Das Potential der Oribatiden bei der Beurteilung der Boden-Biodiversität in Deutschland

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1 Das Potential der Oribatiden bei der Beurteilung der Boden-Biodiversität in Deutschland Hubert Höfer & Franz Horak Staatliches Museum für Naturkunde, Karlsruhe Andreas Toschki gaiac Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung, Aachen Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 1

2 Warum die Bodenbiodiversität bewerten? Biodiversität steht für die Erhaltung der natürlichen Bodenfunktion wie Bodenfruchtbarkeit, Kohlenstoff-Speicher, Klima Regulation etc. Ihre Beurteilung ist Vorrausetzung für nachhaltigen Umgang mit Boden Deutschland: BBodSchG 2 - Begriffsbestimmung Der Boden erfüllt im Sinne dieses Gesetzes natürliche Funktionen als a) Lebensgrundlage und Lebensraum für Menschen, Tiere, Pflanzen und Bodenorganismen Nationalen Biodiversitätsstrategie: Boden bisher kaum berücksichtigt Vorgaben zum Schutz dieser Funktion fehlen weitgehend (Ausnahme: Bodenwerte für einzelne Chemikalien) Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 2

3 Wie kann man (Boden-)Biodiversität bewerten? Problemstellung Die an einem Standort beobachtete Diversität von Bodenorganismen (Ist-Zustand) sagt, für sich allein, nichts über den ökologischen Zustand der jeweiligen Gemeinschaft bzw. des Standorts aus. Es muss ein Bewertungsmaßstab festgelegt werden. Ein Referenzsystem (= Summe von Soll-Werten): Die Gesamtheit des derzeitigen Wissens um Biozönose-Standort-Beziehungen sowie die Identifikation von Schwellenwerten (Ruf et al. 2011). Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 3

4 Wie kann man (Boden-)Biodiversität bewerten? Aus Römbke et al. 2012: Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 4

5 Definition von Referenzzuständen Datenbank-Abfragen Artenlisten (Präsenz, Dominanz etc.) Lebensgemeinschaften (Struktur, Indikatorarten) Lebensraum Präferenzen ph-wert, Corg, Bodentyp etc. GIS-Analyse Referenz -System Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 5

6 Oribatida - Hornmilben Klasse: Arachnida, U.klasse: Acari (Milben) Ordnung: Sarcoptiformes, U.ordnung Oribatida > Arten weltweit beschrieben, in Deutschland ca. 600 Arten Ökologie Wichtige euedaphische / epigäische Gruppe Abundanzen bis Ind./m² - hohe Biomasse bes. in sauren Waldböden, wenn Regenwürmer zurück gehen hohe Zersetzerleistung, starke Interaktion mit Pilzen Diversität (Maraun, Schatz & Scheu 2007) hohe alpha-diversität - große Zahl (trophischer) Nischen niedrige beta-diversität konstante trophische Position, Mikro-Nischen unterscheiden sich wenig zwischen Habitaten Artenzusammensetzung differenziert Waldtypen (Erdmann, Scheu & Maraun 2012) Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 6

7 Oribatida - Hornmilben Erfassung und Bestimmung ISO-Standard: dynamische Macfadyen Extraktion aus Bodenproben Standardwerk: Weigmann (2006) macht nachvollziehbare Bestimmung möglich Problem: Für ca. 35% der Arten sichere Determination erst im Milchsäure-Temporär-Präparat (bei 400 facher Vergrößerung) Schwierige Gruppen: Brachychthoniidae, Phtiracaridae, Suctobelbidae, Oppioidea Machen in Wäldern bis 50 % der Zönosen aus, darunter hochdominante Arten Determinations-Niveau und Qualität spielt eine große Rolle Eignung zur Bewertung der Bodenbiodiversität artenreicher als Regenwürmer edaphischer als Spinnen und Laufkäfer größere Biomasse und Umsatz als Enchyträeen ähnlich schwierig wie Collembola Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 7

