Über den Einsatz von Laufkäferzönosen als Indikator für Lebensraumzustände und Lebensraumveränderungen

Diplomarbeit von Dominik Lermen

Einleitung:

Seit Verabschiedung des neuen Bundesnaturschutzgesetzes (am 4. April 2002) gilt die Umweltbeobachtung als rechtlich verankert (§12 BNatSchG). Doch nicht nur auf Bundesebene gewinnt diese an Bedeutung. Auch durch EU-Richtlinien wie z.B. die Flora-Fauna-Habitat-Richtlinie (92/43/EWG), die Richtlinie über die Erhaltung wildlebender Vogelarten (79/409/EWG) und die internationalen Biokonventionen wie die Bonner Konvention, das CITES-Übereinkommen über die biologische Vielfalt (UNEP) und die Agenda 21 gewinnt die Umweltüberwachung zunehmend an Bedeutung als Grundlage umweltpolitischer Entscheidungen auf nationaler und internationaler Ebene.

Die Umweltprobenbank des Bundes (UPB) erfasst, als Instrument der Umweltüberwachung der Bundesrepublik Deutschland, auf der Grundlage des passiven und aktiven Biomonitoring umfassende Daten zur Ermittlung und Bewertung des Ist-Zustandes von ausgewählten repräsentativen Hauptökosystemen der Bundesrepublik. Durch eine langfristig angelegte Beobachtung ist somit die Möglichkeit gegeben, in der Umwelt stattfindende chemische, physikalische und biologische Entwicklungsprozesse in Raum und Zeit zu erfassen. Primär richtet sich der Hauptuntersuchungsschwerpunkt auf die Analyse umweltrelevanter Stoffe in repräsentativen Probenahmeorganismen sowie die chemisch veränderungsfreie Lagerung der Proben zur Beweissicherung und retrospektiven Betrachtung. Ziel ist es, die Umweltverträglichkeit von Schadstoffen frühzeitig abzuschätzen und somit die Voraussetzung zur Festlegung von Grenzwerten, zur Erfolgskontrolle von Umweltschutz-, Naturschutz- und Sanierungsvorhaben des Bundes und zur Prioritätensetzung für politische Maßnahmen der Bundesregierung zu ermöglichen.

Ökosystemare Energieflüsse und Stoffkreisläufe stellen die vielschichtigen Wechselwirkungen des belebten und unbelebten Faktorenkomplexes eines Lebensraumes dar. Um die Auswirkungen der Schadstoffkonzentrationen für die betrachteten Ökosysteme zu erhellen, ist es somit von großer Relevanz, die biotische Struktur der Lebensräume zu erfassen. Es besteht somit die Notwendigkeit der genauen Kenntnis der in dem jeweiligen betrachteten Lebensraum vorkommenden Arten und deren Stellung in den verschiedenen Kompartimenten des Ökosystems (Primärproduzenten, Primär-konsumenten, Sekundärkonsumenten und Destruenten). Dieses Ziel verfolgt das Zusatzprojekt ‚Arteninventarisierung als Grundlage eines Biologischen Langzeit-Monitoring in der Umweltprobenbank des Bundes’ (AIS).

Da es, wie schon bereits RIECKEN bemerkt, bislang in keinem Ökosystem möglich ist, alle ökologischen Beziehungen innerhalb vertretbarer Zeit zu erfassen, besteht die Notwendigkeit der Anwendung von Bioindikatorgruppen, die geeignet sind, in vertretbarem zeitlichem, personellem und finanziellem Aufwand ausreichende Grundlagen für die Raumbewertung und die Erfassung von Lebensraumveränderungen zu gewährleisten. Als Bioindikatoren bezeichnet man nach SCHUBERT ‘...Organismen oder Organismengemeinschaften, deren Lebensfunktionen sich mit bestimmten Umweltfaktoren so eng korrelieren lassen, dass sie als Zeiger dafür verwendet werden können’. Somit lässt sich, ausgehend von bekannten ökologischen Anspruchsprofilen von Arten und Artengemeinschaften sowie von bestimmten synökologischen Parametern, auf die konkrete strukturelle und physiologische Lebensraumsituation schließen. Zudem lassen sich Lebensraumveränderungen in Raum und Zeit erkennen.

