Im Original zu lesen im Bienen aktuell Heft Dezember 2024
Kristina Gratzer & Robert Brodschneider
Institut für Biologie, Universität Graz, Universitätsplatz 2, 8010 Graz
Email: robert.brodschneider@uni-graz.at
Im INSIGNIA-EU Projekt werden Honigbienen zur Erforschung unserer Umwelt herangezogen. Mit Hilfe von Armbändern aus Silikon lassen sich so Rückschlüsse auf die Belastung durch Luftschadstoffe ziehen.
Im Rahmen der Pilotphase von INSIGNIA-EU im Jahr 2022 stellten wir uns die Frage, ob neben den bekannten Pestiziden und der Pollendiversität (siehe Bienen aktuell, Ausgabe Oktober 2024) auch andere Umweltschadstoffe wie Luftverschmutzung, Schwermetalle oder Mikroplastik mit Hilfe eines Honigbienenvolkes gemessen werden können. Die Antwort lautet: Ja! In diesem Artikel möchten wir die Ergebnisse der Luftschadstoff-Analysen vorstellen.
2023 waren 315 europäische Imkerinnen und Imker von Ende April bis Ende August simultan im Einsatz. Für Österreich war die Universität Graz Schnittstelle zwischen den 10 österreichischen Citizen Scientists und den Partnerlabors aus Portugal, Spanien, Griechenland und den Niederlanden.
Methodik
In einem INSIGNIA-EU Vorversuch 2022 haben wir herausgefunden, dass sich Silikonarmbänder aufgrund ihrer Oberfläche dazu eignen Flüchtige Kohlenwasserstoffe (VOCs) und Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAHs), die als Parameter für die Luftqualität in der Umwelt herangezogen werden, zu messen. Dazu muss ein Band pro Bienenvolk auf die Oberträger der untersten Einheit platziert und für insgesamt 4 Wochen in den Völkern belassen werden (Abbildung 1). Die Probenahme-Zeitpunkte sind nachfolgend als « Sammelrunde-Monat » genannt : SR-Mai (SR02), SR-Juni (SR04), SR-Juli (SR06) und SR-August (SR08). Nach der Expositionszeit wurden die unterschiedlich farbigen Bänder aus den beiden Testvölkern entnommen, in einem Glas luftdicht verschraubt und bis zur Analyse im griechischen Labor Benaki Phytopathological Institute Athen gekühlt gelagert. Knapp erklärt: zur Analyse wurden die Armbänder in ihre Hälften zerschnitten und beide gepooled (jeweils eine Hälfte pro Volk). Diese wurden in ein spezielles Fläschchen gegeben, erhitzt und anschließend mit einem Massenspektrometer untersucht. Dabei erfolgte die Trennung der Verbindungen über eine Gaschromatographiesäule unter verschiedenen Temperaturen. Durch verschiedene Zwischenschritte kann man auf diese Weise sowohl PAHs als auch VOCs messen (Tabelle 1).
VOCs sind Stoffe, die leicht bei Raumtemperatur verdampfen und so in die Luft gelangen. VOCs finden sich häufig in Produkten wie Farben, Lacken, Lösungsmitteln, Reinigungsmitteln und Treibstoffen. Sie können zur Luftverschmutzung beitragen und bei hohen Konzentrationen gesundheitliche Risiken darstellen. Zudem spielen sie eine Rolle bei der Bildung von bodennahem Ozon und Feinstaub, was die Luftqualität beeinträchtigen kann.
Tabelle 1: Liste mit untersuchten VOC und PAHs. Die fett gedruckten Stoffe wurden mindestens 1 Mal in Österreich gefunden.
| VOCs | PAHs | |
| 1,2,3-Trimethylbenzol | 1,4-Dimethylnaphthalin | Benzo(a)anthracen |
| 1,2,4-Trimethylbenzol | 1,4-Naphthochinon | Benzo(a)pyren |
| 2,2,4-Trimethylpentan | 1,8-Dinitronaphthalin | Benzo(b)fluoranthen |
| 2-Methylpentan | 11H-Benzo[b]fluoren-11-on | Benzo(e)pyren |
| Benzol | 1-Methoxy-4-Nitronaphthalin | Benzo(ghi)perylen |
| Chlorbenzol | 1-Methylnaphthalin | Benzo(j)fluoranthen |
| Ethylbenzol | 1-Nitronaphthalin | Benzo(k)fluoranthen |
| Heptan | 1-Nitropyren | Benzo[a]fluorenon |
| Hexan | 2-Methyl-1-Nitronaphthalin | Chrysen |
| Isopren | 2-Methylnaphthalin | Dibenzo(ah)anthracen |
| MTBE (Methyl-tert-butylether) | 2-Nitro-9-Fluorenon | Fluoranthen |
| Octan | 5,12-Naphthacenquinon | Fluoren |
| o-Xylol | 6H-Benzo[cd]pyren-6-on | Inden(123,cd)pyren |
| p-Dichlorbenzol | 6-Nitrobenzo(a)pyren | Naphthalin |
| Styrol | 9,10-Dihydroanthracen | Phenanthren |
| Tetrachlorethylen | 9-Fluorenon | Pyren |
| THF (Tetrahydrofuran) | 9-Nitroanthracen | |
| Toluol | Acenaphthen | |
| Xylole (m,p) | Anthracen | |
PAHs bestehen chemisch aus mehreren aromatischen Ringen. Sie entstehen bei unvollständigen Verbrennungsprozessen, etwa von Kohle, Öl oder Holz. PAHs finden sich in Abgasen, Ruß, Zigarettenrauch und gegrillten Lebensmitteln. Einige von ihnen sind krebserregend und können bei längerer Exposition gesundheitsschädlich sein. Außerdem tragen sie zur Umweltverschmutzung bei, da sie sich in Boden und Wasser anreichern.
Ergebnisse
Von allen geplant möglichen Silikonband-Proben aus Europa wurden 96,5% an das Labor in Griechenland geschickt und analysiert (1216/1260) – aus Österreich wurden alle 40 (100 %) ausgewertet. Jede untersuchte Substanz hat eine andere Nachweisgrenze (LOQ), die niedrigste Konzentration einer Substanz, die mit angemessener Präzision und Genauigkeit quantifiziert werden kann.
VOCs
Die in Europa am Häufigsten vorkommenden VOCs sind Isopren, 1,2,3-Trimethylbenzol, 1,2,4-Trimethylbenzol, Xylole, Hexan, Benzen und Toluen. Für Österreich sind das Isopren, Hexan, Benzol, Octan, Toluol und 2-Methylpentan. Insgesamt gab es für Europa 5334 und für Österreich 177 positive Nachweise auf die 20 untersuchten VOCs, davon waren 19 Nachweise <LOQ’s.
Von allen untersuchten VOCs wurden nur 2, Chlorbenzol und Tetrachlorethylen nicht detektiert. Obwohl kein saisonaler Verlauf interpretiert werden kann, scheint es für die Sammelrunde SR06 (Mitte Juli) tendenziell höhere Werte zu geben (Abbildung 2). Isopren ist eine natürliche Verbindung, die von Bäumen, aber auch durch menschliche Aktivitäten wie der petrochemischen Industrie freigesetzt wird. Hexan wird oft als Lösungsmittel in der Industrie verwendet und hat eine geringe direkte Toxizität für Ökosysteme. Benzol ist weit verbreitet und kommt in Emissionen von Fahrzeugen, der Chemieindustrie und Zigarettenrauch vor und gilt als krebserregend. Interessanterweise wurde Benzol nicht während der ersten Sammelrunde detektiert. 2-Methylpentan (Bestandteil von Teer und Verbrennung fossiler Brennstoffe) und Heptan hingegen wurden in jeder Sammelrunde gefunden (allerdings nicht in jeder Probe!). Letzteres wird ebenfalls als Lösungsmittel benutzt. Alle genannten Substanzen können durch sekundäre organische Aerosole zur Smogbildung beitragen.
PAHs
Die in Europa am Häufigsten vorkommenden PAHs sind Naphtalin, gefolgt von Methylnaphtalin, Pyren, Phenanthren, Fluoranethen und Fluorene. Für Österreich sind das Naphtalin, 1-Methylnaphthalin, 2-Methylnaphthalin, Phenanthren, Fluoren, und ex aequo Fluoranthen und Pyren. Insgesamt gab es für Europa 3562 und für Österreich 166 positive Detektionen auf die 35 untersuchten PAHs, davon waren 37 Nachweise <LOQ’s. Von allen untersuchten PAHs wurden in Österreich 13 in einer oder mehr Proben gefunden. Die Sammelrunden SR02 im Mai und SR04 im Juni weisen tendenziell höhere Werte auf, als später in der Saison (Abbildung 3). Naphtalin und seine Derivate werden bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen freigesetzt und sind Bestandteil von Teer, Rohöhl und auch Mottenkugeln. Phenanthren entsteht bei der Verbrennung von organischen Materialien, wie Kohle, Öl und Holz. Fluoren, Fluoranthen, Pyren und Chrysen sind Bestandteil von Autoabgasen. Letzteres ist relativ persistent in der Umwelt. Alle Substanzen gelten als toxisch für Wasserorganismen.
Die Silikonbänder befanden sich ganze 4 Wochen im Volk, bevor sie ausgetauscht wurden und sind passive Sammelmatrizen. Um punktuelle Ereignisse in der Umwelt zu untersuchen müsste man sie einen wesentlich kürzeren Zeitraum exponieren, was jedoch nicht Ziel der Studie war. In erster Linie galt es herauszufinden, welche Luftschadstoffe und in welcher Anzahl wir in unserer Umwelt finden können, um mehr über sie zu erfahren und nachfolgend zielgerichtete Studiendesigns zu erarbeiten.
Im nächsten Artikel werden die Schwermetall-Ergebnisse vorgestellt, die mit Hilfe von handelsüblichen Propolisgittern untersucht wurden.