restliche Phosphatdünger <200

5'680 1'490 6'300 "

Brunner et al., 1992 Brunner et al. 1992 Gsponer 1990 Gsponer 1990 BuyvAL 1991

BUWAL 1991, Gspöner 1990'

»10 bis 90 °A-Perzetil

10 ,Scbrifienreihe derFAL (22), 1997

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per Eintrag durch die Düngung (Schlackedün- ger) hat vor allem regionale Bedeutung. 1989 gelangten noch ca. 400 t V durch Schlacke- dünger auf die Böden (BRUNNER et al. 1992).

199'1 hat sich die Menge um rund 1/3 auf 250 t gesenkt. Eine weitere Quelle stellt der Belags- abrieb von Asphaltstrassen dar, dieser ist aber nur kleinräumig und beschränkt sich auf die Strassenränder.

Aus Tabelle 3 ist die Bedeutüng der Schlacke- dünger alS hauptsächliche V-Quelle offensicht- lich. Die V-Einträge in den Boden aus Tabelle 3 ergeben eine jährliche Erhöhung des V-Gehäl- tes von 0,2 bis 0,3 ppm. Neben den Schlacke- düngern ist die Verbrennung fossiler-Brennstof- fe die wichtigste Quelle für V-Einträge in den Boden.

Tabelle 3: Zusammenstellung sämtlicher Vanadiumeintrags- mengen [mg/m2] in die Böden der Schweiz (nach BRUNNER et al. 1992)

Atmosphärischer Mineraldünger') natürliche Gesamtfracht Eintrag 1989 11991 Rate 1989/ 1991 1,3- 2 100 / 62,5 0,4 - 0,6 102 / 65 ) Gemäss BRUNNER et al. '(1992) werden Schlackedünger vor allem auf

offenem Ackerland und Kunstwiese eingesetzt, was eine Fläche von 4000 km, ergiebt.

2.3 TOXIKOLOGIE UND RISIKOBEURTEILUNG

Über die Funktion des V bei Mikroörganismen, Pflanzen, Tieren und Menschen ist noch wenig bekannt, dementsprechend redundant sind die Angaben aus der Literatur. Es scheint jedoch erwiesen, dass V für verschiedene Bakterien.

und Algen essentiell ist (ADRIAN() 1986, KABATA-PENDIAS & PENDIAS 1992, BOWEN.

1979). Algen benötigen V zur Photosynthese.

ADRIAN() (1986)' ist der Ansicht, dass V für höhere Pflanzen nicht essentiell ist. KABATA- PENDIAS & PENDIAS (1992) betrachten die Essentiälität für Pflanzen als noch nicht sicher und JURITSCH & WIENER (1992) bescheinigen dem V eine gewisse Essentialität für man- che Pflanzen; so soll es. bei der N2-Fixation der Leguminösen beteiligt sein. ADRIANO (1986) schreibt dem V nur eine Ersatzfunktion bei der N2-Fixation zu, indem V bei der: N2-Fixation durch Azotobacter Molybdän in der Nitrogenase er- setzen kann, aber nicht so wirksam ist. Bei den Wirbeltieren scheint V für Hühner, Ratten und

Ziegen essentiell zu sein. Bisher wurden nur bei diesen Tieren Mangelerscheinungen festgestellt (BRUNNER et al. 1992). Beim Mensch vermu- tet man eine wesentliche Biofunktion, doch sind biSher keine Mangelerscheinungen bekannt (JURITSCH & WIENER 1992).

Für bestimmte Organismen sind erhöhte Dosen von V jedoch toxisch. Dosis-Wirkungsversuone der mikrobiellen Bodenatmung in einem sauren (pH 5,7), humusarmen (1,3 % org. Substanz), Sandig-lehmigen Ackerboden mit. Könzentra- tionsreilien der 11 Schwermetalle Pb, Cd, Cr, Co, Cu, Mo, Ni, Hg, TI, V und Zn haben ergeben, dass V zusammen mit Cr nach Hg am zweitstärksten die Bodenatmung unterdrückt (STADELMANN & SANTSCHI-FVHRIMANN 1987). Geringe V-Zunahmen führen zu einer möglicherweise stressbedingten Stimulation der Bodenatmung und bei hohen Konzentrationen scheinen sich mit der Zeit V-resistente Bak- terienstämme zu bilden.

Die Phytotoxizität von V ist unter Feldbedin- gungennicht belegt. Jedoch können Nährlösun- gen bereits ab 0,5 ppm und Bodenlösungen erst ab 140 ppm phytotoxisch. sein (GOUGH el al.

1979 in KABATA-PENDIAS & PENDIAS 1992).

