Biomonitoring am Flughafen Frankfurt - Fraport AG

Spektrum Umwelt 8 | 2009
Biomonitoring
am Flughafen Frankfurt
Bienen überwachen Standortqualität

Inhalt
Biomonitoring am Flughafen Frankfurt
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1. Honig und Pollen als Indikatoren für Umweltbelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 Durchführung der Untersuchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3. Untersuchungsergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.1 Bioparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.2 Ergebnisse der Rückstandsanalytik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4. Fazit und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
5. Schriftenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
6. Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
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Zusammenfassung
Biomonitoring am Flughafen Frankfurt
Die Fraport AG unterstützt ein Forschungsprojekt zum Bienenmonitoring, in dem Experten für Bienenbiologie,
Ökotoxikologie und Umweltanalytik auf dem Flughafen und an zwei Referenzstandorten Proben von Honig,
Pollen und Moosen auf umwelttoxisch relevante Metalle und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe
analysieren. Mittlerweile liegen Ergebnisse aus drei Jahren (2006 – 2008) Forschung vor. Die nachgewiesenen
Konzentrationen der Rückstände auf dem Flughafen-Gelände unterscheiden sich nicht von denen der Vergleichsstandorte
im Hintertaunus (HT) und an der Autobahn A 5 (NU). Alle Werte liegen deutlich unter den für Nahrungsmittel
festgesetzten Grenzwerten. Die Entwicklung der Völker und die Honigerträge sind sehr gut und an
allen drei Standorten ähnlich.
1. Honig und Pollen als Indikatoren für Umweltbelastung
Flugverkehr, Fahrzeugverkehre auf und um den
Flughafen, flughafen-externe Quellen aus Hausbrand
und Industrie sowie weitere Quellen beeinflussen
die Umweltqualität am Flughafen-Standort.
Um einen Überblick über die Umweltqualität des
Flughafens Frankfurt zu erhalten, führt die Fraport
AG bereits seit Jahren Untersuchungen der Luftqualität
mittels zweier Messstationen auf dem Flughafen-Gelände
durch. Über die Ergebnisse berichtet
Fraport in ihren Lufthygienischen Jahresberichten
und in den periodisch erscheinenden Umwelterklärungen.
Um die Erkenntnisse zur Schadstoffsituation auf
dem Flughafen Frankfurt weiter zu vertiefen, unterstützt
die Fraport AG eine wissenschaftliche Studie
zum Bienenmonitoring. Honigbienen eignen sich
als Biomonitor, da sie große Areale (bis zu fünf Kilometer
Radius) um ihren Stock gleichmäßig befliegen
und Schadstoffe aus diesem Bereich eintragen,
die sich in Honig und Pollen nachweisen lassen.
Beim Bienenmonitoring handelt es sich entsprechend
um einen räumlich integrativen Ansatz zur
flächendeckenden Rückstandsermittlung, während
konventionelle Methoden nur stichprobenartige
Datenpunkte liefern.
Beteiligt an dieser Studie sind:
• Prof. Dr. Bernd Grünewald, Institut für Bienenkunde
der Polytechnischen Gesellschaft und
Goethe-Universität Frankfurt am Main (Koordination).
• Prof. Dr. Jörg Oehlmann, Aquatische Ökotoxikologie
der Goethe-Universität Frankfurt am Main,
Fachbereich Biowissenschaften.
• Dr. Ing. Gernot Kayser, Fachgruppe Umweltverfahrenstechnik
am Internationalen Hochschulinstitut
Zittau.
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2. Durchführung der Untersuchung
Für die Studie zum Bienenmonitoring wurden drei
Untersuchungsstandorte über einen Zeitraum von
drei Jahren eingerichtet:
• Standort Flughafen Frankfurt im Bereich der
CargoCity Süd.
• Referenzstandort in der Nähe der viel befahrenen
Autobahn A5 bei Niederursel (typische Lage für
den Ballungsraum Rhein-Main).
• Referenzstandort im Hintertaunus (ländliche
Mittelgebirgslage).