Im Rahmen des Zusatzprojektes ‘Arteninventarisierung als Grundlage eines Biologischen Langzeitmonitoring in der Umweltprobenbank’ orientiert sich die Auswahl an geeigneten Tier- und Pflanzengruppen, zwecks Homogenisierung der Methode, vor allem nach dem ‘Konzept für ein Naturschutzorientiertes Tierartenmonitoring’ sowie in Anlehnung an das ‘Konzept für die Ökosystemare Umweltbeobachtung’. Unter besonderer Berücksichtigung der Probenahmeflächen der Probenahmegebiete der UPB als räumliche Bezugseinheit wurden Laufkäfer, Fische und Gefäßpflanzen als geeignete Indikatorgruppen für ein biologisches Langzeit-Monitoring ausgewählt.

Die vorliegende Arbeit hat das übergeordnete Ziel, den Informationsgehalt der Indikatorgruppe der Laufkäfer (Coleoptera: Carabidae) über den Lebensraumzustand der von ihnen besiedelten Probenahmeflächen der terrestrischen Probenahmegebiete der UPB korrekt zu entschlüsseln.

Die Eignung von Carabiden als Indikator wurde bereits vielfach beschrieben und diskutiert. Laufkäfer treten in allen Landlebensräumen auf und zeigen sehr differenzierte Lebensweisen und Habitatansprüche. Sie erfüllen essentielle Funktionen in Ökosystemen (z.B. hinsichtlich Pollination, Bodenstruktur, Dekomposition und Nährstoffkreislauf, natürliche Feinde von Schädlingsarten, Nahrung für Prädatoren höherer Trophiestufen etc.) und haben kurze Generationsfolgen. Sie eignen sich weiterhin durch ihre gute Erfassbarkeit, den vergleichbar guten taxonomischen, faunistischen und ökologischen Kenntnisstand sowie ihren z.T. hohen Gefährdungsgrad und ihre schnelle Reaktion auf Umweltveränderungen. Zudem ermöglicht das Vorhandensein von Standardwerken zur Bestimmung eine vergleichsweise einfache systematische Einordnung.

Die onthogenetische Entwicklung der Carabiden ist ähnlich der von Pflanzen in großem Maß abhängig von klimatischen Faktoren, wodurch Laufkäfer je nach Entwicklungstyp im Frühjahr oder im Herbst unterschiedliche Aktivitätsmaxima zeigen. Da es aus naturschutzfachlicher Sicht und aus Kostengründen nicht sinnvoll ist, im Rahmen von Dauerbeobachtungsprogrammen eine Datenerhebung über den Zeitraum der gesamten Vegetationsperiode durchzuführen, fand die Datenerhebung auf den Probenahmeflächen der terrestrischen Probenahmegebiete der UPB in zwei Erfassungsperioden von je vier Wochen im Herbst 2004 und im Frühjahr 2005 statt.

Ziel der Arbeit ist es auch, zur Entschlüsselung des Informationsgehaltes der Carabidenzönosen Bewertungsansätze so auszuwählen, dass sie im Hinblick auf eine Dauerbeobachtung eine vergleichende Abbildung der gewonnenen Informationen ermöglichen um Lebensraumveränderungen zu erkennen.