Andere Literaturquellen berichten, dass V für Pflanzen ab einer Lösungskonzentration von 10 bis 40 ppm toxisch wirken (BOWEN 1979, EDELMANN & DE BRUIN 1986 und JURITSCH

& WIENER 1992).

Für die Zootoxizität sind vor allem bodenauf- nehmende Tiere von Bedeutung. Über die V- Toxizität bei Bodentieren - insbesondere Regen- würmern - haben wir keine Angaben gefunden.

Bei Ratten kann eine Aufnahme von 0,25 mg/

Tag toxisch und eine solche ab ab 2 bis 4 mg/

Tag letal wirken (EDELMANN & DE BRUIN 1986, BOWEN 1979), wobei kleine Säugetiere V besser ertragen als .grössere. BRUNNER et al. (1992) bescheinigen dem V eine deutlich höhere Giftigkeit; so soll eine giftige, Wirkung bei Ratten, Kaninchen und Rindern bereits ab 0,05 bis 1 mg/kg und Taä feststellbar sein und der Schwellenwert für physiologische Störungen der Ratte bei 0,05 mg/kg und Tag liegen.

Als humantoxisch gelten V-Aufnahmen von 18 mg/Tag (BOWEN 1979), während 300 ug/

Tag noph verantwortbar sein sollen (BRUNNER et al. .1992). Die durchschnittliche tägliche

Schriftenreihe der PAL (22), 1997 11

(13)

Aufnahme beträgt ca. 30 ktg/Tag (BRUNNER et al. 1992). Trotzdem sind in der Verordnung über Fremd- und Inhaltsstoffe (FIV 1995) keine Angaben über zugelassene Höchstkonzen- trationen von V zu finden. Die Toxizität ist ab- hängig von der Form in der V vorliegt und steigt mit der Oxidationsstufe.

Zur Risikobeurteilung von V in Böden gibt es wenig Anhaltspunkte. KLOKE (1980) hat als obere tolerierbare Konzentration einen Örien- tierungswert von 50 mg/kg postuliert. Das öster:- reichische Normierungsinstitut hät -den gleichen Gehalt als Richtwertempfehlung aufgenommen (ÖNORM 1993). BRUNNER et al. (1992) un- tersuchten speziell den Richtwertbedarf für V.

Sie kamen zum Schluss, 'dass der anthropogene Eintrag fast nur auf den Schlackedünger- einsatz zurückzuführen ist, und :dieser zü be- grenzen wäre. Richtwerte lehnen Sie generell ab, weil sie naturwissenschaftlich nicht haltbar sind' und 'prinzipiell die nachhaltige Beeinträch- tigung der Böden zulassen.

(14)

GEHALTE UND VERHALTEN VON VANADIUM IN BÖDEN

•

3.1 LITERATURERGEBNISSE

In Tabelle 4 Sind Angaben über V-Gehalte vet- schiedener Böden zusammengestellt. ES-zeigt sich .deutlich, dass das Spektrum der Gehalte sehr breit ist; es reicht von 1 - 530 ppm. Aber auch die Mittelwerte weisen mit 5 - 220 ppm eine grosse Streuung auf und liegen meist deutlich Ober dem tolerietbaren Orientierungswert von 5Q mg/kg nach KLOKE (1980).

Im Folgenden werden Zusammenhänge Zwi- schen 'V-Gehalten von Böden und verschiedenen Einflussfaktoren dargestellt. Dabei muss aber berücksichtigt werden, dass Sich die na- türlichen und zivilisationsbedingten Faktoren stets mehr oder werliger stark überlagern.- IMMISSIONSLAGE

Die Bodehzustandsinventur des Landes' Salz- burg geigt in dichtbesiedelten 'sBegirken vergleichsweise höhere V-Gehalte. Ein weiterer Hinweis für anthropogene V-Anreicherungen sind erhöhte Gehalte im Oberboden voh Moo- ren (JURITSCH & WIENER 1992). Im 'Kanton St. Gallen dagegen gelang es nicht, den Einfluss der Siedlungsnähe zu belegen (AFU SG 1996, Tabelle 4). Die hjrpothetische Klassierung der Immissionslage nach Emittenten bzw. Sied lungsnähe stimmt oft nicht mit den effektiven Immissionen überein, wie näherungsweise anhand von Depositionsmessungen gezeigt werden kann (BUWAL 1993), denn die atmosphä- rischen Einflüsse wie Windrichtung usw., sind dabei nicht berücksichtigt.

LANDNUTZLAG UND BEWIRTSCHAFTUNG Im Land 8alzburg wiesen nur Waldböden aufgrund der sehr niedrigen V-Gehalte in der Humusauflage signifikant tiefere V-Gehalte als landwirtschaftlich genutzte Böden auf (JURITSCH & WIENER 1992). Dass sich Land- wirtschaftsböden nicht stärker abheben, er- staunt äufgrund der Bedeutung der Schlacke- dünger als V-Eintragsquellen (Kap. 2.2, Tabel- le 3).

