Universität Hohenheim. Institut für Landschafts- und Pflanzenökologie

Transkript

1 Universität Hohenheim Institut für Landschafts- und Pflanzenökologie Fachgebiet Landschaftsökologie und Vegetationskunde Betreut von Prof. Dr. Martin Dieterich Konzept zur Masterarbeit mit dem Titel Ökologische Bedeutung von Randstrukturen verschiedener Bioenergiekulturen - Untersucht anhand der Spinnen- und Laufkäfer (Araneae und Carabidae) Vorgelegt von Milena Hausberg Matrikelnummer:

2 1 EINFÜHRUNG Im Rahmen des BfN Projekts Biomassekulturen der Zukunft aus Naturschutzsicht soll die Biodiversitätswirkung unterschiedlicher Kulturen und Nutzungssysteme im Energiesektor untersucht werden. In zwei Modellregionen werden anhand von Artengruppen, die verschiedene Funktionen im Ökosystem repräsentieren, die Biodiversitätseffekte verschiedener Kulturen und Anbausysteme bewertet. Dabei wird zur Bewertung von Landschaftseffekten bei gleichem Untersuchungsansatz zwischen einer kleinstrukturierten Agrarlandschaft in Süddeutschland und einer großstrukturierten Agrarlandschaft in Norddeutschland unterschieden. Die Intensivierung der Landwirtschaft in den letzten Jahrzehnten führte zur immer stärkeren Reduzierung und Isolation naturnaher Lebensräume. Im Rahmen der Flurbereinigung wurden Begleitstrukturen wie Hecken, Ackerraine und Ackerrandstreifen für die Vergrößerung der Bewirtschaftungseinheiten beseitigt. Dies führte zu einem starken Rückgang der Artenvielfalt in der Agrarlandschaft, da viele Tier- und Pflanzenarten auf die Begleitstrukturen als Lebensraum angewiesen sind (KAULE, 1991). Heute ist dieses Problem aktueller denn je, da anzunehmen ist, dass im Rahmen der Produktion von Biomasse zur Energieerzeugung die Intensität und der Flächenanspruch weiter steigen werden (BfN & vti, 2012). Die Agrarlandschaft wird von intensiv bewirtschafteten Flächen dominiert. Auf regionaler Ebene lassen sich in der Strukturierung jedoch deutliche Unterschiede erkennen. Während zum Beispiel in den Börden in Norddeutschland nur noch wenige Strukturelemente in der Landschaft verblieben sind, finden sich im süddeutschen Raum noch reich gegliederte Agrarlandschaften mit hohem Anteil naturnaher Landschaftselemente (KNAUER, 1993). In der Agrarlandschaft übernehmen die nicht genutzten Ackerbegleitstrukturen wichtige Biotopfunktionen, da sie im Vergleich zu den intensiv genutzten Agrarflächen vergleichsweise ungestört und naturnah sein können. Somit leisten diese Biotope einen wichtigen Beitrag zur Förderung der biologischen Vielfalt. Je nach Standort kann eine hohe floristische Artendiversität erreicht werden, wobei viele Arten der Begleitstrukturen zu unterschiedlichen Pflanzengesellschaften wie Äcker, Ruderalfluren und Grünland gehören (ALBRECHT et al., 2004; KAULE, 1991). Auch für zahlreiche Tiergruppen stellen die Ackerbegleitstrukturen Lebensräume dar. Laut ALBRECHT et al. (2004) wird die Fauna der Saumbiotope neben den Standortverhältnissen und Bewirtschaftungseinflüssen vor allem durch das floristische Arteninventar und seine Struktur beeinflusst. Sie beschreiben deutliche Unterschiede zwischen krautigen Saumbiotopen und Gehölzstrukturen. Blütenbesucher und phytophage Insekten profitieren direkt von der floristischen Vielfalt, was wiederum Prädatoren wie Laufkäfer, Spinnen oder Vögel fördert (KNAUER, 1993). Es gibt stenotope Arten, die nur auf diesen Flächen leben, 2