Die Abhängigkeit der onthogenetischen Entwicklung der Carabiden von klimatischen Faktoren wie der Temperatur und der Luftfeuchte verursacht zusätzliche Probleme bei der Bewertung. Diese Faktoren unterliegen wiederum jahreszeitlichen Schwankungen und variieren je nach geographischer Lage. Die in der vorliegenden Arbeit betrachteten Untersuchungsgebiete unterscheiden sich in ihrer geographischen Lage sehr stark. Da es aus Gründen des zeitlichen und finanziellen Aufwands im Rahmen von großräumig angelegten Dauerbeobachtungsprogrammen wie dem AIS nicht möglich ist, die Erfassung der Carabiden für jedes Probenahmegebiet separat durchzuführen, verfolgt die Arbeit als weiteres Ziel eine an den phänologischen Entwicklungszustand der Untersuchungsflächen gebundene Möglichkeit der Dokumentation des Erfassungszeitraumes zu konzipieren. Hierdurch soll ermöglicht werden, Differenzen der Arten- und Individuenzahlen zwischen Untersuchungsperioden, welche z.B. aus einer verzögerten Entwicklung der Larven aufgrund des späteren Beginns günstiger klimatischer Verhältnisse im Frühjahr resultieren, als solche zu erkennen und zu beurteilen.

Nach abgeschlossener Anwendung der Methoden zur Entschlüsselung des Informationsgehaltes der Laufkäferzönosen und deren Interpretation hinsichtlich des Zustands der jeweils untersuchten Fläche besteht ein weiteres Ziel dieser Arbeit darin, den gewonnenen Informationsgehalt zu einer naturschutzfachlichen Bewertung der Flächen zu nutzen.

Letztendlich wird als abrundendes Ziel die Beantwortung der Frage versucht, inwiefern sich die Carabidenzönosen der einzelnen Probenahmegebiete unterscheiden und welche Gründe schließlich für die Differenzen bzw. Ähnlichkeiten ermittelt werden können.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit soll somit auf folgende Fragen eine Antwort gefunden werden:

Welche Bewertungsansätze könnten sich zur Entschlüsselung der Information von erfassten Laufkäferzönosen als Indikator des Lebensraumzustandes und von Lebensraumveränderungen eignen?

Wie lässt sich der Erfassungszeitraum bestmöglich phänologisch dokumentieren?

Welcher momentane Zustand der Untersuchungsflächen wird durch die Laufkäferzönosen abgebildet?

Welchen naturschutzfachlichen Wert besitzen die Untersuchungsflächen der Probenahmegebiete der UPB bezüglich ihrer Laufkäferzönosen?

Wie ähnlich sind sich die Untersuchungsflächen hinsichtlich ihrer Laufkäferzönosen und worin liegen die Differenzen begründet?

Inhaltsverzeichnis:

	Abbildungsverzeichnis	VI
	Tabellenverzeichnis	X
	Abkürzungsverzeichnis	XII
1.	Einleitung und Zielsetzung	1
2.	Material und Methoden	5
2.1	Erfassung der Carabidenzönosen	5
2.2	Determination, Präparation und Aufbewahrung	7
2.3	Bewertungsansätze	7
2.3.1	Gesamtartenzahl	7
2.3.2	Aktivitätsdominanz und Dominanzklassen	8
2.3.3	Speziesdiversität und Eveness	9
2.3.4	Daten zur Autökologie der Carabiden	11
2.3.4.1	Biotopbindung	11
2.3.4.2	Flugdynamik	13
2.3.4.3	Körpergröße und Größenklassen	14
2.3.4.4	Jahresrhythmik	15
2.3.4.5	Gefährdungsgrad der Arten	16
2.3.5	Ähnlichkeitsindizes	17
2.3.5.1	JACCARDsche Zahl	17
2.3.5.2	Percentage Similarity nach RENKONEN	18
2.3.5.3	Ähnlichkeitsindex nach WAINSTEIN	19
2.3.6	Forest-Affinity-Index	20
2.3.7	Clusteranalysen	21
2.3.8	Naturschutzfachliche Bewertung	22
2.4	Phänologische Dokumentation der Fallenexposition	26
2.5	Vegetationserfassung	28
3.	Die Untersuchungsgebiete	29
3.1	Überblick über die Probenahmegebiete der UPB	29
3.2	Agrarökosysteme	33
3.2.1	PNG Bornhöveder Seengebiet	33
3.2.2	PNG Oberbayerisches Tertiärhügelland	33
3.3	Ballungsraumnahe Ökosysteme	34
3.3.1	PNG Saarländischer Verdichtungsraum	34
3.3.2	PNG Dübener Heide	34
3.4	Forstökosysteme	35
3.4.1	PNG BR Pfälzerwald	35
3.4.2	PNG Solling	35
3.5	Naturnahe terrestrische Ökosysteme	36
3.5.1	PNG NP Hochharz	36
3.5.2	PNG BR/NP Bayerischer Wald	37
3.5.3	PNG BR/NP Berchtesgaden	38
4.	Darstellung und Interpretation der Ergebnisse	39
4.1	Vegetation der Probenahmeflächen	39
4.1.1	Überblick über die potentielle natürliche Vegetation	40
4.1.2	Gruppierung der PN-Flächen nach synökologischen Gruppen	41
4.1.3	Vegetationsstruktur der Probenahmeflächen	43
4.1.4	Standorteigenschaften nach Zeigerwerten	44
4.2	Phänologische Dokumentation der Erfassungszeiträume	48
4.3	Fallenfänge	53
4.4	Biologisch-ökologische Charakterisierung der erfassten Laufkäferarten	56
4.5	Informationsgehalt der Carabidenzönosen	58
4.5.1	Bornhöveder Seengebiet	59
4.5.1.1	Probenahmefläche BH-F1:03102	59
4.5.1.2	Probenahmefläche BH-F2:03102	61
4.5.1.3	Zusammenfassende Gebietsbewertung	62
4.5.2	Oberbayerisches Tertiärhügelland	65
4.5.2.1	Probenahmefläche BTH-B:16152	65
4.5.2.2	Probenahmefläche BTH-F:16144	67
4.5.2.3	Probenahmefläche BTH-B:16154 bzw. BTH-F:16146 (Mischfläche)	69
4.5.2.4	Zusammenfassende Gebietsbewertung	70
4.5.3	Saarländischer Verdichtungsraum	71
4.5.3.1	Probenahmefläche SL-W-B/Bo:02202	72
4.5.3.2	Probenahmefläche SL-W-F:02201	73
4.5.3.3	Probenahmefläche SL-SKW-F1:02301	74
4.5.3.4	Probenahmefläche SL-SKW-F2:02301	76
4.5.3.5	Zusammenfassende Gebietsbewertung	77
4.5.4	Dübener Heide	79
4.5.4.1	Probenahmefläche DH-K:11270	79
4.5.4.2	Probenahmefläche DH-K:11281	81
4.5.4.3	Probenahmefläche DH-Bo:11281	82
4.5.4.4	Zusammenfassende Gebietsbewertung	83
4.5.5	Biosphärenreservat Pfälzerwald	85
4.5.5.1	Probenahmefläche PW-B:15143	85
4.5.5.2	Probenahmefläche PW-B:15146	86
4.5.5.3	Probenahmefläche PW-F:15132	88
4.5.5.4	Probenahmefläche PW-F:15138	89
4.5.5.5	Zusammenfassende Gebietsbewertung	90
4.5.6	Solling	92
4.5.6.1	Probenahmefläche SO-B:14145	92
4.5.6.2	Probenahmefläche SO-B:14146	94
4.5.6.3	Probenahmefläche SO-F:14131	95
4.5.6.4	Probenahmefläche SO-F:14132	96
4.5.6.5	Zusammenfassende Gebietsbewertung	97
4.5.7	Nationalpark Hochharz	98
4.5.7.1	ProbenahmeflächeHH-B:12089	99
4.5.7.2	Probenahmefläche HH-F1:12100	100
4.5.7.3	Probenahmefläche HH-F10:12100	101
4.5.7.4	Zusammenfassende Gebietsbewertung	103
4.5.8	Biosphärenreservat/Nationalpark Bayerischer Wald	104
4.5.8.1	Probenahmefläche BW-B:05102	105
4.5.8.2	Probenahmefläche BW-F:05101	106
4.5.8.3	Zusammenfassende Gebietsbewertung	108
4.5.9	Biosphärenreservat / Nationalpark Berchtesgaden	110
4.5.9.1	Probenahmefläche BG-B:01245	110
4.5.9.2	Probenahmefläche BG-B:01248	112
4.5.9.3	Probenahmefläche BG-F:01261	113
4.5.9.4	Probenahmefläche BG-F:01265	114
4.5.9.5	Probenahmefläche BG-F:01267	116
4.5.9.6	Zusammenfassende Gebietsbewertung	117
4.5.10	Zusammenfassender Überblick	120
4.5.10.1	Aktivitätsdichten und Artenzahlen	120
4.5.10.2	Speziesdiversität und Eveness	121
4.5.10.3	Daten zur Autökologie der Carabiden	122
4.5.10.4	Forrest-Affinity-Index	127
4.5.10.5	Bedeutung der Probenahmeflächen für gefährdete Arten	128
4.6	Naturschutzfachliche Gesamtbewertung	130
4.7	Ergebnis der Clusteranalyse	134
5.	Diskussion	136
5.1	Erfassungsmethode	136
5.2	Phänologische Dokumentation des Erfassungszeitraumes	138
5.3	Zusammenfassende Diskussion über die Carabidenzönosen	143
5.4	Naturschutzfachliche Bewertung	149
5.5	Clusteranalyse	150
5.6	Schlussbetrachtung	155
6.	Zusammenfassung	156
	Literaturverzeichnis	159