GESTEIN UND KÖRNUNG ,

Die Bodenzustandsinventur des Landes-Salz- burg gibt signifikante gesteinsbedingte Gehalt- unterschiede in folgender, steigender'Reihen- folge an: Moore < Karbonatgesteine < basenar- rne Siliketgesteine < basenreiche- und tonreiche Gesteine (JURITSCH & WIENER 1992). Die- ser Befund stimmt rnit anderen Literaturanga- ben überein (Tabelle 2). Eine Untersuchung zur Schadstoffbelastüng siedlungsnaher Landwirt- schaftsböden mit 12 Schwermetallen im Kan- ton St. Gallen ergab, dass die verhälthismäSsig 'grössten Unterschiede zwischen den geologi2 schen Gruppen beim V auftraten. Böden auf Molesse wiesen 60 bis 80 % mehr V auf als Böden auf Moräne und,Alluvium von Rhein und

‘Seez oder den Gesteinen des' Paläzoikums (AFU SG, Tabelle 4). Böden aus feinkörnigen Sedimenten weisen vergleichsweise höhere V- Gehalte auf (ADRIANO 1988).

HUMUSGEHALT UND BODENACIDITÄT Wie oben erwähnt stellen JURITSCH & WIE- NER (1992) in Waldhumusauflagen und orga- nischen Böden gegenüber mineralischen Bö- den geringe \'-Gehalte fest. :Das würde bedeuten, dass mitzunehmendem Humusgehalt eine entsprechende Verdünnung der V-Gehalte ein- herginge. Dies steht vordergründig im Wider- spruch mit den teilweise hohen V-Gehalten in fossilen Brennstoffen (Tabelle 2). Möglicherwei- se handelt es sich dabei aber um Rückstands- konzentrationen. JURITSCH &WIENER (1992) stellen in den Salzbürger Oberböden nur in extrem sauren Böden (Eisenpufferbereich) unter Wald eine Abnahme der'V-Gehalte fest.

KORRELATION MIT ANDEREN ELEMENTEN

In der Bodenzustandsinventur des Landes Salz- burg (JURITSCH & WIENER 1992) wird eine 'lineare Korrelation der Gehalte von V 'Tilt Cr, Co und Al ausgewiesen. Mit der Zunahme von Ni nimmt V ab. Demgegenüber findet die Studie aus dem Kanton St. Gallen (AFU SG 1996) keine Zusammenhänge mit anderen Schwermetallen.

Schriftehreihe der FAL (22), 1997. 13

(15)

Madagaskar ehemalige U,cISSR Tschad

ehemalige UdSSR

48-- 180 20- 100

103 Nalovic & Pinta 1970 2)

18 Lukashev•& Pietukhova 1974 2)

— Aubert & Pinta 1963 2) 118 Prikhodko 1977 2)

Fluvisol Gleyböden

Tabelle 4: Zusammenstellung von Vanidiumgehalten in Böden

BoCien Region Bereich [ppm] Mittelwert [ppm] Quelle

Allgemein: 3 - 250. Pratt 1965a in Adriano 1986

20 - 500 Swaine 1955 in Alloway 1995

3,- 590 .90 Bowen 1979

< 3 - 300 Ruppert 1990 in Martin et al. 1991 Böden nach Gesteinen:

mafischen Gesteine 'Grossbritannien Schiefer & Olivingabbro •Schottland

Serpentin Schottland

Sandstein v Schottland

Granit Schottland

360 - 460 Ure et al. 1979 2)

200 Thornton & Webb 1980 in Adriano 1986 100 Thornton & Webb 1980 in Adriano 1986 60 Thornton & Webb 1980 in Adriano 1986 20 Thornton & Webb 1980 in Adriano 1986 Podsole und Sandböden Grossbritannien

Madagaskar Neuseeland Polen

eherhalige UdSSR

58- 91 . — Ure et al. 1979 2)

-,- 75 Nalovic & Pinta 1970 2)

160 - 220 Wells 1960 2).

