1 Problemstellung Und Zielsetzung
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Diana Teubner Vom Fachbereich VI (Geographie/Geowissenschaften) der Universität Trier zur Verleihung des akademischen Grades Doktor der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) genehmigte Dissertation Aufbau eines nationalen Referenzsystems für das Biomonitoring aus den Daten der Umweltprobenbank des Bundes Betreuender: Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. mult. Paul Müller Berichterstattende: Prof. Dr. Martin Paulus Prof. Dr. Reinhard Hendler Datum der Disputation: 01.07.2010 Trier, November 2010 Meinem Doktorvater Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. mult. Paul Müller (11.10.1940 - 30.05.2010) Vorwort Die Dissertation wurde von mir im Rahmen des Graduiertenkollegs "Verbesserung von Normsetzung und Normanwendung im integrierten Umweltschutz durch rechts- und natur- wissenschaftliche Kooperation" der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) als Eigenfinanzierung der Biogeographie angefertigt. Für die Möglichkeit zur Teilnahme an dem interdisziplinären Graduiertenkolleg und die finanzielle Unterstützung zur Durchführung der Arbeit bedanke ich mich bei allen beteiligten Wissenschaftlern, besonders bei dem ehemaligen Fachvertreter der Biogeographie, Herrn Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Paul Müller, und dem heutigen Fachvertreter, Herrn Prof. Dr. Michael Veith. Mein Dank gilt Herrn Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Paul Müller darüber hinaus für die Freiräume, die er mir als mein Doktorvater für die selbstständige Gestaltung und Ausarbeitung meiner Arbeit einräumte und seine stetige Bereitschaft, mir mit Ratschlägen und Anregungen zur Seite zu stehen. Sein plötzlicher Tod hat mich tief betroffen gemacht. Es hat mich mit großem Bedauern erfüllt, dass er an meiner Disputation nicht mehr teilnehmen konnte und ich den letzten Schritt ohne ihn ging. Dafür, dass die Begutachtung der Dissertation und die wissenschaftliche Aussprache trotz dieser traurigen Umstände so zügig und reibungslos abliefen, danke ich allen Beteiligten, insbesondere meinen Gutachtern Herrn Prof. Dr. Martin Paulus und Herrn Prof. Dr. Reinhard Hendler. Herrn Prof. Dr. Reinhard Hendler danke ich darüber hinaus für die fachliche Betreuung der rechtswissenschaftlichen Fragestellung. Mein besonderer Dank gilt in diesem Zusammenhang auch Herrn Prof. Dr. Martin Paulus für dessen stetige Bereitschaft, fachliche Diskussionen mit mir zu führen, die meine Arbeit enorm bereichert haben. Ganz besonders bedanke ich mich auch bei dem Umweltbundesamt für die Erlaubnis, die Daten der Umweltprobenbank des Bundes für meine Arbeit nutzen zu dürfen. In diesem Zusammenhang möchte ich allen Kollegen der UPB-Projektgruppe Trier, der Eurofins Hamburg, des IME Schmallenberg, der Humanprobenbank Münster und des Umweltbundes- amtes, die mit ihrer Arbeit dafür sorgen, dass die hervorragende Datenbasis der Umweltpro- benbank des Bundes Jahr für Jahr wächst, meinen Dank aussprechen. Dank all den Kollegen, die mir durch ihr Interesse und ihre Diskussionsbereitschaft auch in teils stürmi- schen Zeiten weiter geholfen haben. Weiterhin bedanke ich mich bei Herrn Dr. Dirk Pfleger für die geduldige Beantwortung aller Fragen zur Analytik. Für die Beschaffung der Brassen für meine Zusatzuntersuchungen bedanke ich mich bei Herrn Dr. Berg und Herrn Fischermeister Rewermann der Fischereiforschungsstelle des Landes Baden-Württemberg in Langenargen sowie bei Herrn Jansen vom Institut für Fischerei in Rostock und der Fischerei Speck. Herrn Dr. Henning Buddenbaum und ganz besonders meiner Schwester Eike Teubner danke ich für ihre Ausdauer beim Korrekturlesen. Abschließend möchte ich mich auch bei meinen Freunden und meiner Familie bedanken, die mich stets unterstützt und bestärkt haben und sehr geduldig damit umgegangen sind, wenn ich mich in meiner Arbeit "vergraben" habe und wenig Zeit für sie erübrigen konnte. Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung .........................................................................................................................1 2 Umweltprobenbank des Bundes ....................................................................................8 2.1 Probenahmegebiete und Probenarten............................................................................8 2.2 Probenahme .................................................................................................................10 2.3 Analytische Probencharakterisierung ...........................................................................12 3 Konzeptionierung am Beispiel des Brassen...............................................................16 3.1 Datengrundlage ............................................................................................................16 3.1.1 Biometrische Daten................................................................................................19 3.1.2 Rückstandsanalytische Daten und Daten der Messgrößen ...................................23 3.2 Auswahl und Definition der Eingangsgrößen................................................................24 3.2.1 Biometrische Parameter.........................................................................................24 3.2.2 Rückstandsanalytische Parameter und Messgrößen.............................................27 3.3 Statistische Verfahren zur Ableitung von Referenzwerten ...........................................28 3.4 Auswahl des statistischen Verfahrens..........................................................................37 3.4.1 Generelle Festlegungen.........................................................................................38 3.4.2 Perzentile ...............................................................................................................43 3.4.3 Box und Whisker....................................................................................................45 3.4.4 Box und Inner Fence..............................................................................................46 4 Implementierung am Beispiel des Brassen.................................................................49 4.1 Zusatzprobenahmen zur Ermittlung der Hintergrundkonzentration ..............................49 4.1.1 Gebietsauswahl......................................................................................................50 4.1.2 Bodensee...............................................................................................................51 4.1.3 Müritz-Nationalpark................................................................................................53 4.2 Datenaufbereitung ........................................................................................................54 4.2.1 Biometrische Daten................................................................................................54 4.2.2 Rückstandsanalytische Daten und Daten der Messgrößen ...................................55 4.3 Ableitung und Diskussion der Referenzwerte...............................................................58 4.3.1 Biometrische Parameter.........................................................................................59 4.3.1.1 Gewicht..............................................................................................................59 4.3.1.2 Gesamtlänge und Totallänge................................................................................60 4.3.1.3 Korpulenzfaktor...................................................................................................62 4.3.1.4 Lebergewicht ......................................................................................................63 4.3.1.5 Hepatosomatischer Index.....................................................................................65 4.3.1.6 Niere, Milz und restliche Innereien ........................................................................66 Inhaltsverzeichnis II 4.3.1.7 Geschlechterverhältnis ........................................................................................69 4.3.1.8 Einfluss der Donau auf die Referenzwerte .............................................................69 4.3.1.9 Bewertung der Probenahmeflächen der UPB .........................................................70 4.3.1.10 Zusammenfassung ............................................................................................72 4.3.2 Messgrößen ...........................................................................................................73 4.3.2.1 Wasser- und Fettgehalt........................................................................................73 4.3.2.2 Einfluss der Donau auf die Referenzwerte .............................................................75 4.3.2.3 Bewertung der Probenahmeflächen ......................................................................75 4.3.2.4 Zusammenfassung..............................................................................................77 4.3.3 Elemente................................................................................................................77 4.3.3.1 Kupfer (Cu).........................................................................................................80 4.3.3.2 Quecksilber (Hg) .................................................................................................82 4.3.3.3 Thallium (Tl)........................................................................................................84 4.3.3.4 Blei (Pb) .............................................................................................................85 4.3.3.5 Arsen (As) ..........................................................................................................87