Schadstoffbelastung: Positive Bilanz mit leichten Eintrübungen

Einst öffneten Messprogramme die Augen dafür, wie stark Schadstoffe und übermässiger Nährstoffeintrag die Luft, die Gewässer und die Böden belasten. Jetzt belegen langjährige Überwachungsprogramme, dass die Gegenmassnahmen zwar fruchten, aber weiterhin viel zu tun bleibt.

Beregnungsversuche
Beregnungsversuche dienen dazu, den Wasserfluss und damit den Transport von Partikeln und Nährstoffen im Boden zu analysieren. Mit dem Farbstoff Brilliant Blue werden die unterirdischen Fliesswege markiert und erfasst. Das Bild zeigt die Düsen einer Beregnungsanlage.
© Hans Rudolf Wernli

Text: Beatrix Mühlethaler

Noch in den 1980er-Jahren belastete Schwefeldioxid aus Brenn- und Treibstoffen die Umwelt sehr stark und war wesentlich an der Bildung von saurem Regen beteiligt. Heute sind die Schwefeldioxidemissionen auf ein Zehntel des damaligen Wertes gesunken und stellen praktisch kein Problem mehr dar. Das belegen Schadstoffmessungen zur Überwachung der Luftqualität. Die positive Entwicklung beim Schwefeldioxid ist in erster Linie der Entschwefelung von Heizöl und Diesel zu verdanken, die der Bund nach der Diagnose des Problems verfügt hat.Abgasvorschriften für Heizungen, Kehrichtverbrennungs- und Industrieanlagen sowie Abgasgrenzwerte für Motorfahrzeuge haben den Ausstoss weiterer Schadstoffe verringert. So sank die Belastung durch Stickoxide seit 1990 deutlich. Allerdings ist der Eintrag von Stickstoff aus der Luft weiterhin zu hoch. Zuzuschreiben ist dies zu einem grossen Teil dem Ammoniak aus der Landwirtschaft. In artenreichen Trocken- und Feuchtgebieten beispielsweise verdrängt der unerwünschte Dünger konkurrenzschwache Arten und reduziert dadurch die Biodiversität.Auch die gesundheitlichen Risiken aufgrund zu hoher lokaler Belastungen mit Ozon, Feinstaub sowie krebserregenden Schadstoffen dauern an. Den Vorgaben der Luftreinhalte-Verordnung von 1986 kam man somit näher, ohne aber das gesetzte Ziel «saubere Luft» ganz zu erreichen.

Messreihen schaffen Klarheit

Wie sich die Luftqualität langfristig entwickelt, ist dank der 16 Messstationen des Nationalen Beobachtungsnetzes für Luftfremdstoffe (NABEL) bekannt, das der Bund seit 1979 betreibt. Es erfasst die wichtigsten Luftschadstoffe. Zusätzlich überwachen die Kantone die Luftqualität, denn sie sind für den Vollzug der Luftreinhalte-Verordnung auf ihrem Gebiet zuständig. Langfristige Messprogramme bezeugen auch im Gewässerschutz erheblichen Erfolg. So zeigt die 1972 eingeführte Nationale Daueruntersuchung der Fliessgewässer (NADUF), wie stark die Belastung mit Schwermetallen und Nährstoffen abgenommen hat. Die Phosphatfracht im Rhein bei Basel etwa ist gegenüber den späten 1970er-Jahren auf 20 % gesunken; dies dank Phosphatfällung in den Abwasserreinigungsanlagen und dem Verbot von Phosphat in Textilwaschmitteln.Eine positive Entwicklung zeigen auch die separat erfassten Messdaten für die Seen: Während der Phosphorgehalt in den 1970er-Jahren im Extremfall auf über 500 Mikrogramm pro Liter stieg, liegt er jetzt bei der Mehrzahl der Seen unter 20 Mikrogramm. Als problematisch stellt sich die Situation nach wie vor in den Gebieten mit intensiver Viehhaltung dar. Zwiespältig ist - wie bei der Luft, so auch beim Wasser - die Stickstoffbilanz: Der Nitratgehalt der Fliessgewässer ist gesunken, wenn auch ungenügend. Hingegen entlastete der eingeschränkte Gebrauch von Quecksilber die Fliessgewässer deutlich, ebenso nahm die Bleibelastung dank bleifreiem Benzin ab.Inzwischen sind andere Umweltgefährdungen wie zum Beispiel durch Mikroverunreinigungen aus Medikamenten oder Bioziden in den Fokus gerückt. Das erfordert neue Lösungen. Bund und Kantone haben deshalb 2011 gemeinsam das Messprogramm Nationale Beobachtung Oberflächengewässerqualität (NAWA) eingeführt. Dieses erlaubt, mit einer höheren Zahl von Messpunkten und ergänzt durch biologische Erhebungen, das Problem aus umfassender Perspektive anzugehen.