10 -27 • —, Kabäta-Pendias & Piotrowska 1971 2) 10 -260 103 ' Dobritskaya 1969, Lukashev & Pietukhova

1974, Illyn 1987 2)

250 Swaine & Mitchell 1960, Wyttenbach et al.

1991. in Brunner et al. 1992 Löss und Sandböden Neuseeland

•Polen

ehemalige UdSSR

27 - 110

185 57

Wells 1960

Kabata-Pendias & Piotrowska 1971 2) Lukashev & Pietukhova 1974 2)

Lehm, und Tonböden Tschad Madagaskar Neuseeland ehemalige UdSSR USA

15 - 50 150 -330

34 - 21p 20 - 150

95

87

Aubert & Pinta 1963 2)

Nalovic & Pinta 1970 2)

Wells 1960 2)

Dobritskaya 1969, Lukashev & Pietukhova 1974, Prikhodko 1977, Shakuri 1978 2)

Shacklette & Boerngen 1984 2)

Rendzinas China 21 - 500 220 Quiping et al. 1984 2)

Irland 35 - 85 Fleming et al. 1968 2)

USA 10- 150 72 Shacklette & Boerngen 1984 2)

Kastanozems & Irland 25 - 55 Fleming et ah 1968 2)

Braunerde Madagaskar 125 Nalovic & Pinta 1970 2)

ehemalige UdSSR 56 Shakuri 1978 2)

Braunerde 70 Swaine & Mitchell 1960, Wyttenbach et al.

1991 in Brunner etal. 1992

Ferrasols Mädagaskar

(Roterde) Tschad -

ehemalige UdSSR

28 - 530 20- 250' 42 - 360

137 Nalovic & Pinta 1970 2) Aubert & Pinta 1963 2)

Dobritskaya 1969 2)

Solonchaks' & Solonetz Tschad

(Salz- & Natriumböden) ehemalige UdSSR

55 - 260 78 - 99

Aubert & Pinta 1963 2)

88 Jakushevskaya & Martynienko 1972 2)

Chernozem (SchwarZerde)

ehemalige. UdSSR 37— 125 85 Adierikgin et al. 1978,'Dobritskaya 1969, Jakushevskaya & Martynienko 1972, Shakuri 1978, Iliyn 1987, Protasova &

Kopayeva 1985 2)

USA - 30-- 150 92 Shacklette & Boerngen 1984 2)

Histosols Dänemark 6,3- - 10 e,1 Aaby & Jacobsen 1978 2)

(Moorböden) Schweden 19 - 22 — Tylor 1976b 2)

ehemalige UdSSR . - ' 5 Lukashev & Pietukhova 1974 2)

USA < 7 - 150 38 Shacklette & Boerngen 1984 2)

Wiesenböden ehemalige UdSSR 85— 380 190 Prikhodko 1977, Shakuri 1978 2)

Waldböden China

ehemalige UdSSR

92 Fang et al. 1963 2)

145 Adierikhin et al. 1978, Prikhodko 1977, Shakuri 1978 2)

85 Shadklette &,Boerngen 1984 2)

90 Swaine & Mitchell 1960, Wyttenbach et al.

1991 in Brunner et al. 1992

USA 15- 200

e•

(16)

Versch. Böden

15 - 200 25- 172 10- 200 19- 320 4,1 - 126 14 - 122

166 76 75 41 51

20-250 4,0 - 310 117 - 119 5Ö - 87 0,7 - 98

..- 18,4

69

• 58 -

Adriano 1986

Archer 1963, Ure & Bacon 1978 2⁾ Bini et al. 1988 2)

McKeague & Wolynetz 1.980 2) Nalovic,& Pinta 1970 2)

Edelmann & De Bruin,1986 2) AoöLR 1993

AoöLR 1993 Aichberger 1980 2⁾ Juritsch & Wiener 1992

Dudka & Marked 19e in Alloway 1995 2)^‘ Mitchell 1971 in Alloway 1995 2⁾

Andersson 1977 2) Ryglewicz 1988 2)

.Gribovskaya,1971 2) Parker et al. 1978 2) Adriano 1986 Asien

Grossbritannien Italien

Kanada Madagaskar Niederlande

Oberösterreich (Acker) Oberösterreich (\Niese)

Österreich 7 - 200

Österreich Salzburg 1 - 246 Polen

Schottland . Schweden

Tschechoslowakei ehemalige UdSSR USA

USA

Boden Region Bereich [ppm] Mittelwert [ppml Quelle

Schweiz

"siedelungsnah St. Gallen 25,8" AfU SG 1996

Peripherie St. Gallen 27,0 ') AfU SG 1996

siedlungsfern St. Gallen 26,3 1) MU SG 1996

auf Molasse St. Gallen 35,8 1) AfU SG 1996

auf Moräne auf paläozoischen

St. Gallen 22,9 1) AfU SG 1996.