Textprobe:

Kapitel 2.4, Phänologische Dokumentation der Fallenexposition:

Die Probenahmeflächen repräsentieren Waldgebiete in ganz Deutschland (vgl. Kap 3) und variieren somit in ihrer geografischen Lage sowie in der Höhe über dem Meeresspiegel sehr stark. Die dadurch hervorgerufenen regionalen klimatischen Variationen bedingen ebenfalls eine Variation der phänologischen Stadien der an den einzelnen Untersuchungsflächen ansässigen Organismen. Somit besteht die Möglichkeit, dass die Entwicklungsstadien der Carabidenarten an den unterschiedlichen Standorten zu gleichen Zeitpunkten unterschiedlich weit fortgeschritten sind. Um trotzdem eine Vergleichbarkeit der erhobenen Daten über längere Zeiträume zu gewährleisten, sollte unbedingt darauf geachtet werden, dass die Expositionen der Fallen jährlich zu gleichen phänologischen Stadien der Vegetation auf den Untersuchungsflächen stattfinden.

Um dies zu ermöglichen, wurde in der vorliegenden Arbeit ein Erfassungsbogen konzipiert, der geeignet wäre, den phänologischen Zustand der Probenahmeflächen zum Zeitpunkt der Fallenexposition zu dokumentieren (siehe Anhang A).

Der Deutsche Wetterdienst (DWD) schlägt eine Gliederung des Jahres in zehn phänologische Jahreszeiten vor, die durch das Erscheinen von Merkmalen bestimmter Zeigerpflanzen definiert werden. Hierzu hat der DWD einen Phasenkalender entwickelt, der die Zeigerpflanzen nach der Reihenfolge des Erscheinens ihrer Merkmale im Jahr gliedert. Zur Gliederung des Jahres werden wildwachsende Pflanzen, landwirtschaftliche Kulturpflanzen, Obst sowie Weinrebensorten einbezogen.

Zur Konzeption des Erfassungsbogens wurden nur die wildwachsenden Pflanzen herangezogen, da das Vorkommen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen, Obst und Weinrebensorten an den einzelnen Untersuchungsstandorten nicht zu erwarten ist (vgl. Anhang A).

