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Zur Ermittlung der Belastung der Elbe mit Pestiziden wurden chemische Analyseverfahren entwickelt, wobei das untersuchte Stoffspektrum insgesamt 106 Analyte umfasste. Die Untersuchungen ermöglichten 1989 eine erstmalige Identifizierung und Quantifizierung von Pestiziden in hohen Konzentrationen (unterer µg/L-Bereich) im Elbeästuar, nach der Wiedervereinigung deren Rückverfolgung zu industriellen Punktquellen in der ehemaligen DDR (Längsprofile), eine Erfassung der historischen Entwicklung der Belastungssituation in den 90er Jahren, die Feststellung der zunehmenden Bedeutung von Einträgen aus diffusen Quellen im Vergleich zu Punktquellen sowie die Ermittlung des Stoffspektrums und der zeitlichen und örtlichen Variabilität innerhalb eines Zeitraumes von drei Jahren (Monatsmischproben und Zeitreihen an unterschiedlichen Querschnitten der Elbe sowie Längsprofile). Der Fokus richtete sich im weiteren Verlauf auf die Entwicklung chemischer Analyseverfahren zur sicheren Identifizierung und Quantifizierung von Wirkstoffen mit niedrigen Qualitätszielen/-kriterien (unterer ng/L- bzw. sub-ng/L-Bereich). Zur Bewertung der Belastungssituation und zur Diskussion von Monitoring-Strategien wurden national und international verfügbare Qualitätsziele/-kriterien insbesondere für die aquatische Lebensgemeinschaft herangezogen.
Die vorliegende Arbeit untersucht am Beispiel der Lüneburger Heide und dem Neustädter Moor die Fragen: (1) Wie verläuft die kurzfristige Vegetationsentwicklung auf den gebrannten Flächen? (2) Wie hoch ist der aktuelle Eintrag der Nährelemente N, Ca, K, Mg und P aus der Atmosphäre? (3) Wie hoch ist der Austrag dieser Nährelemente durch kontrolliertes Brennen von Sand- und Moorheiden und welche Bedeutung hat dabei der Austrag von Nährelementen mit dem Sickerwasser in der Zeit nach dem Brennen? (4) Ist es möglich, durch kontrolliertes Brennen die Nährstoffeinträge aus der Atmosphäre zu kompensieren, um langfristig eine Nährstoffakkumulation im Ökosystem Heide zu verhindern? (5) Wie ändert sich durch das Brennen einer Heidefläche die Gesamtnährstoffbilanz des Systems bezogen auf das Verhältnis von N zu P und kann kontrolliertes Brennen in dieser Hinsicht als effiziente Maßnahme beurteilt werden, mittels derer sich Eutrophierungseffekte zumindest partiell kompensieren lassen?
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Kinetik der Hg-Emission aus Böden und die Bedeutung der nach heutigem Wissenstand relevanten Umweltparameter, i.e. der Hg-Substratkonzentration, der Bodentemperatur, der Bodenfeuchtigkeit, der Lichteinstrahlung und der atmosphärischen Turbulenz, aufzuklären. Hierfür wurde ein Laborflusskammersystem entwickelt und aufgebaut, mit dem sich der Einfluss dieser Parameter auf die Hg-Emission unter kontrollierten und reproduzierbaren Bedingungen im Labor untersuchen ließ. Mit dieser Arbeit wird die erste systematische Untersuchung aller nach heutigem Wissensstand relevanten Umweltparameter vorgelegt, bei der auch die gegenseitige Wechselwirkung der einzelnen Parameter erfasst und eingehend untersucht werden konnte. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Emission von Hg aus Böden durch zwei unterschiedliche Mechanismen, einen thermischen und einen lichtinduzierten, kontrolliert wird. Die thermisch kontrollierte Emission folgt einer Kinetik quasi nullter Ordnung. Der Mechanismus lässt sich durch ein klassisches Phasengleichgewicht des Hg° zwischen der Bodenmatrix und der Gasphase beschreiben, wobei sich die Bodenfeuchtigkeit über den die Bodenmatrix umschließenden Wasserfilm auf die Kinetik der Phasenreaktion auswirkt. Der Einfluss der Bodenfeuchtigkeit lässt sich über die Wasserspannung erklären. Sie wirkt sich über die Schichtdicke des Wasserfilms und die Oberflächenspannung auf die Geschwindigkeit der Phasenreaktion und die Lage des Phasengleichgewichtes aus. Der zweite Freisetzungsmechanismus basiert auf einer unspezifischen photochemischen Reduktion von Hg-Huminstoffkomplexen zu Hg°. Der wahrscheinlichste Mechanismus ist dabei die Reduktion eines Hg-Huminstoffkomplexes. Für die photochemische Reduktion des Hg konnte ein verallgemeinertes solares Wirkungsgradspektrum abgeleitet werden, welches zusammen mit der hier gefundenen Konzentrationsabhängigkeit eine wesentliche Grundlage zur Quantifizierung dieses Mechanismus bildet. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind in ein Modell eingeflossen, welches in Kombination mit Freilandmessungen einen wichtigen Beitrag zur Quantifizierung der Hg-Emission aus Böden auf lokaler, regionaler und globaler Ebene liefern kann.