Wasserschläuche über Düsenplatte
Über der Düsenplatte lassen die Wasserschläuche die komplizierte Steuerung für eine gleichmässige Tropfenverteilung erahnen. Der künstlich beregnete Bodenkörper wird seitlich aufgegraben, mit Drainagerohren bestückt und das abgesaugte Bodenwasser auf die Verteilung der Farbe untersucht. Projekt in Saurenhorn, Gemeinde Schüpfen (BE), von Prof. em. Peter Germann, Geographisches Institut der Universität Bern.
© Hans Rudolf Wernli

Der Boden vergisst nicht

Schadstoffe, die in der Luft oder in Gewässern gemessen werden, belasten die Umwelt als Ganzes, insbesondere auch den Boden. Was dort an nicht abbaubaren Stoffen landet, lagert sich ab und bedroht die Qualität dieser für Menschen, Tiere und Pflanzen grundlegenden Ressource. Wenn in der Luft und im Wasser die Belastungen mit gewissen Schad- und Nährstoffen messbar abnehmen, gilt das nicht zwangsläufig auch für den Boden. «Der Boden hat ein Langzeitgedächtnis; es dauert in der Regel länger, bis eine hohe Belastung vorliegt, aber es braucht auch mehr Zeit, bis sie wieder abnimmt», erläutert Fabio Wegmann von der Sektion Boden im BAFU. Es ist deshalb aufschlussreich zu vergleichen, wie sich der Gehalt persistenter Stoffe im Langzeitgedächtnis Boden entwickelt hat.Dass sich schädliche Stoffe aus der Luft im Boden ablagern und die Bodenfruchtbarkeit bedrohen, zeigten erstmals Untersuchungen Anfang der 1980er-Jahre. Im Vordergrund standen Schwermetalle wie Blei, Kadmium, Kupfer und Quecksilber, die in erhöhten Konzentrationen wachstumshemmend oder toxisch wirken. In den Boden gelangten diese teils aus Verbrennungsmotoren und Kaminen der Industrie, teils aus Klärschlamm, diversen Düngern und Schädlingsbekämpfungsmitteln. Um die Entwicklung der Belastung zu kennen und darauf reagieren zu können, etablierte der Bund 1985 mit der Nationalen Bodenbeobachtung (NABO) ein Referenzmessnetz: An rund hundert über die ganze Schweiz verteilten Standorten im Wald, im Kulturland und in Parks werden im Fünfjahresrhythmus Proben entnommen und untersucht. Drei Jahrzehnte nach Messbeginn lassen sich aus den verlässlichen Resultaten von fünf Erhebungsperioden verschiedene Trends ablesen. Die Ergebnisse bestätigen einerseits, dass umweltpolitische Massnahmen auch die Bodenbelastung bremsen, geben andererseits aber Hinweise auf neue Probleme.

Zum Teil ist auch der Boden entlastet

Der Gehalt an Kadmium ist in den letzten Jahren im Oberboden nicht angestiegen, die Werte von Blei und Quecksilber sind sogar zurückgegangen. Auch der Boden spiegelt also die geringeren Einträge über die Luft, die den effizienteren Filteranlagen und dem Verbot von verbleitem Benzin zu verdanken sind. Zusätzlich wirkte das Verbot zum Ausbringen von Klärschlamm entlastend.Zu bedenken ist, dass der sinkende Gehalt im analysierten Oberboden nicht bedeutet, dass die persistenten Stoffe verschwunden sind. Sie haben sich lediglich verlagert, denn sie können in den Unterboden geraten oder von Pflanzen aufgenommen und mit der Ernte weggeführt werden. Möglich ist auch, dass die Schwermetalle punktuell ins Grundwasser gelangen oder durch Erosion fort transportiert werden.Aus der mehrheitlich positiven Entwicklung schert ein Befund zu zwei Metallen aus: Kupfer und Zink. Ab einer gewissen Konzentration wirken sie hemmend auf Bodenenzyme und bedrohen damit die Fruchtbarkeit der Erde. Die beiden Elemente reichern sich weiter an, nämlich in intensiv bewirtschaftetem Grasland sowie in bestimmten Äckern. Zwar rieselt aus der Luft Zink aus Pneuabrieb auf die Böden. Doch der Grossteil der Belastung resultiert eindeutig aus der landwirtschaftlichen Praxis: Kupfer und Zink kommen über intensive Gaben von Hofdünger auf die Flächen. Es handelt sich dabei um Zusatzstoffe in Futtermitteln, die in den Düngerkreislauf gelangen. Als essenzielle Spurenelemente sind Kupfer und Zink für die Tiere unverzichtbar. Ihr Gehalt in Futtermitteln könnte aber ohne negativen Effekt auf deren Gesundheit stark vermindert werden, halten die Autoren des 2015 veröffentlichten Berichts zur «Nationalen Bodenbeobachtung 1985-2009» fest.