3 aber auch zahlreiche Feldarten, wie Insekten und Spinnen, die Randstrukturen zur Überwinterung nutzen oder als Ausweichhabitat und nach der Ernte von dort aus in die Randbereiche der Felder einwandern (KOPP, 1998; KÜHNE et al., 2000). Laufkäfer (Carabidae) Laufkäfer sind eine der artenreichsten Käferfamilien. Weltweit gibt es über bekannte Arten von denen sich in Deutschland über 500 finden lassen. Die meisten Laufkäfer sind epigäische Raubarthropoden, das heißt, sie leben vorwiegend auf der Bodenoberfläche und ernähren sich zoophag. Sie sind in nahezu allen Landlebensräumen in oft artenreichen Zönosen vertreten und spielen als Regulatoren im Nahrungsgefüge eine wichtige Rolle. Die Familie der Laufkäfer zählt zu den am besten untersuchten Arthropodengruppen und es gibt gute Kenntnisse über ihre ökologischen Ansprüche und ihre Verbreitung. Dadurch eignen sie sich sehr gut als Bioindikatoren und zur Bearbeitung ökologischer und landschaftsökologischer Fragestellungen (TRAUTNER et al., 2005). Besonders bei agrarökologischen Untersuchungen eignen sich Laufkäfer als Indikatoren. Auf den Agrarflächen mit ihren extremen Bedingungen bilden sie den größten Teil der epigäischen Arthropodenfauna mit zum Teil hohen Arten- und Individuenzahlen (TISCHLER, 1958; THIELE, 1977) Spinnen (Araneae) Von den weltweit über Spinnenarten (PLATNICK, 2012) wurden in Deutschland 1004 Arten nachgewiesen (BLICK et al., 2004). In Baden-Württemberg kommen 738 Arten vor. Spinnen leben ausschließlich räuberisch und sind in fast allen Landlebensräumen in meist großer Arten- und Individuenzahl anzutreffen. Dabei sind viele Arten relativ streng an bestimmte Kombinationen von Standorteigenschaften gebunden und kommen nur in speziellen Biotoptypen vor. Durch ihre spezifischen Lebensraumansprüche eignen sie sich deswegen auch die Spinnen sehr gut als Bioindikatoren für die Bearbeitung ökologischer und landschaftsökologischer Fragestellungen (NÄHRIG & HARMS, 2003). Ein großer Teil der Spinnenarten lebt am Boden und zählt somit wie die Laufkäfer zum Komplex der epigäischen Raubarthropoden. Anders als bei den Laufkäfern gibt es keine typische Feldfauna. Da die an die Kulturpflanzen angeklebten Eikokons bei der Ernte vernichtet werden und adulte Tiere durch Bodenbearbeitungsmaßnahmen stark dezimiert werden, müssen die Ackerflächen jedes Frühjahr neu besiedelt werden. Aus diesem Grund sind für den Erhalt von Spinnenpopulationen in Agrarlandschaften die vorhandenen Randstrukturen auch besonders wichtig (KÜHNE et al., 2000; NYFFELER & BENZ, 1979). 3

4 2 ABLEITUNG DER FRAGESTELLUNG UND FRAGEN Im Rahmen dieser Masterarbeit soll die Biodiversität charakteristischer, nicht genutzter Ackerbegleitstrukturen und extensiv genutzter Wiesen erfasst werden. Dazu werden die Vegetation sowie die epigäische Raubarthropodenfauna am Beispiel der Laufkäfer und Spinnen untersucht. Es werden die Randelemente für sich genommen charakterisiert und in Bezug auf die jeweilige Artenausstattung verglichen. Zur Ermittlung von Wecheslwirkungen mit benachbarten Ackerstandorten werden außerdem Daten auf den angrenzenden Ackerflächen erfasst. Die Interaktionen zwischen Randstruktur und Acker werden analysiert. Es wird erwartet, dass die Randstrukturen einen Einfluss auf die Besiedlung der Ackerfläche ausüben. Im Rahmen der Arbeit soll somit auf folgende Fragen eine Antwort gefunden werden: Welche Arten gibt es auf den ungentutzten oder extensiv genutzten Ackerbegleitflächen verschiedenen Typs und wodurch unterscheiden sich die unterschiedlichen Typen in Bezug auf die jeweilige Artenausstattung? Wie unterscheidet sich die Zusammensetzung funktioneller Gruppen zwischen verschiedenen Typen von Ackerbegleitflächen; gibt es Besonderheiten? Wie unterscheiden sich die Laufkäfer- und Spinnenzönosen der Randstrukturen von denen der angrenzenden Ackerflächen bezüglich Artenvielfalt und Aktivitätsdichte? Lassen sich Wechselwirkungen erkennen? Welchen Beitrag leisten die Randstrukturen zur Biodiversität der Ackerflächen und des Untersuchungsgebiets? 3 METHODEN 3.1 PROBEFLÄCHEN Auf den Flächen des Betriebs Metzler in Ostrach-Hahnennest im Landkreis Sigmaringen, sollen die ungenutzten Strukturelemente am Ackerrand verschiedener Biomassekulturen untersucht werden (Blühmischung, Mais, GPS, Raps und Zuckerrüben). Als weitere Biomassekultur soll Miscanthus untersucht werden. Dazu wurde eine Fläche auf einem Betrieb im Landkreis Konstanz ausgewählt. Die entsprechenden Kulturen werden konventionell und gemäß den Regeln der guten fachlichen Praxis bewirtschaftet. An den ausgewählten Schlägen konnten drei unterschiedliche Typen von Randstrukturen identifiziert werden: extensiv genutzte Wiese, Grasböschung und Gehölzstreifen. 4

