Gewässerbewertung mit dem Makrozoobenthos: Möglichkeiten … · 2013-12-10 · Tierarten in einem...

Daniel Hering

Abteilung Aquatische Ökologie

Universität Duisburg-Essen

Gewässerbewertung mit dem

Makrozoobenthos:

Möglichkeiten und Grenzen

Ephemera danica (Eintagsfliege)

Bewegungstyp: grabend

Mikrohabitat: Sand

Lebensraum: Tieflandbäche, strukturreiche Mittelgebirgsflüsse

Ernährung: Sammler, Filtrierer

Ansprüche der geflügelten Tiere: Halbschatten

Reaktion auf Belastungen: Sauerstoff-bedürftig, Säure-intolerant

Makrozoobenthos

Inhalt

• Was ist Makrozoobenthos?

• Welche Faktoren bestimmen das Vorkommen?

• Wie wird das Makrozoobenthos im Monitoring eingesetzt?

• Wie wirken Maßnahmen auf das Makrozoobenthos?

Inhalt

• Was ist Makrozoobenthos?

• Welche Faktoren bestimmen das Vorkommen?

• Wie wird das Makrozoobenthos im Monitoring eingesetzt?

• Wie wirken Maßnahmen auf das Makrozoobenthos?

Schnecken, Muscheln…

…Krebse…

…Eintagsfliegen…

…Steinfliegen…

…Köcherfliegen…

…Köcherfliegen… und viele andere!

Tierarten in einem mitteleuropäischen Bach

Plathelminthes (Strudelwürmer) 50 Gastrotricha (Bauchhärlinge) 6 Nematomorpha 1 Nematoda (Fadenwürmer) 141 Rotatoria (Rädertiere) 130 Mollusca (Weichtiere) 12 Vertebrata (Wirbeltiere) 3 Annelida (Ringelwürmer) 56 Crustacea (Krebstiere) 24 Hydrachnellea (Wassermilben) 22 Summe Nicht-Insekten 445 Odonata (Libellen) 1 Ephemeroptera (Eintagsfliegen) 18 Plecoptera (Steinfliegen) 18 Megaloptera (Schlammfliegen) 2 Planipennia (Netzflügler) 2 Coleoptera (Käfer) 71 Hymenoptera (Hautflügler) 3 Trichoptera (Köcherfliegen) 57 Diptera (Zweiflügler) 468 Summe Insekten 640

Anzahl von Tierarten im Breitenbach (bei Schlitz, Osthessen) (nach Zwick, P. 1992, Biodiversity and Conservation 1: 80-97)

Inhalt

• Was ist Makrozoobenthos?

• Welche Faktoren bestimmen das Vorkommen?

• Wie wird das Makrozoobenthos im Monitoring eingesetzt?

• Wie wirken Maßnahmen auf das Makrozoobenthos?

Übersicht

• Sauerstoffgehalt des Wassers

• Wassertemperatur

• Sohlnahe Strömungsgeschwindigkeit

• Mikrohabitate / Substrate im Gewässer

• Nahrung

• Habitate der Imagines im Gewässerumfeld

Sauerstoff: Das Saprobiensystem

- Schlammröhren-

würmer

- Rote Zuckmücken-

larven

- Rattenschwanz-

larven

- Einzelne

Köcherfliegen

- Egel

- Muscheln,

Schnecken

- Einzelne

Eintagsfliegen

- Viele Köcherfliegen

- Flohkrebse

- Einzelne Muscheln

- Viele Eintagsfliegen

- Viele Steinfliegen

- Manche

Köcherfliegen

Polysaprob α mesosaprob β mesosaprob Oligosaprob

Gewässergütekarte 1975

Gewässergütekarte 1990

Gewässergütekarte 2000

Flache Körperform

Geringe Exposition zur Strömung

Stromlinienform

Strömung: Anpassungen von Eintagsfliegenlarven

Substrat

Taxa group Taxon FI Cluster 1 Cluster 2 Cluster 3 Cluster 4 Cluster 5 Cluster 6

Trichoptera Agapetus laniger 2 30.00 0.00 0.00 0.00 10.00 60.00

Ephemeroptera Ephemera lineata 2 0.00 ###### 0.00 0.00 0.00 0.00

Odonata Gomphus vulgatissimus 2 0.00 56.25 37.50 0.00 6.25 0.00

Coleoptera Esolus sp. Lv. 2 0.00 33.33 0.00 20.00 6.67 40.00

Coleoptera Macronychus quadrituberculatus Lv. 2 0.00 10.00 0.00 90.00 0.00 0.00

Coleoptera Pomatinus substriatus Ad. 2 0.00 0.00 ###### 0.00 0.00 0.00

Trichoptera Brachycentrus subnubilus 2 0.00 0.00 69.23 0.00 7.69 23.08

Ephemeroptera Electrogena sp. 2 0.00 0.00 33.33 66.67 0.00 0.00

Coleoptera Macronychus quadrituberculatus Ad. 2 0.00 0.00 20.00 80.00 0.00 0.00

Coleoptera Limnius opacus Ad. 2 0.00 0.00 0.00 ###### 0.00 0.00

Ephemeroptera Oligoneuriella rhenana 2 0.00 0.00 0.00 23.08 53.85 23.08

Coleoptera Hydraena gracilis Ad. 2 0.00 0.00 0.00 0.00 ###### 0.00

Odonata Ophiogomphus cecilia 2 0.00 0.00 0.00 0.00 ###### 0.00

Plecoptera Perla sp. 2 0.00 0.00 0.00 0.00 ###### 0.00

Coleoptera Stenelmis canaliculata Ad. 2 0.00 0.00 0.00 0.00 ###### 0.00

Coleoptera Stenelmis canaliculata Lv. 2 0.00 0.00 0.00 0.00 ###### 0.00

Coleoptera Esolus parallelepipedus Ad. 2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ######

Coleoptera Limnius opacus Lv. 2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ######

Taxon FI

>80 % 80-60 % 60-40% 40-10% <10 %

Fluss

Bach

Temperatur

Temperaturverteilung Mai/Juni 2001

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Eder

Prüm W

ax

Ork

eKyl

l

Our

Lenn

eRur

Nuhne

Dre

isb

Volme

Elbrg

Kalloh

Wweh

e

Kalluh

Erkr

Laas

Röh

r

Waldb

Salw

22 °C

21 °C

20 °C

19 °C

18 °C

17 °C

16 °C

15 °C

14 °C

13 °C

12 °C

11 °C

10 °C

9 °C

8 °C

7 °C

6 °C

Unterschiede zwischen einzelnen Gewässern

Makrozoobenthos in kalten und warmen Bächen

Art

envo

rko

mm

en

Probestellen geordnet nach mittlerer Sommertemperatur

Aus: Haidekker & Hering (2008) Aquatic Ecology 42

Wirkungsnetz

Sauerstoffgehalt

Wassertemperatur

Sohlenhabitate, Nahrung

Uferhabitate

Sohlennahe Strömung

Inhalt

• Was ist Makrozoobenthos?

• Welche Faktoren bestimmen das Vorkommen?

• Wie wird das Makrozoobenthos im Monitoring eingesetzt?

• Wie wirken Maßnahmen auf das Makrozoobenthos?

PERLODES (deutsches Bewertungssystem mit dem Makrozoobenthos)

Probennahme Sortierung Bestimmung Artenliste

Informationen zu den Arten

Artenliste

Bewertungs-verfahren

Typologie

Ergebnisse Interpretation Software

www.fliessgewaesserbewertung.de

Artenliste

Informationen über saprobiellen Zustand Informationen über die Versauerung Informationen über sonstige Stressoren

Bewertungs- Formel

Ökologische Zustandsklasse

Referenzzustand

Handlungsbedarf

Stressoren-bezogene Bewertung

Bewertungs- Formel

Bewertungs- Formel

Artenliste

Informationen über saprobiellen Zustand Informationen über die Versauerung Informationen über sonstige Stressoren

Bewertungs- Formel

Ökologische Zustandsklasse

Referenzzustand

Handlungsbedarf

Stressoren-bezogene Bewertung

Bewertungs- Formel

Bewertungs- Formel

Modul Saprobie

Modul Versauerung

Modul allg. Degradation

Gewässertyp-spezifischer Saprobienindex

Typ sehr gut gut mäßig unbefr. schlecht

Alpenbäche 1.1 < 1,20 bis 1,80 bis 2,55 bis 3,25 bis 4,00

Mittelgebirgsbäche 5 < 1,45 bis 2,00 bis 2,65 bis 3,35 bis 4,00

Mittelgebirgsflüsse 9 < 1,60 bis 2,10 bis 2,75 bis 3,35 bis 4,00

Sandflüsse im Tiefland 15 < 1,90 bis 2,35 bis 2,90 bis 3,45 bis 4,00

(...)

Beispiel: Saprobienindex = 1,85

Typ sehr gut gut mäßig unbefr. schlecht

Alpenbäche 1.1 < 1,20 bis 1,80 bis 2,55 bis 3,25 bis 4,00

Mittelgebirgsbäche 5 < 1,45 bis 2,00 bis 2,65 bis 3,35 bis 4,00

Mittelgebirgsflüsse 9 < 1,60 bis 2,10 bis 2,75 bis 3,35 bis 4,00

Sandflüsse im Tiefland 15 < 1,90 bis 2,35 bis 2,90 bis 3,45 bis 4,00

(...)

Wie wird das System angewandt?

Anteil Schlammbesiedler

Anteil strömungsliebende Arten

Anteil Köcherfliegen

Anteil Sammler

Anteil Uferbewohner

Fauna Index

Modul Allgemeine Degradation

Saprobienindex

Modul organische Belastung sehr guter Zustand

guter Zustand

mäßiger Zustand

unbefriedigender Zustand

schlechter Zustand

Wie wird das System angewandt?

Anteil Schlammbesiedler

Anteil strömungsliebende Arten

Anteil Köcherfliegen

Anteil Sammler

Anteil Uferbewohner

Fauna Index

Modul Allgemeine Degradation

Saprobienindex

Modul organische Belastung sehr guter Zustand

guter Zustand

mäßiger Zustand

unbefriedigender Zustand

schlechter Zustand

Wie wird das System angewandt?

Anteil Schlammbesiedler

Anteil strömungsliebende Arten

Anteil Köcherfliegen

Anteil Sammler

Anteil Uferbewohner

Fauna Index

Modul Allgemeine Degradation

Saprobienindex

Modul organische Belastung sehr guter Zustand

guter Zustand

mäßiger Zustand

unbefriedigender Zustand

schlechter Zustand

Bundesweite Auswertung

Datengrundlage: 12.000 Messstellen aus 12 Bundesländern

Bundesweite Auswertung

Methode: Boosted Regression Trees

Kategorisierung der Messstellen

(Sehr) guter Zustand Mäßiger bis schlechter Zustand

Ermittlung von Umweltvariablen zur Differenzierung der beiden Gruppen:

Wasserqualität (10) Erosionspotenzial in unterschiedlichen Puffern (6)

Landnutzung im gesamten EZG (4) Landnutzung in unterschiedlichen Puffern (9)

Bundesweite Auswertung

Parameter Schwellenwert ± SD Relevanz Unsicherheit

LUI_500_5000 102.03 19.80 22.1

LUI_250_5000 69.68 29.14 15.4

LUI_100_5000 89.02 40.58 15.1

LUI_TEZG 86.30 15.06 12.0

Wassertemp. °C 10.39 0.72 8.0

Chlorid mg/l 17.96 5.55 6.4

Stadt_TEZG 2.22 2.55 6.1

EP_500_1000 0.49 0.21 5.4

NH4-N mg/l 0.06 0.03 4.9

Leitfähigkeit ms/cm 24.90 6.65 4.5

0.140

Mittelgebirgsbäche

Parameter Schwellenwert ± SD Relevanz Unsicherheit

Acker_TEZG 34.57 15.87 19.1

Wald_TEZG 36.36 15.08 18.7

LUI_500_1000 65.36 13.25 14.8

NO2-N mg/l 0.02 0.00 12.6

LUI_500_500 103.23 68.59 10.7

EP_100_500 0.03 0.00 7.2

LUI_100_500 171.21 119.85 6.7

EP_100_1000 0.05 0.00 6.7

Pges-P mg/l 0.10 0.01 1.8

pH-Wert 7.49 0.34 1.6

0.117

Tieflandbäche

Primär Parameter zur Landnutzung in der Aue

Schlussfolgerungen

• Das Makrozoobenthos wird von einem komplexen Mix aus Stressoren beeinflusst.

• Den Master-Faktor (z.B. Saprobie) gibt es nur noch lokal.

• Die Stressoren werden durch die Landnutzung im Umfeld am besten abgebildet.

Inhalt

• Was ist Makrozoobenthos?

• Welche Faktoren bestimmen das Vorkommen?

• Wie wird das Makrozoobenthos im Monitoring eingesetzt?

• Wie wirken Maßnahmen auf das Makrozoobenthos?

Lahn: nicht revitalisiert

Some typical pictures of restored streams

Lahn: revitalisiert

Wirkung lokaler Maßnahmen

Vergleich

Hydromorphologie

Fische

Makrozoobenthos

Aquatische Makrophyten

Laufkäfer

Auenvegetation

Median

25%-75%

Min-Max nicht revitalisiert revitalisiert

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Median

25%-75%

Min-Max nicht revitalisiert revitalisiert

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

p < 0,01

p < 0,01

Median

25%-75%

Min-Max nicht revitalisiert revitalisiert

0

20

40

60

80

100

120

140

p < 0,01

Median

25%-75%

Min-Max nicht revitalisiert revitalisiert

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

p < 0,01

Median

25%-75%

Min-Max nicht revitalisiert revitalisiert

0

20

40

60

80

100

120

n.s.

Artenzahl

Übersicht der Ergebnisse

Wirkung der Revitalisierung

Interpretation

Wirkung der Revitalisierung

Große Wirkung auf Auenhabitate

Geringere Wirkung auf aquatische

Habitate

(Ehemalige) Wasser-

belastung

Wiederbesiedlungs-Potenzial

• Fehlendes Wiederbesiedlungspotenzial

• Barrieren

• Wasserqualität

• Sedimenteintrag

• Geringe Habitatveränderungen auf der Sohle

Ursachen geringer Effekte auf das MZB

Modellierung des Wiederbesiedlungspotenzials

Methode: Boosted Regression Trees

Kategorisierung der Messstellen

Hohe Zahl sensitiver Arten Niedrige Zahl sensitiver Arten

Ermittlung von Umweltvariablen (z.B. Landnutzung, Gewässerstruktur) zur Differenzierung der beiden Gruppen; Grenzwerte

Ermittlung von Gewässerabschnitten mit günstigen Bedingungen für ein hohes Wiederbesiedlungspotenzial

Modellierung des Wiederbesiedlungspotenzials Modellierung des Wiederbesiedlungspotenzials

Wirkungsnetz

Sauerstoffgehalt

Wassertemperatur

Sohlenhabitate, Nahrung

Uferhabitate

Sohlennahe Strömung Ufergehölze

2000 m

Fließrichtung

Logger Logger

Wassertemperatur und Ufergehölze

Stündliche Messungen

Tagesmittelwerte

Differenz der maximalen Tagestemperatur

Welche Maßnahmen versprechen Erfolg?

Sauerstoffgehalt

Wassertemperatur

Sohlenhabitate, Nahrung

Uferhabitate

Sohlennahe Strömung Ufergehölze

Wie lange dauert das?

Bis die Bäume gewachsen sind.

Schlussfolgerung

• Saprobie als ehemaliger „Masterfaktor“ – nur noch lokal bedeutsam

• Heute: Komplexer Mix aus Stressoren

• Viele direkt wirksamen Stressoren stehen in Zusammenhang mit fehlenden Ufergehölzen.

• Agrarumweltmaßnahmen als ein Schlüssel für die Erreichung des guten ökologischen Zustandes