Sedimenten St. Gallen 19,91) AfU SG 1996

auf Alluvium St. Gallen 22,4 1) AfU SG 1996

Waldboden Waadt 139 1) Atteia et al. 1992

auf Molasse Waadt 55 1) Atteia et al. 1992 '

1) Median 2) aus KABATA-PENDIAS & PENDIAS (1992)

VERHALTEN IM'BODEN

Die Gehalte von V in Böden lassen sich einerseits über den anthropogenen Eintragaber auch über dessen geodhemisches Verhalten in Böden erklären. Ober das Verhalten von V in Böden ist allerdings wehig bekannt wie in der Literatur be- tont wird (ADRIAN° 1986 KABATA-PENDIAS &

PENDIAS 1.992 und ALLOWAY 1995). Der folgende Überblick stammt aus den genannten Literaturquellen. Das geochemische Verhalten von V ist, wie bei andern Schwermetallen, stark von der Oxidationsstufe und der Bodenreaktion abhängig. Die Anion-en von V5+ sind über einen weiten pH-Bereich löslich und gelten -als mobile V-Form in Böden. Foldende Faktoren führen zur .Immobilisierung von V:

o Anwesenheit von reduzierenden Agenzien wie z.B. organische Substanz

o Adsorbtion an Tonmineralien sowie an Alumi- nium-, Eisen- und Manganoxiden und Hydro- xiden

O Lokale Konzentrationen-von Elementen, die un- lösliche Vanadate bilden wi,e z.B: Ca

O Anwesenheit von Al- oder Fe-lonen

0 Fällung durch die Anwesenheit von Uranyl (UO2)2+-Kationen

Dies führt dazu, dass V in Böden kaum mobil ist. In Podsolen erfolgt eine V-Verlagerung zusammen mit d.erh'Humus und Eisen, sonst aber ist die vertikale Verteilung in den Böden relativ uniform. Die Mobilität liegt im gleichen Rahmen wie bei Cu und Pb (ATTEIA et al. 1992), und erst im extrem sauren Eisenpufferbereich wird löslich (JURITSCH & WIENER 1992). Die Pflanzenverfügbarkeit gilt entsprechend als gering und wird mit weniger als 1 % angegeben (BRUNNER et al. 1992).

3.2 ERGEBNISSE DES NABO

In, einem ersten Bericht (BUWAL 1993) wurde der Aufbau des NABO und die Ergebnissevon Pb, Cu, Cd, Cr, Co, Ni, Hg, Zn und F an 102 Standorten ausführlich dargestellt' und diskutiert. Mittlerweile umfasst das NABO-Netz 105 Standorte. In dieser Ergänzungsuntersuchung wurden die sogenannten Totalgehalte (2M HNO3-Extrakt) nach VSBo (1986) von V in je einer Mischpr,obe der 100 m2 umfassenden Referenzflächen aus dem Oberboden (0 - 20 cm) aller 105 Standorte bestimmt

gchrifteneeihe.er PAL (22), 1997 '15

(17)

3.2.1 - ANALYSENQUALITÄT

Die Vergleichbarkeit der Analysenresultate der verschiedenen Datenquellen ist nicht gegeben, weil verschiedene Analysenmethoden zur An- wendung kamen. Die Resultate können deshalb nur derOrientierung dienen. Die V-Analysen der NABO-Proben wurden in einem Auftragslabor unter Wiederholbedingungen durchgeführt. Um die Analysenqualität der Daten beurteilen zu köKnen, wurde einerseits die Wiederholbarkeit geprüft, indem rund '1.0 .% der Proben als echte Wiederholungen doppelt analysiert wurden (Ta7 belle 5). Andererseits wurde eine eigene Kon- trollprobe und zwei zertifizierte Referenzproben ' aus Tsdhechien (CMI 1995) dreifach analysiert, um damit Aussagen über •die Richtigkeit der Werte machen 'zu können (Tabelle 6). Gemäss VSBo (1986) werden die Schwermetalle aus

Tabelle 5: Daten zur Wiederholbarkeit der Vänadiumanalysen Probe Wert 1

[mg/kg]

Wert 2 [mg/kg]

Mittelwert [mg/kg]

Abw.v.

Mittelwert [%]

Conthey 145 13,5 14,0 3,3

Gals 35,5 30,7 33,1 7,1

Ins 57,9 41,8 . 49,9 16,2

Mühlebach. 22,3 17,2 19,8 12,9

Mollis 53,4 . 51,6 52,5 1,7

-St. Cierges 14,9 16,5 15,7 5,0

Mels . 18,2 21,0 - 19,6 7,1

Winterthur . 22,2 19,5 208 " 6,3

Pailly 26,0 28,9 27,5 5,3

Campo 47,2 52,7 49,9 5,6

Küssnacht 42,4 29,8 36,1 17,5

Mischproben, die in Umluft von 40 °C getrocknet wurden, analysiert. Die tschechischen Referenzwerte geben den Gehalt aber in mg/

kg TS an, deshalb sind inTabelle 6 die Analyse- werte der CRM-Proben auch auf den Trocken- substanzgehalt umgerechnet wurden.

Die Werte der VViederholbarkeitsproben wei- then zwischen 1,7 und 17,5:% vom Mittelwert ab, durchschnittlich 8 %. Aus dieser kleinen Datehmenge geht nicht hervor, inwieweit die Streuung der Resultate von der Konzentration abhängig ist.

Der «Variationskoeffizient (VC) der eigenen Kontrollprobe ist mit 15 % relativ hoch. Hinge- gen könnten die zwei zertifizierteh Proben (CMI 1995) sehr genau bestimmt werden. Sowohl der VC innerhalb der Probe als auch die Differenz zum Referenzwert sind gering.

3.2;2 GESAMTÜBERSICHT

In- Tabelle 7 sind die Ergebnisse deC NABO im Überblidk jenen aus dem Kanton St Gallen ge- genüergestellt. Beide Datenkollektive stammen von derselben Extraktionsmethode (2M HNO3). Trotz unterschiedlicher regionaler Aus- . dehnung und Prot;enzai-den sind die Gehalte

sehr ähnlich und liegen wahrscheinliCh zumeist innerhalb der Vergleichsstreuung.

Figur 1 zeigt die V-Gehalte der Oberböden des NABO in ihrer geographischen Verbreitung. Die einzige regionale Tendenz sind geringere Ge- halte im inneralpinen Raum. Die Standorte, welche' den Orientieruhgswert von 50 mg/kg nach KLOKE• (1980) überschreiten, sind in Ta- belle 7 aufgeführt. Die entsprechenden Labor- und Standortdaten sind in den Anhängen B und C zu finden.

Tabelle 6: Dater'. zur Wiederholbarkeit der Vanadiumanalysen Probe . Wert 1 ,

[mg/kg]

Wert 2 [mg/kg]

Wert 3 [mg/kg]

MW [mg/kg]

S.

[mg/kg]

VC [%]

MWkorr.

[mg/kg 'M]1)

Referenz [mg/kg TS] •

diff. Ref. ' rid2) Kontrolle (IUL) • 20,0. 16,5 22,4 19,6 2,99 15,2

CRM N9. 7002 39,0 38,2 39,9 39,0 0,86 2,2 39,7 37,7 5,3

CRM No. 7904 48,2 ' • 48,2 48,8 48,4 0,36 0,7 49,6. 48,9 1,4

') Ca die Analysenresultate aus Mischproben stammen, die in Umluft von 49 °C getrocknet,wurden (VSBo 1986), und die Referenzwerte in mg/kg TS beziffert sind, muSsten die Resultate auf mg/kg TS umgerechnet werden.

Abweichung zum Referenzwert

CRM = Certified reference materials of soils (CMI 1995)

(18)

;.

AAL

bA

• WEE22222=28228M2ME

Zürich-Reckenholz • Liebefeld-Bern

,

Ko trig naa •

Vanadium in Böden der Schweiz

Le vanadium dans les sols en suisse

- t . .

,Eidgenössische Forschungsanstalt für Agrarökologie und Landbau Institut für UrnweltschütiUnd Landwirtschaft IUL"

Statioh f4deäle,de recherchesemagrodcötogieetagricutture

4". • Institut de.recheMhee en preteetion de renvironnement et erIagricniture ^IUL

Thomas Keller und Andre Desaules

- Seite 16, keitel 3.2:2, 2. Abschnitt:

...sind ip Tabelle 8 (falsch Tabelle 7) aufgeführt.

s.

Seite 16^,Tabelle 6: Richtiger tabellentitef.

Tabelle 6: Daten Zur Richtigkeit der Vanadiumanalysen - • •

Seite.30,, korrigierter Tabellenkopf der Tabelle 14

Tabelle 14: Standortdaten der 105.NABÖ-Standorte oho( der •V-Gehalte irn:Oberböden (0-- 20 'cm),

. .

^•

Stan 'Nr..

Gemeinde Kt Höhe. .Hutiung Gestein'. Boden- liunius art kiese

, PH-

Klasse beini 1 Ettentrausen TG 637 Datierwiese ..".Lockergest,b1.ist. tt.: • humos neutral•

2 Zürich •ZH _, "668 Wald '(Nadel) Lockergest-gernischt L, svv.hurnos sauer 3 payeme • VD '488 'Ackerbau i Locisergest. gemischt sL hyrnusarrn, ,hetrtral

•

48 Oberdet 'SG 409 ,Aci5erhäu Torf, s. h. retch safer 23.4

49 UritersChächan UR 1100 Dauerwiese LöpkergeSt gemischt tL, humoS sauer 467 50 Realp UR 2120 Alpweide Kristaliingst. 'sauer is hures et: ^sauer ¹⁷⁵ 'Söhriitentehe därAzi4 (22); 1997