8 Was kann/soll Edaphobase leisten? Fkz.: 01LI0901 Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 8

9 Was kann/soll Edaphobase leisten? Dient als/zur Dauerhaftes Datenrepositorium Vernetzung der Belegsammlungsdaten in Deutschland Gepflegtes und aktualisiertes Informationssystem (Taxonomien, Begriffslisten, Methodenstandards, Georeferenzierung, Referenzwerte) Datenaustausch (data sharing) Daten-Neu-/Wiedernutzung, Taxon übergreifend in neuen Kontexten, unter neuen Fragestellungen Verfügt über: Such- und Filterfunktionen zur gezielten Zusammenstellung von Datenpaketen Metainformationen zu den Datenpaketen Auswertungstools und Exportroutinen Daraus ergeben sich ganz neue Möglichkeiten für die Einbeziehung / Verwendung von Oribatiden Fkz.: 01LI0901 Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 9

10 UBA-Vorhaben ( ) Erfassung und Analyse des Bodenzustands in Hinblick auf die Umsetzung und Weiterentwicklung der Nationalen Biodiversitätsstratgie Review: Methoden und Konzepte zur Nutzung der Biodiversität in der Boden-Qualitäts-Bewertung Erfassung und Auswertung der in den Bundesländern für Dauerbeobachtungsflächen vorliegenden bodenbiologischen Daten über eine für die Aufgabenstellung eigens erstellte Datenbank Konzeptionelle Empfehlungen zur Weiterentwicklung von bodenbiologischen Monitoringverfahren inklusive Aufzeigen von Kenntnislücken Abschlussbericht unter: Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 10

11 Datenbestand im UBA-Vorhaben Keine Oribatidendaten aus BDF des Bundes und der Länder Daten aus eigenen Beständen mobilisiert (SMNK, RWTH/gaiac) Hoher Aufwand für Qualitätsprüfung (Vereinheitlichung) Aufbereitung der Daten für Import in eine Arbeitsdatenbank Bo-Info 85 gut untersuchte Standorte mit Oribatiden-Daten und Angabe zu Bodenvariablen, darin 295 Oribatidenarten Alle Arten und Standorte wurden multivariat statistisch analysiert 59 Arten mit Indikatorpotential a) sicher korrekt identifiziert b) in mind. einem Biotoptyp > 1% c) >15 % Stetigkeit über alle Standorte d) >30 % in einem Biotoptyp 47 Arten differenzieren die Haupt-Biotoptypen Arten zeigen Präferenzen für ph-, Textur- oder C/N- Klassen Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 11

12 Oribatida 85 Standorte, 295 Arten (von 520 in D) Vier Biotoptypen: Acker (N=4) Grasland (N=26) Laubwald (N=44) Nadelwald (N=11) Wenige Ackerstandorte Gute aber nicht zahlreiche Graslandstandorte Starke Konzentration auf Baden- Württemberg Wenige Nadelwaldstandorte Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 12

13 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% Vergleich der einzelnen Arten Vier Biotoptypen: Acker (N=4) Grasland (N=26) Laubwald (N=44) Nadelwald (N=11) 20% 10% 0% Eurytope Arten Grasland-Arten Wald-Arten Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 13

14 Vorkommen [%] Vorkommen [%] Vorkommen [%] Vorkommen [%] Einzelartebene Beispiel: Liebstadia similis Formationen ph-wert Acker Grünland Laubwald Nadelwald Keine Standorte! 3,5 3,6-4,5 4,6-5,5 5,6-6,5 >6,5 In Grasland, auf leichten, wenig sauren bis schwach alkalischen Böden Organischer Gehalt [%] Textur ,1-4 4,1-8 >8 0 Sande Schluffe Lehme Tone Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 14

15 CA: 85 Standorte, 295 Arten Bodenvariablen post-hoc korreliert Anderes Determinationsniveau Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz Erklärte Variabilität: 10% durch Koordinaten (als Kovariable extrahiert) 1. Achse: 8 % 2. Achse: 7 % Vier Bodenvariablen: 12% 15

