Investigations on Enchytraeidae (Oligochaeta) concerning the influence of soil
moisture and pH on the toxicity of heavy metals in the field and in laboratory
experiments
Inhaltsverzeichnis I
1\. Einleitung 1
2\. Untersuchungsgebiet 6
3\. Methoden 15
4\. Ergebnisse der Freilanduntersuchungen 35
5\. Ergebnisse der Laborversuche 64
6\. Diskussion 103
8\. Literatur 140
Anhang 153Untersucht 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, RieselfelderInvestigation 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 field