5 Auf jedem Schlag wird mindestens eine repräsentative Randstruktur ausgewählt, auf der Vegetationsaufnahmen durchgeführt und Bodenfallen aufgestellt werden. Damit jeder Randstrukturtyp mit mindestens einer Wiederholung untersucht wird, werden am Raps zwei Strukturtypen beprobt. Tabelle 1: Übersicht über Untersuchungsflächen [wenn bei Miscanthus Wiese oder Gehölz vorhanden wäre, könnte man wieder auf 6 Flächen gehen] Randstruktur Zuckerrübe Blühmischung Mais GPS Raps Miscanthus Extensiv genutzte Wiese Grasböschung mit Büschen + Bäumen X X X X X Gehölzstreifen X X Für jede Kultur werden 3 Untersuchungsfenster angelegt, die jeweils 250 m² (5 * 50 m) groß sind. Das erste Untersuchungsfenster liegt außerhalb des Feldes auf der Randstruktur. Die beiden anderen Untersuchungfenster werden innerhalb des Feldes eingerichtet - einmal am Feldrand, (benachbart zur Randparzelle) und einmal im Feldinneren. 3.2 DATENERHEBUNG VEGETATIONSAUFNAHMEN Zur Ermittlung des Artenspektrums werden in den Untersuchungsfenstern Vegetationsaufnahmen durchgeführt. Als Grundlage dient die Methode nach BRAUN-BLANQUET (1964). Dabei wird das Artenspektrum erfasst und der artspezifische Deckungsgrad geschätzt. Basierend auf den Erfahrungswerten von DIERSCHKE (1994), sollen die Aufnahmeflächen eine Größe von 25 m² in Wiesen, Grasböschungen und Gehölzflächen und 50 m² im Acker haben. Zusätzlich werden die Aufnahmen durch einmal im Monat durchgeführte Tansektbegehungen ergänzt, bei denen die sichtbaren Arten und ihre Abundanz (Abundanzkennziffer) ermittelt werden ERFASSUNG DER AKTIVITÄTSDICHTEN VON LAUFKÄFERN UND EPIGÄISCHEN SPINNEN Die vorkommenden Laufkäfer und Spinnen werden mittels Bodenfallen erfasst. In jedem Untersuchungsfenster werden dazu 6 Fallen ausgebracht. Insgesamt werden somit in den Randstrukturen und im Feldrand jeweils 7*6 = 42Fallen ausgebracht. Mit den 36 Fallen des 5

6 Feldzentrums werden somit insgesamt 120 Fallen bearbeitet. Die Fallenanordnung illustriert Abbildung 1. Abbildung 1: Anordnung der Bodenfallen in den Untersuchungsfenstern Der Fang der Tiere erfolgt nach dem Prinzip von BARBER (1931) mit den sogenannten Barberfallen. Dazu werden zu Beginn der Untersuchung Rohre mit einem Innendurchmesser von 7 cm, ebenerdig in den Boden eingegraben. Darin lassen sich Joghurtbecher (Inhalt 250mm) versenken. Als Fangflüssigkeit dient Ethylenglykol. Als Bestimmungsschlüssel sollen FREUDE et al. (2004), sowie BROHMER (2002) genutzt werden. Die Fallen innerhalb des Felds werden an vier Beprobungszeiträumen (2. Maihälfte, 2. Junihälfte, 2. Julihälfte und Mitte September) jeweils für 10 Tage exponiert. Dabei sollen auch Bewirtschaftungstermine dokumentiert werden, um mögliche Einflüsse erkennen zu können. Die genauen Termine werden in Abhängigkeit von der Bewirtschaftung gewählt (zeitlicher Abstand zu Herbizid/Pestizidausbringung, Erntetermin). In den Randstrukturen wird eine intensivere Beprobung durchgeführt. Die Fallen werden von Anfang Mai bis Ende September, mit Ausnahme des Monats August, durchgehend exponiert. Die vier Beprobungstermine vom Feld werden zur besseren Vergleichbarkeit übernommen, in der übrigen Zeit werden die Fallen im regelmäßigen Abständen von +/- 14 Tagen geleert. 6

7 3.3 DATENAUSWERTUNG VEGETATIONSAUFNAHMEN Die Phytozönosen der Saumbiotope lassen sich in Hinblick auf Artendominanzen, Vielfalt, Seltenheit, Standortanpassung und allgemein in Bezug auf Naturnähe, einschätzen. Dazu werden die Pflanzenlisten anhand der Zeigerwerte ELLENBERGs (1979) ausgewertet, die eine ökologische Bewertung der vorgefundenen Vegetationsstruktur zulassen. Um die Diversität der verschieden Strukturen besser vergleichen zu können soll die α- Diversität Mithilfe des Shannon- Wiener- Index und die Artenidentität mittels des Sørensen- Index berechnet werden (TREMP, 2005) LAUFKÄFER- UND SPINNENUNTERSUCHUNG Der Bestand der Laufkäfer und Spinnen wird erfasst. Um die qualitativ und quantitativ unterschiedlich zusammengesetzten Bestände vergleichen zu können, werden verschiedene mathematische Methoden angewendet: Zur Beschreibung der Artengemeinschaft wird zunächst die Dominanz berechnet. