Untersuchungen an Enchytraeiden (Oligochaeta) zum Einfluss von Bodenfeuchte und pH-Wert auf die Toxizität von Schwermetallen im Freiland und in Laborversuchen

Abstract

Untersucht wurden sechs ehemalige, teils aufgeforstete Rieselfeldflächen und eine unbelastete Forstfläche im Norden Berlins. Den Freilanderhebungen wurden Laboruntersuchungen zur Wirkung von unterschiedlichen Bodenwassergehalten und pH-Werten auf Enchytraeiden zur Seite gestellt. Darauf aufbauend wurden Effektkonzentrationen bezüglich Mortalität und Reproduktion für zwei Enchytraeidenarten für das Schwermetall Zink unter Modifikation von Bodenfeuchte und pH-Wert ermittelt. Zwischen den ehemaligen Rieselfeldflächen zeigten sich eher geringe Unterschiede hinsichtlich Abundanzen und Artenspektrum. Auf der am höchsten belasteten Fläche wurden nur sporadisch Enchytraeiden gefunden. Bei den anderen Rieselfeldflächen schien keine Beziehung zwischen Schwermetallgehalt und Abundanzen zu bestehen. Die Enchytraeidenzönose der Rieselfeldflächen ist mit sechs bis neun Arten als artenarm zu bezeichnen. Dominant sind Pionierarten der Gattung Enchytraeus sowie Henlea ventriculosa und Fridericia bulbosa. Alle dominanten Arten sind als Schwachsäure- bis Schwachbasenzeiger einzustufen. Die Laborversuche wurden mit zwei der auf den Rieselfeldern vorkommenden Arten, Enchytraeus christenseni und Enchytraeus sp. (RefB5), in LUFA 2.2-Boden durchgeführt. Die Reproduktion beider Arten war bei einem Wassergehalt £ 15 % TG (= 31,4 % WHK) gegenüber höheren Wassergehalten signifikant eingeschränkt. Die Reproduktion von Enchytraeus christenseni war außerdem bei pH-Werten von 4,2 und 4,8 in angesäuertem LUFA 2.2 gehemmt. Begleitend zu den ökotoxikologischen Versuchen mit Zink wurden die Gesamtgehalte (Königswasser-Extrakt) und mobilen Gehalte (NH4NO3-Extrakt) von dotiertem LUFA 2.2-Boden gemessen. Die Effektkonzentrationen werden daher sowohl bezogen auf die Gesamtgehalte als auch bezogen auf die mobilen Gehalte angegeben. Die LC50 für Zink liegt für E. christenseni bei 271,8 mg/kg (gesamt) bzw. 81,4 mg/kg (mobil). Für E. sp. (RefB5) liegen die LC50-Werte bei 423,6 mg Zn/kg (gesamt) bzw. 131,5 mg Zn/kg (mobil). Für die Reproduktion von E. christenseni wurden EC50-Werte von 75,9 mg Zn/kg (gesamt) bzw. 16,7 mg Zn/kg (mobil) berechnet. Die entsprechenden Werte für E. sp. (RefB5) liegen in auf demselben Niveau: 73,0 mg Zn/kg (gesamt) und 15,8 mg Zn/kg (mobil). Die EC50 für die Reproduktion liegt im angesäuerten Boden (pH 4,9) mit 70,6 mg/kg (gesamt) nur geringfügig niedriger als ohne Säurezugabe (pH 5,2). Bezogen auf den mobilen Gehalte betrug die EC50 für die Reproduktion im angesäuerten Boden 20,2 mg Zn/kg. Auf allen Rieselfeldflächen, mit einer Ausnahme, überschreiten die Zinkgehalte die EC50-Werte der beiden untersuchten Enchytraeus-Arten für Zink. Auf einer Fläche werden außerdem auch die LC50-Werte überschritten. Darüber hinaus erreicht die Bodenfeuchte im Freiland häufig niedrige Werte, die im Laborversuch eine starke Reproduktionseinschränkung hervorrufen. Die Bodenversauerung hat sowohl für die dominanten Enchytraeidenarten direkt als auch im Hinblick auf die Schwermetallmobilität negative Auswirkungen. Insgesamt muss die Lebensraumfunktion der untersuchten Rieselfeldböden als deutlich beeinträchtigt angesehen werden. Keywords: Enchytraeidae, Schwermetalle, Zink, Bodenfeuchte, pH-Wert, Rieselfelder

Investigation sites were situated on partly afforested sewage fields (six sites) and in an uncontaminated forest (one site) north of Berlin (Germany). Field investigations were accompanied by laboratory tests concerning the influence of soil water content and soil pH on enchytraeids. In addition, effect concentrations for mortality and reproduction for two enchytraeid species were determined for zinc under different moisture and pH conditions. Abundances and species composition showed relatively small differences between the examined sewage fields. On the most contaminated site enchytraeids were found sporadically only. For the other sites no connection seemed to exist between density of enchytraeids and heavy metal contents of the soil. The enchytraeid population of the sewage fields only comprised six to nine species. Most dominant were r-selected species of the genus Enchytraeus and also Henlea ventriculosa and Fridericia bulbosa. All dominant species can be considered as indicators of slightly acid to slightly alkaline soils. The laboratory tests were conducted with two species occurring on the investigation sites, Enchytraeus christenseni and Enchytraeus sp. (RefB5). Test substrate was LUFA 2.2 standard soil, a commercially available sandy soil. The reproduction of both species was significantly reduced at a water content of £ 15 % DW (= 31.4 % WHC). Further, reproduction of E. christenseni was inhibited at pH 4.2 and 4.8 in acidified LUFA 2.2. In connection with the ecotoxicological tests zinc contents of the LUFA 2.2 soil were analysed as total contents (aqua regia extract) and mobile fraction (ammonium nitrate extract). Effect concentrations are thus given based on total contents as well as on mobile contents. The LC50 for zinc for E. christenseni is 271.8 mg/kg (total) and 81.4 mg/kg (mobile) respectively. For E. sp. (RefB5) the following LC50-values were determined: 423.6 mg Zn/kg (total) and 131.5 mg Zn/kg (mobile). The reproducion test with E. christenseni produced EC50-values of 75.9 mg Zn/kg (total) and 16.7 mg Zn/kg (mobile). The corresponding effect concentrations for E. sp. (RefB5) are on a similar level: 73.0 mg Zn/kg (total) und 15.8 mg Zn/kg (mobile). The EC50 of acidified soil (pH 4.9) was estimated 70.6 mg/kg which is only marginally lower than without acid (pH 5.2). The EC50 in acidified soil calculated on the basis of mobile zinc was 20.2 mg/kg. On most sewage fields the zinc contents exceeded the EC50-values of both examined species. On one site the zinc contents were even beyond the LC50. Further, soil moisture in the field was often below water contents that caused considerable inhibition of reproduction under laboratory conditions. Soil acidification had negative effects on the dominant enchytraeid species as well as on the mobility of heavy metals. In total, the habitat function of the contaminated sewage field soils is considered seriously impaired. Keywords: Enchytraeidae, heavy metals, zinc, soil moisture, soil pH, sewage fields