• :Die -Redaktion entSchuldigt sich bei den Autoren ütd. Leserri für diese Fehler,

' SwiSs Federal Aesearch Stationior Agroecology ahd Agricuttord- Institute efetnvironmernal Prätectiori and:Abriculture IUL

Staziene,federale cii riceiohe in.ereeöolodia 4 agricOttura - Istituto per lapreezione:dell'Ombiente e‘per

. ' •

(19)

(20)

50 ppm (Orientierungswert nach ICLOKE'1980)

Für die Vergleichbarkeit und die weftergehen- de Beurteilung der Analysenresultate sind die Streuung - hier die Wiederholbarkeit - und das Raumgewicht (bulk density) zu berücksichtigen (Tabelle 9). Nur bei 9 der 12 Werte in Tabelle 8 ist die Überschreitung des Orientierungswertes von 50 mg/kg gesichert. Volumenbezogen sind es gar nur noch fünf Standorte.

Aüf den ersien Blick sind bei den 12 Standor- ten mit überschrittenen Orientierungswerten in Tabelle 8 keine deutlichen Zusammenhänge zwischen Kenndaten und V-Gehalten sichtbar.

Folgende Beobachtungen sind für die nachste- hende Diskussiön der Einflussfaktoren von Be- deutung:

* Keiner der Standorte befindet sich in stark besiedelten Gebiet.

O Mit Ausnahme von Waldstandort 8 sind alles Landwirtschaftsböden

e Vier Standorte liegen auf Kalkstein, und es , überwiegen tonreiche Böden

o

Die Spanne der vorkoMmenden.Hurnus- und pH-Klassen ist gross

Tabelle 7: ZusammenstellungderVanadiurfidaten des NABO und des Kantons St. Gallen Standorte Proben Median . Min. Max.

. Häufige Gehalte

(80 %-Bereich)

Typische Gehalte (50%-Bereich) [n] [mg/kg] [mg/kg] [mg/kg] [mg/kg] , [mg/kg]

NABO 105 30,3 1,6 85,6 ' 17,2 - 52,5 21,4 - 38,6

Kt• St. Gallen 300 26,3 5,1 81,4 14,0 - 46,1 18,9 - 34,9 •

(AfU SG 1996)

, .

Figur 1: Geographische Verbreitung der NABO-Standorte mit Vanadiumgehalten der Oberböden (0 - 20 cm)

Schriftenreihe der FAL (22): 197 17

(21)

Tabelle 8: Kenndaten der NABO-Standorte und Vanadiumgehalte der Öberböden (0 - 20 cm), die den Orientierungswerf‘von 50 mg/kg überschreiten.

Stao Nr. '

Gemeinde Kt. Höhe

,[m ü.M1

Nutzung Geologie Boden-

art , -

Humus- klasse

pH- klasse

.

V-HNO3 [mg/kg]

8 ' Rothenfluh BL • 695 Wald (Laub) Kalkstein tL humos neu 85,6

67 Mathod VD 432 Frischgemüse Torf , organisch sws 78,8

53 Gempen SO 626 Ackerbau Kalkstein IT . sw. humos neu 70,6

32 • , La Brevirie NE 1215 Alpweide Kalkstein IT h. reich sau 68,0

52 Krumrrienau SG 1338 Alpweide Kalkstein •L humos neu 62,4

98 Erstfeld UR 455 Dauerwiese Lockergest. gemischt sL • humos sws 58,5

15 Ins BE 433 Ackerbau Torf ' IT organisch neu • 57,9

96 'Gudo TI 265 Rebbau Kristallingest, 'sauer' IS humos . sau 56,5

94 S. Antonino TI 209 Frischgemüse Lockergest. sandig sL sw. humos neu 55,5 33 Mollis , GL 431 Dauerwiese Lockergest. schluffig tU . humos sws 53,4

25 Schleitheim SH 545 Ackerbau Tongestein T sw. humos neu 52,9

74 Meschwil SG 526 Dauerwiese Lockergest. gemischt tL humos sws 52,0

IL = toniger Lehm; IT = lehmiger Ton; T = Ton; tU = toniger Schluff; L = Lehm; sL = sandiger Lehm; IS = lehmiger Sand; sw. = schwach;

alkal. = alkalisch; neu = neutral; sws = schwach sau,er; sau = sauer

Tabelle 9: Einfluss von Analysenstreuung und Raumgewicht auf die Überschreitung des Orientierungswertes für Vanadium von 50 mg/kg bzw. mg/dm3

Stao Nr. _

Raumgew.