16 RDA: 85 Standorte, 295 Arten kanonische Variablen ph, C/N, Textur Summe der kanonischen Eigenwerte Achse: 7.3 % Achse: 2.8 % Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 16

17 Acker Grasland Indikatorarten basierend auf Präsenz und Dominanz in den 85 Standorten Typische Arten Differentialarten Ubiquisten Liebstadia similis Eupelops occultus Punctoribates punctum Ceratozetes mediocris [Punctoribates punctum Tectocepheus velatus, T. minor Opiella falcata] ph > 6: Trichoribates novus ph < 6: Microppia minus Schwere Böden: Liebstadia similis Sandige Böden: Pilogalumna tenuiclava Niedriger C/N: Scheloribates laevigatus Achipt. coleoptrata Oppiella nova Dissorhina ornata Oppiella nova Oribatula tibialis Tectocepheus velatus Laubwald Ophidiotrichus tectus Oppiella subpectinata Suctob. subcornigera Liacarus subterraneus Steganacarus magnus Ceratozetes gracilis Damaeus riparius ph > 5: Opiella nova, Eulohmannia ribagai, Suctobelba sarekensis, Damaeus riparius ph < 4: Nothrus silvestris Schwere Böden: Chamobates voigtsi Tectocepheus velatus Oribatula tibialis Oppiella nova Nadelwald Adoristes ovatus Chamobates cuspidatus Cultroribula bicultrata Platynothrus peltifer ph < 4: Carabodes labyrinthicus, Tectocepheus velatus, Oribatula tibialis, Scheloribates laevigatus, Carabodes ornatus Oppiella nova Achipt. coleoptrata Dissorhina ornata Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 17

18 Erste Referenzwerte für Abundanz und Artenzahl für die Haupt-Biotoptypen [Acker] Grasland Laubwald Nadelwald N Standorte Mittlere Abundanz Ind./m² 750 5,800 31,000 46,000 Untergrenze 400 2,300 3,500 14,500 Obergrenze 1,200 10, , ,000 Mittlere Artenzahl Untergrenze Obergrenze Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 18

19 Beurteilung des Datenstatus / Erfahrungen UBA-Projekt / vor Edaphobase Ein beträchtlicher Teil der Artenvielfalt (295 von 520 = 57%) wird in dem Datenbestand (in nur vier Biotoptypen der ersten Ebene) abgebildet Es bestehen noch erhebliche Datenlücken in einigen Biotoptypen die eine Referenzwertbildung erschweren, dies sind z.b.: Äcker auf verschiedenen Böden, Naturräumen, Vornutzung Grünland auf sauren Böden, Extensiv / Intensiv Laubwälder außerhalb Baden-Württembergs, auf basenreichen Standorten Datenqualität spielt eine große Rolle bei der Zusammenführung heterogener Datenpakete! Man kann Standorte auch beurteilen, wenn nicht alle schwierigen Taxa bis zur Art determiniert sind, aber alle Standorte müssen auf dem gleichen Niveau in die Analyse eingeführt werden Wichtig sind Metainformationen! Notwendig sind Probenstandards, Einheiten, einheitliche Determination Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 19

20 Wie können Datenlücken geschlossen werden? Edaphobase I Daten aus existierenden Datenarchiven - Retrospektiv Belegsammlungen (z.b. Strenzke) Literatur (semi-automatische Extraktion mit Golden Gate) Universitären Arbeitsgruppen und Studien retrospektiv und prospektiv (z.b. Daten aus den Exploratorien: Erdmann et al aus Offenhaltungsversuchen B.-Württ.: Gossner unpubl.) Aufwand bei der Erhebung vs. Eignung/Qualität!! Zukunft Standardisierte Neuaufnahmen von prioritären Standorttypen und Standorten, inkl. Bodenvariablen (auf BDFs) Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 20

21 Wir danken: Ludwig Beck Martina Roß-Nickoll Florian Raub Jörg Römbke David Russell Guido Sautter Thomas Stierhof Jörn Vorwald Steffen Woas Willi Xylander und allen anderen Kollegen Edaphobase Symposium Oktober 2012, Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz 21