Die Untersuchungsstandorte blieben über die
Dauer der Untersuchung unverändert.
An jedem der Standorte wurden jeweils zwölf Bienenvölker
platziert. In den Jahren 2006 und 2007
wurden aus allen Völkern jeweils Proben im späten
Frühjahr genommen. Nachdem in den Jahren 2006
und 2007 keine auffälligen Rückstandswerte in den
Fraport-Versuchsvölkern auftraten, wurden 2008
zu drei Zeitpunkten (12. Juni, 8. Juli, 16. Juli) nach
unterschiedlichen Niederschlagsverläufen Rückstände
im Honig und Pollen untersucht. Diese Pro-
3. Untersuchungsergebnisse
3.1 Bioparameter
Biomonitoring am Flughafen Frankfurt
ben dienten dazu festzustellen, ob Witterungseinflüsse
einen Effekt auf die Schadstoffkonzentration
in Proben haben können. Der 12. Juni 2008 war ein
milder, niederschlagsreicher Tag, dem warme Tage
mit etwas Niederschlag vorangingen. Die beiden
anderen Probentage waren warm und vergleichsweise
trocken.
Die Untersuchungsparameter der Frankfurter Studie
waren im Einzelnen die Bioparameter: Eiproduktion
der Königin, die Überlebensrate der Brut und die
als Ergebnis der sozialen Sammelaktivität eingetragene
Honigmenge. Daraus können Aussagen über
biologische (zum Beispiel Gesundheitsstatus, Nahrungsangebot,
Parasiten), klimatische und stoffliche
Umwelteinflüsse (zum Beispiel Schadstoffe, Pestizidbelastungen)
gewonnen werden.
Die Rückstandsanalytik von Honig und Pollen
(Bienenbrot) auf Schadstoffe wie Schwermetalle
und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe
(PAK) liefert Aussagen über die in der Umgebung
des Bienenstands vorhandenen Belastungen von
Boden und Luft.
Im Jahr 2007 hatten die Bienenvölker am Flughafen
mit einem Durchschnittswert von mehr als zehn
Kilogramm pro Volk die größte Honigmenge von
allen drei Standorten eingetragen. Alle Völker waren
zu Saisonbeginn Anfang April ähnlich stark und
wurden in identischen Magazinen gehalten. Daher
hatten alle 36 Bienenvölker die gleichen Startbedingungen.
Auch die Verluste über den Winter
2007/2008 waren vergleichbar.
Alle Versuchsvölker entwickelten sich im Jahresverlauf
2008 sehr gut. Witterungsbedingt starteten die
Bienen erst spät mit der Sammeltätigkeit, und die
Honigernte fiel daher an allen drei Standorten vergleichsweise
zu dem Vorjahr gering aus. Im Mittel
wurden 2008 zwischen 7,8 und 9,2 Kilogramm
Honig pro Volk geerntet (Abb. 1). Der Honigertrag
im Juni und Juli 2008 lag am Flughafen bei 8,0 Kilogramm
pro Volk.
Zu drei Zeitpunkten im Mai und Juli 2008 wurde die
Volksstärke kontrolliert, die sich durch die Anzahl
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Abb. 1: Die Honigerträge 2008
aus den Völkern der verschiedenen
Versuchsstände unterscheiden
sich nicht wesentlich.
Angegeben hier und in der Folge
sind die Mittelwerte und die
Standardfehler des Mittelwerts.
Standorte: FRA, Flughafen; NU,
Niederursel; HT, Hintertaunus.
Honigernte
Entwicklung Brutwaben
Abb. 2: Die Völker an den verschiedenen Standorten entwickelten sich 2008 vergleichbar.
Entwicklung Volksstärke
Abb. 3: Der Brutbereich aller Völker vergrößerte sich während der Bienensaison stetig und an allen
Standorten ähnlich.