Kantone setzen eigene Schwerpunkte

«Intakter Boden ist eine schützenswerte Qualität wie reine Luft und sauberes Wasser», begründet Fabio Wegmann die intensive Bodenbeobachtung. Neben dem Bund betreiben auch die Kantone ein Bodenmonitoring, denn ihre Aufgabe ist es, vermutete Belastungen abzuklären und wenn nötig Sanierungen zu initiieren. Je nach ihren Bedürfnissen setzen sie dabei unterschiedliche Schwerpunkte.Der Kanton Freiburg beispielsweise ist mit seinen ausgedehnten landwirtschaftlichen Flächen besonders stark an agronomisch wichtigen Daten interessiert. Seit 1987 erfasst er an rund 250 Messstellen regelmässig die Bodenqualität. Nach 25 Jahren zieht die Koordinationsgruppe für den Bodenschutz zu wesentlichen Aspekten der Bodenfruchtbarkeit eine positive Bilanz: Der Humusgehalt blieb stabil, ebenso der pH-Wert. Letzteres ist in dem durch Molasse geprägten Gebiet allerdings nur dank säuremindernder Kalkdüngungen möglich. Zudem nahmen die Überschüsse an löslichem Phosphor ab, was dessen Auswaschung reduziert. Doch es wurden auch Fehlentwicklungen entdeckt, die Anpassungen in der Bewirtschaftung erfordern. Dazu zählen Bodenerosion und Bodenverdichtung sowie Kaliumüberschüsse infolge hohen Viehbesatzes. Nährstoffbilanzen zeigen Handlungsbedarf auf Nährstoffbilanzen sind auch für die nationale Bodenbeobachtung ein aktuelles Thema. Nachdem der Gehalt von Stickstoff und Phosphor auf Grasland stark angestiegen war, stabilisierten sich die Werte ab dem Jahr 2000. Das Niveau blieb allerdings hoch. Und der Kaliumgehalt stieg weiter an. Das NABO-Team will deshalb seine Analysetätigkeit in diesem Bereich verstärken, um nicht nachhaltige Bewirtschaftungsmethoden zu identifizieren und Handlungsempfehlungen abgeben zu können. Unterstützend wirken dabei Vergleiche der Messungen mit Angaben zum In- und Output von Nährstoffen auf der betreffenden Parzelle.Da die eidgenössische Forschungsanstalt Agroscope alle Proben der NABO archiviert, können diese jederzeit aufgrund neuer Fragestellungen im Hinblick auf andere Eigenschaften analysiert werden. So gehört es ebenfalls zu den Kernaufgaben der NABO, zukünftigen Generationen ein gut dokumentiertes und konsistentes Archiv an Bodenproben zu übergeben.

Aufwendiger Prozess: von der Probe bis zum Ergebnis

Über Jahrzehnte vergleichbare Daten zum Boden zu gewinnen, ist sehr aufwendig, denn von der Probenahme bis zur Analytik können vielerlei Faktoren die Resultate beeinflussen. Der ganze Prozess, der in der Zuständigkeit von Agroscope liegt, ist deshalb detailliert geregelt. Damit die Proben aller Messperioden immer auf derselben Fläche erfolgen, ist jede der 100 Probeflächen mit einer Grösse von 10 x 10 Metern eingemessen sowie mit eingegrabenen Magneten und GPS-Daten fixiert. Hier gewinnt man aus je 25 Einstichen 5 Mischproben, wobei eine direkt tiefgefroren wird. Damit lassen sich in Zukunft auch leichtflüchtige Schadstoffe analysieren. Im Labor wird die von Steinen und Fremdstoffen befreite Erde getrocknet, zerkleinert und gesiebt und ist dann für die Messung der Schadstoffe und weiterer Eigenschaften bereit. Einflussgrössen wie Feuchtigkeit, Wetter, landwirtschaftliche Kultur und Besonderheiten werden bei der Probenahme festgehalten und können bei der Interpretation der Ergebnisse beigezogen werden.

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Letzte Änderung 11.02.2015

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