Militärische Altlasten: Wie gefährlich sind belastete Böden?

Militärische Altlasten enthalten zahlreiche ökotoxikologisch bedenkliche Chemikalien. Eine Fallstudie zeigt, dass eine Bewertung aufgrund von chemischen Analysen zu kurz greift und die Toxizität nur unzureichend vorhersagen kann. Zusätzliche Biotests und Messungen zur Bioverfügbarkeit sind notwendig, um die Bodenqualität gesamthaft zu erfassen.

Militärische Aktivitäten und Unfälle im Zusammenhang mit Munition oder Explosivstoffen hinterlassen weltweit Rückstände in der Umwelt und gefährden Böden, Gewässer und Grundwasser. In der Schweiz gibt es laut dem Eidgenössisches Departement für Verteidigung, Bevölkerungsschutz und Sport mehr als 2000 durch die Armee belastete Standorte. Neben Metallen aus Geschosshülsen und Zündern finden sich an solchen Standorten Sprengstoffrückstände, Perchlorat sowie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), die bei unvollständigen Verbrennungen entstehen.

Zahlreiche toxische Inhaltstoffe

Erhöhte Konzentrationen an Schwermetallen können toxische Wirkungen auf zahlreiche Bodenorganismen haben, zum Beispiel das Wachstum von Pflanzen und die Vermehrung von Springschwänzen reduzieren. Auch PAK geben Anlass zu Sorge, da sie im Boden langlebig sind, gentoxisch wirken und sich in Organismen anreichern. Für Metalle und PAK gelten ökotoxikologische Richtwerte und sie sind national und international reguliert. In der Schweiz sind Böden unter drei verschiedenen Verordnungen reguliert: die Verordnung über die Belastungen des Bodens (VBBo), die Verordnung über die Sanierung von belasteten Standorten (Altlastenverordnung, AltlV) und die Verordnung über die Vermeidung und die Entsorgung von Abfällen (VVEA), die für diese Stoffklassen verschiedene Grenzwerte festlegen. Trotz ihrer weit verbreiteten Nutzung fehlen solche Grenzwerte für Explosivstoffe. Perchlorat ist hauptsächlich für Trinkwasser reguliert und kann als endokriner Disruptor wirken.

Doch wie gefährlich sind mit diesen Stoffen belastete Böden für Bodenorganismen und Pflanzen? Und lässt sich mit den chemischen Grenzwerten das reale ökologische Risiko erfassen? Forschende des Oekotoxzentrums haben Aushubmaterial aus einem Schweizer Militärstandort als Fallbeispiel mit einem integrativen Ansatz aus chemischen und ökotoxikologischen Methoden untersucht, um diese Fragen zu beantworten. Auftraggeber war das Bundesamt für Rüstung armasuisse.

Mehr als nur Grenzwertüberschreitungen

Zunächst wurden die Bodenproben extrahiert und chemisch analysiert. Die Analysen zeigten eine starke Belastung mit Metallen: Die Konzentrationen von Kupfer, Zink, Blei, Cadmium und Antimon lagen deutlich über den Schweizer und internationalen Richtwerten. Auch verschiedene PAK wurden in kritischen Konzentrationen nachgewiesen. Eine solche Überschreitung der Richtwerte führt nach der geltenden Gesetzgebung – etwa gemäss der Schweizer Verordnung über Belastungen des Bodens – in vielen Fällen zu Sanierungsmassnahmen wie Aushub und Deponierung. «Diese Richtwerte beruhen in der Regel auf der Bewertung von Einzelstoffen unter standardisierten Laborbedingungen», erklärt Projektleiter Mathieu Renaud. «Sie berücksichtigen weder komplexe Schadstoffgemische noch die tatsächliche Bioverfügbarkeit im Feld.»

Um die ökologische Relevanz der Belastung realistisch zu bewerten, untersuchten die Forschenden die biologischen Effekte auf verschiedene Bodenorganismen mit mehreren standardisierten Biotests. Getestet wurden Springschwänze, Enchyträen, Pflanzen wie Gartenkresse und Zwiebel und nitrifizierende Bakterien. Das kontaminierte Aushubmaterial wurde schrittweise mit einem unbelasteten Referenzboden verdünnt, um Wirkschwellen zu identifizieren.

Kaum Effekte trotz hoher Belastung

«Angesichts der hohen Gesamtgehalte an Metallen und PAK hatten wir deutliche ökotoxikologische Effekte erwartet», sagt Projektleiter Mathieu Renaud. «Aber die Ergebnisse haben uns überrascht: Die Vermehrung der Springschwänze und Enchyträen wurde nur im unverdünnten Aushubmaterial gehemmt, auch bei den Pflanzen gab es nur im unverdünnten Material signifikante negative Effekte.» Die nitrifizierenden Bakterien reagierten etwas empfindlicher. «Allerdings könnte ein Teil ihrer Hemmung auch auf indirekte Effekte der Verdünnung zurückzuführen sein und nicht zwingend auf eine chemische Toxizität», sagt Renaud. «Damit zeigt sich eine deutliche Diskrepanz zwischen der Gesamtkonzentration der Schadstoffe und der beobachteten ökotoxikologischer Wirkung.»

Bioverfügbarkeit als Schlüssel

Die wahrscheinlichste Erklärung für diese Diskrepanz ist eine geringe Bioverfügbarkeit der Schadstoffe. In gealterten kontaminierten Böden sind Metalle und organische Verbindungen oft stark an Bodenpartikel gebunden. Durch Sorption, Einbau in organische Substanz oder Aging wird der biologisch verfügbare Anteil erheblich reduziert. «Gerade bei Metallen gilt: Nicht der Gesamtgehalt, sondern die bioverfügbare Fraktion bestimmt die tatsächliche Toxizität», sagt Mathieu Renaud. «Auch für PAK ist bekannt, dass die starke Bindung an organische Substanz ihre Aufnahme durch Organismen limitiert.» In der Studie wurde die Bioverfügbarkeit jedoch nicht direkt bestimmt – sie wurde indirekt aus der geringen biologischen Wirkung abgeleitet. Zukünftige Arbeiten sollen daher geeignete Methoden zur Bestimmung der bioverfügbaren Konzentration der Stoffe integrieren wie zum Beispiel die Messung interner Konzentrationen in Organismen.

Ein weiterer Befund war die hohe Variabilität zwischen den Replikaten. Die Streuung der chemischen Messungen deutet auf lokale „Hotspots“ mit erhöhtem Metall- oder Explosivstoff-Gehalt hin – vermutlich durch Fragmente von Munitionsresten. Solche kleinräumigen Unterschiede können in einzelnen Proben zu starken Effekten führen, ohne dass sich ein konsistentes Gesamtbild ergibt.

Konsequenzen für Risikobewertung und Sanierung

«Die Ergebnisse zeigen, dass es nicht sinnvoll ist, ausschliesslich chemische Grenzwerte als Entscheidungsgrundlage für Sanierungsmassnahmen zu verwenden», sagt Mathieu Renaud «Diese erlauben keine verlässliche Aussage zur ökologischen Wirkung. Ökotoxikologische Tests sind eine wichtige Ergänzung, da sie Schadstoffgemische und Alterungsprozesse erfassen können.» Gerade bei grossflächigen Militäraltlasten, bei denen ein vollständiger Aushub schwierig umzusetzen ist, kann ein integrativer Ansatz helfen, realistische und standortspezifische Entscheidungen zu treffen. Eine zukunftsfähige Bewertung militärischer Altlasten sollte chemische Analytik, Messungen zur Bioverfügbarkeit und standardisierte Ökotoxizitätstests kombinieren. Nur so lässt sich das tatsächliche ökologische Risiko fundiert einschätzen – und zwischen theoretischer Gefährdung und realer Umweltwirkung unterscheiden.

Foto: VBS/DDPS - Nicola Pitaro