Biomonitoring am Flughafen Frankfurt
besetzter Waben ausdrückt. An allen drei Standorten
war die Zunahme der Bienenzahlen normal
(Abb. 2). Die sprunghafte Zunahme der Wabenanzahl
zwischen Mai und Juli ist durch das – imkerlich
notwendige – Vergrößern des Stocks um eine
weitere Zarge am 22. Mai 2008 bedingt. Die Anzahl
der Brutwaben nimmt ebenfalls von zwei bis vier
Brutwaben pro Volk Mitte Mai auf sieben bis acht
Brutwaben Ende Juli erwartungsgemäß zu. An den
drei Standorten gab es keine signifikanten Unterschiede
in der Brutaktivität.
Alle Versuchsvölker entwickelten sich gleich gut und
lieferten vergleichbare Mengen Honig. Die Völker
sind zum Ende des Versuchsjahres 2008 gesund. Sie
weisen keine Unterschiede in der Vitalität auf. Von
2009 rückblickend haben alle 36 Bienenvölker an
den drei Standorten den Winter gut überstanden
und sich bis dato ähnlich entwickelt.
Die Pollenanalysen der letzten Jahre zeigen überdies,
dass am Standort Flughafen der eingetragene
Honig aus sehr vielfältigen Blüten stammt und hinsichtlich
seiner Vielfalt am ehesten mit dem Standort
im Hintertaunus vergleichbar ist.
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3.2 Ergebnisse der Rückstandsanalytik
Schwermetalle
Es wurden in Honig- und Pollenproben sowie als
Referenz auch in Moosproben 17 toxisch wirkende
Metalle von Arsen bis Zink untersucht. Es handelt
sich um Al, As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn,
Na, Ni, Pb, Pd, Sb, Zn. Im Anhang sind die Analyseergebnisse
aus den Jahren 2006 bis 2008 der
Schwermetalle Arsen (As), Cadmium (Cd), Blei (Pb)
und Palladium (Pd) dargestellt (Abb. 4 bis 7).
Für eine toxikologische Bewertung insbesondere
der Honigproben können die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung
(TVO) zum Vergleich herangezogen
werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass
von zwei bis drei Litern aufgenommene Menge
Wasser pro Tag ausgegangen wird. Die aufgenommene
Honigmenge liegt selbstverständlich erheblich
darunter. Dies spiegelt sich auch in den Richtwerten
beziehungsweise Grenzwerten für die
Biomonitoring am Flughafen Frankfurt
Metallbelastung von Lebensmitteln wider, die in der
Regel deutlich höher liegen als der Trinkwassergrenzwert
für das gleiche Metall – zum Beispiel sind
im Trinkwasser 0,001 mg/l Quecksilber zulässig, in
Fischgewebe jedoch 0,5 mg/kg (1 mg/kg = 1µg/g).
Alle ermittelten Rückstände in den untersuchten
Matrizes Honigproben, Pollen und Moosen sind als
gering einzustufen. Der untersuchte Honig lässt sich
an allen drei Standorten als unbelastet einstufen. In
den Honigproben sind die Metallkonzentrationen
im Jahr 2008 etwas geringer oder gleichbleibend
im Vergleich zu den Vorjahren, sodass die meisten
toxischen Metalle im Bereich oder unterhalb der
Nachweisgrenze liegen.
Im Gegensatz zum Blei, dessen aktuelle Konzentrationen
in erster Linie auf historische Emissionen
zurückzuführen sind, werden die Platingruppenelemente
(PGE) Palladium, Platin und Rhodium erst
seit Einführung von Kraftfahrzeugkatalysatoren in
zunehmenden Konzentrationen in der Umwelt
nachgewiesen. Unter den drei untersuchten PGE
erreichte Palladium die höchsten Konzentrationen,
etwa 0,09 µg/g in Pollen im Jahr 2007 (Abb. 7c). Insgesamt
liegen die gemessenen Konzentrationen in
allen drei Matrizes auf sehr niedrigem Niveau nahe
der Nachweisgrenze.
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)
Bei der Summen-PAK-Belastung an den drei untersuchten
Standorten ist eine Zunahme der ermittelten
Rückstände im Jahr 2008 gegenüber den Vorjahren
in Moos- und Pollenproben, nicht aber im Honig
festzustellen (Abb. 8). Lediglich für die Moosproben
vom Standort Niederursel ist die Zunahme der Summen-PAK-Gehalte
nicht signifikant erhöht.
Da es im Jahr 2008 keine Unterschiede in den Rückstandswerten
der drei verschiedenen Probenzeitpunkte
gab, scheint die Niederschlagsmenge keinen
Einfluss auf die PAK-Werte zu haben.
Die Konzentrationen der einzelnen PAK sind moderat
erhöht. Bei einigen der untersuchten polyzyklischen
aromatischen Kohlenwasserstoffe gibt es im
Vergleich zum Vorjahr zwar höhere Belastungen
(Abb. 9) – so liegt der Wert für Phenanthren 2008
über dem der Vorjahre – bleibt allerdings weit
unterhalb der in der Lebensmittelverordnung festgelegten
Konzentration.
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4. Fazit und Ausblick
5. Schriftenverzeichnis
Das Biomonitoring mit Bienenvölkern ist eine erfolgreiche
und sehr effiziente Methode zur Untersuchung
der Standortsituation und bietet die Möglichkeit,
Feinanalysen relevanter Metalle und Kohlenwasserstoffverbindungen
mit Bioparametern
wie Bruterfolg zu kombinieren. In den zurückliegenden
drei Untersuchungsjahren wurden bislang
keine kritischen Rückstandswerte für umweltrelevante
Metalle oder Kohlenwasserstoffe in den
Fraport-Versuchsvölkern nachgewiesen. Zudem
entwickelten sich die Völker sehr gut, auch am
Standort CargoCity Süd.
Die untersuchten Metallkonzentrationen bleiben
weit unter den entsprechenden gesetzlichen Verordnungen.
Insgesamt liegen die Rückstandswerte
deutlich unter den für Nahrungsmittel festgesetzten
Grenzwerten. Bei einigen der untersuchten polyzyklischen
aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK)
gibt es 2008 im Vergleich zu den Vorjahren zwar
höhere Belastungen – so liegt 2008 der Wert für
Phenanthren über dem der Vorjahre – bleibt allerdings
ebenfalls weit unterhalb der in der Lebensmittelverordnung
festgelegten Konzentration.
Insgesamt ist der am Frankfurter Flughafen geerntete
Honig hinsichtlich Metalle und PAK als
N. Koeniger, J. Oehlmann und G. Kayser (2007):
Zusammenfassung der Ergebnisse 2007, Biomonitoring
mit Honigbienen und Moosen im Bereich des
Flughafens Frankfurt am Main, unveröffentlichter
Bericht vom 20. November 2007, Oberursel.
N. Koeniger, J. Oehlmann und G. Kayser (2007):
Anlage 2, Bericht (Zusammenfassung) über die
Ergebnisse der Rückstandsuntersuchungen im Rahmen
des Projekts Biomonitoring mit Honigbienen
und Moosen im Bereich des Flughafens Frankfurt
am Main, unveröffentlichter Bericht vom 20. November
2007, Oberursel.
Biomonitoring am Flughafen Frankfurt
unbelastet anzusehen. Die Rückstandswerte in den
Pollenproben liegen höher als in den Honig- oder
Moosproben. Das war auch in den vergangenen
Jahren zu beobachten. Aber auch im Pollen bleiben
die Belastungswerte erheblich unter den bedenklichen
Werten und konnten nur durch hoch auflösende
Analysemethodik mit Nachweisgrenzen im
Spurenbereich bestimmt werden. Diesen Befunden
entspricht auch die biologische Entwicklung der
Bienenvölker: sie haben sich sehr gut entwickelt.
Der Verlauf der Forschungsarbeiten im Jahr 2008
liefert wiederum keine Anzeichen für wesentliche
Unterschiede zwischen dem Flughafen, dem Bienenstand
an der Autobahn und den Bienenvölkern
im Hintertaunus. Darüber hinaus wurde auch kein
deutlicher Einfluss der Niederschlagsmenge oder
der Temperatur auf die Belastungen von Honig,
Pollen und Moosen ermittelt.