Der Erfassungsbogen beinhaltet somit eine Auswahl von 31 Pflanzenarten, deren phänologische Merkmale den Zeitraum vom Vorfrühling bis zum Frühsommer abdecken. Zusätzlich sind die phänologischen Merkmale der Pflanzen beschrieben. Ist die aufgelistete Pflanze im Untersuchungsgebiet vorhanden, so wird dies auf dem Erfassungsbogen durch ein Kreuz im dafür vorgesehenen Feld notiert. Ist nun das angegebene phänologische Merkmal bereits eingetreten, so wird dies ebenfalls notiert. Dies wird solange durchgeführt, bis eine im Gebiet vorgefundene Pflanze das angegebene Merkmal noch nicht aufweist. Der Erfassungsbogen ermöglicht somit eine iterative Eingliederung des phänologischen Zustandes des Standortes in die vom DWD vorgeschlagenen phänologischen Jahreszeiten.

Auf dem Erfassungsbogen werden weiterhin notiert: Name des Probenahmegebietes, Nummer der Screeningfläche der Umweltprobenbank, Datum und Uhrzeit der Erfassung. Weiterhin bietet der Erfassungsbogen die Möglichkeit, vor Ort festgestellte Besonderheiten, die der phänologischen Eingliederung dienen könnten, in einem dafür vorgesehenen Abschnitt zu notieren.

2.5, Vegetationserfassung:

Zur Charakterisierung der Flächen hinsichtlich der Strukturierung und Bestimmung der Pflanzengesellschaften wurden auf den Untersuchungsflächen entlang der Fallentransekte Vegetationsaufnahmen nach DIERSCHKE durchgeführt. Diesbezüglich wurde entlang der Fallenreihen ein Rechteck mit einer Fläche von 240 m² abgesteckt, in dem die Gefäßpflanzen getrennt nach Schichten erfasst wurden. Die Schätzung der Artmächtigkeit erfolgte nach der Schätzskala von LONDO. Aus Zeit- und Kostengründen erfolgte die Erfassung der Vegetation durch eine einmalige Begehung zum Zeitpunkt der Fallenleerung. Die Determination der höheren Pflanzen erfolgte mit ROTHMALER. Die Vegetationserfassung der Probenahmeflächen in den Probenahmegebieten ‚Bornhöveder Seengebiet’, ‚Dübener Heide’ und ‚NP Hochharz’ wurden von Dipl. Agr. Ing. Katharina Nentwich übernommen.

Auswertung der Vegetationserfassungen:

Aufbauend auf der Vegetationserfassung wird nach DIERSCHKE eine tabellarische Auswertung der Daten vorgenommen mit dem Ziel, eine Gruppierung hinsichtlich gleicher floristischer Zusammensetzung zu ermitteln. Diese bereits von BRAUN-BLANQUET entwickelte Methode macht Gebrauch von sog. syntaxonomischen Differentialarten, die bestimmte Syntaxa einer Rangstufe (Assoziation, Verband, Ordnung, Klasse u.a.) voneinander abtrennen. Somit wird es möglich, die an den Untersuchungsflächen vorgefundene Vegetation einer bestimmten Pflanzengesellschaft zuzuordnen. Weiterhin ist durch eine tabellarische Gruppierung des Datenmaterials hinsichtlich synökologischer Differentialartengruppen eine Differenzierung der Untersuchungsflächen bezüglich edaphischer und mikroklimatischer Eigenschaften gegeben.

Zudem wurden für jede Untersuchungsfläche die mittleren Zeigerwerte berechnet. Diese Berechnung ermöglicht die Darstellung relativ feiner Standortunterschiede in räumlicher oder zeitlicher Abfolge. Die mittleren Zeigerwerte wurden qualitativ berechnet, d.h. es wurde nur die Präsenz der Arten berücksichtigt. Die Charakterisierung des Standortes an Hand der mittleren Zeigerwerte wird zum einen zur Abgrenzung der einzelnen Untersuchungsflächen gegeneinander und zum andern zur Unterstützung der Interpretation der erfassten Carabidenzönosen herangezogen.