[kg/dm]

V-HNO3 [mg/kg]

V-HNO3 [mg/dm

, 8 0,8 85,6 ₆₈,5

67 0,6 78,8 (47,3)

53 . 1,1 70,6 77,7'

32 0,8 68,0 ' ,54,4

52 , 0,9 62,4 56,2

98 0,9 58,5 (52,7)

15 0,8 57,9 (46,3)

96 0,7 56,5 39,6

94 . 1,1 55,5 61,1

33 • 0,8 (53,4) 42,7

25 1,0 (52,9) (52,9)

. 74 1,0 (52,0) ' (52,0)

): Werte, die bei 'Berücksichtigung der mittleren VViederholstreuung von , +1- 8 % den Orientierungswert nicht mit Sicherheit bzw. möglicher-

weise überschreiten

fett: Werte, die den Orientierungswert mit Sicherheit überschreiten

(22)

0

0 ⁹⁰

80 70

Vanadlumstmg/kg1 80 OW 50

40 30 20 10 BO

70

40 30 20' 10

4 36 " 43 2,

, n

100 90 ₇

3.2.3 IMMISSIONSLAGE

Figur 2: Vanadiumgehalte in Oberböden (0 - 20 cm) nach Immissionslage

3.2.4 LANDNUTZUNG UND BEWIRTSCHAFTUNG

Figur 3: Vanadiumgehalte in Oberböden (0 , 20 cm) nach Landnutzung und Bewirtschaftung

n= 8 17 34 13 28 5 105

-0

C

1 — 1

" Stadt Agglomeration Land' alle Alp NW A IK Wald S sire

(ohm laridwIrtschaftlich genutzte Boden) ' Nutzung (Abkürzungeri siehe. Anhang A)

Immisslonslage

OW

Um den Einfluss der landwirtschaftlichen Hilfs- stoffe auszuschliessen wurden in Figur 2 nur die nicht landwirtschaftlich genutzten Standor- te berücksichtigt. Aufgrund der schlechten Ver- teilung der Stichproben ist diese Graphik nicht repräsentativ. BeMerkenswert ist trotzdern, dass der Median der nicht landwirtschaftlich genutzten Standorte 25 % tiefer liegt als der Median aller NABO-Standorte (Figur 3), und der Orien- tierungswert nur ein Malund zwar im ländlichen Raum überschritten wird.

Aus der Literatur (JURITSCH & WIE'NER 1992 und SCHMID-GROB et pl. 1993) und clilirch die tendenziell geringeren V-Gehalte im inneralpinen Raum (Figur 1) gibt es Hinweise für den weiträumigen Einfluss der Immissionslage. Die Gruppierung nach Siedlungsintensität als Indi- kator für Emittentennähe dagegen zeigt weder in der Studie im Kanton St. Gallen (AFU SG 1996) noch in dieser Untersuchung sdhlüssige Ergebnisse.

Die Tatsache, dass der iVledian der nicht landwirtschaftlich genutzten Standorte gegenüber desjenigen aller NABO-Standorte um 25 % tiefer liegt (Kap. 3.2.3), lässt auf einen bedeuten-- den Einfluss der landwirtschaftlichen Praxis auf die V-Gehalte schliessen. In Figur 3 zeigen dies auch die relativ tiefen Mediane der Schutz- und Waldstandorte. Unter den Sdhutzstandorten befinden sich zwei Mööre mit sehr tiefen Ge- :halten von nur 1,6 bzw. 2,4 mg/kg. Der Grund

für die tendenZiell erhöhten V-Gehalte in Land- wirtschaftsböden ist der Einsatz von vanadium- hältigen Düngemitteln in Form mineralischer Phospatdünger, vor allem aber von Schlacke- dängern (Kap. 2.2 und Tabelle 2). Es fällt auf, dass die Gehalte nicht mit der Nutzungs- intensität steigen, sondern eher das Gegenteil der Fall ist. Die relativ hohen,Gehalte der Natur- , wiesen sind möglicherweise durch den Einsatz mineralischer' P-Dünger zu erklären. Natur- wiesen werden vorzugsweise mit Hofdüngern - meist Rindergülle - gedüngt. •Rindergülle ent- hält relativ wenig Phosphor; der Phosphorbedarf wird deshalb mit mineralischen Düngern aus- geglichen. Bevorzugt werden dabei schwer lös- liche P-Dünger wie Thomasphosphate: Diese weisen hohe V- aber auch Cr-Gehalte auf. In- folgedessen findet eine Anreicherung von V und , Cr im Boden, statt. Diese Vermutung Wird da-

durch gestützt,- dass der Cr-Medianwert der in-

Schriftenreihe der FAL (22), 1997 - 19