Die Studie zeigt also, dass sich Honigbienen hervorragend
als Monitoringsystem einsetzen lassen. Die
Analyse ist gut etabliert und sollte in den folgenden
Jahren zu einer Standardmethode des Biomonitorings
weiter entwickelt werden.
Grünewald; B. (2008:) Biomonitoring mit Honigbienen.
Rückstandsanalysen und Vitalitätstests zur
Kontrolle von Schadstoffen auf dem Flughafengelände,
unveröffentlicht.
Grünewald; B., Oehlmann J. und Kayser, G. (2009):
Biomonitoring mit Honigbienen und Moosen im
Bereich des Flughafens Frankfurt am Main, unveröffentlichter
Bericht über die Versuche aus dem Jahr
2008 vom 4. Mai 2009, Oberursel.
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6. Anhang
a
b
c
As Cd
Abb. 4: Arsenkonzentrationen Abb. 5: Cadmiumkonzentrationen
Biomonitoring am Flughafen Frankfurt
Arsen- und Cadmiumkonzentrationen in Moos- (a), Honig- (b) und Pollenproben (c) an den drei Standorten von 2006 bis 2008.
In der Grafik sind gegebenenfalls auftretende signifikante Unterschiede zwischen den Standorten und Jahren beziehungsweise der
Interaktion zwischen beiden Parametern mit den Irrtumswahrscheinlichkeiten (p) angegeben (ns = nicht signifikant).
a
b
c
8

a
b
c
Pb Pd
Abb. 6: Bleikonzentrationen Abb. 7: Palladiumkonzentrationen
Biomonitoring am Flughafen Frankfurt
Blei- und Palladiumkonzentrationen in Moos- (a), Honig- (b) und Pollenproben (c) an den drei Standorten von 2006 bis 2008.
Es treten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Standorten und Jahren beziehungsweise der Interaktion zwischen beiden
Parametern auf (ns = nicht signifikant).
a
b
c
9

a
b
c
PAK
Abb. 8: Summen-PAK-Gehalte in Moos- (a), Honig- (b) und Pollenproben (c) an den
drei Standorten von 2006 bis 2008. In der Grafik sind gegebenenfalls auftretende
signifikante Unterschiede zwischen den Standorten und Jahren beziehungsweise der
Interaktion zwischen beiden Parametern mit den Irrtumswahrscheinlichkeiten (p)
angegeben (ns = nicht signifikant).
Biomonitoring am Flughafen Frankfurt
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a) Moose
b) Honig
c) Pollen
Abb. 9: Entwicklung der Rückstandswerte
von Phenanthren,
Fluoren und Acenaphthen in
Moosen (a), Honig (b) und
Pollen (c) während der Jahre
2006 – 2008.
Biomonitoring am Flughafen Frankfurt
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Impressum
Herausgeber:
Fraport AG Frankfurt Airport Services Worldwide
Umweltmanagement (VAU)
60547 Frankfurt am Main
Telefon +49(0)69 690-63108 oder +49(0)69 690-78783
Verantwortlich für den Inhalt:
Dr. Peter Marx (VAU), Dr. Patrick Neumann-Opitz (VAU)
Konzept und Redaktion:
Lothar Hanke (VAU)
Text:
Prof. Dr. Bernd Grünewald, Institut für Bienenkunde der Polytechnischen
Gesellschaft, Goethe-Universität Frankfurt am Main;
Lothar Hanke, Fraport AG;
Dr. Ing. Gernot Kayser, Fachgruppe Umweltverfahrenstechnik
am Internationalen Hochschulinstitut Zittau;
Professor Dr. Jörg Oehlmann, Aquatische Ökotoxikologie der
Goethe-Universität Frankfurt am Main, Fachbereich Biowissenschaften
Gestaltung:
Albrecht Leidecker, Unternehmenskommunikation (UKM-IK)
Fotos:
Lothar Hanke (VAU)
Dezember 2009
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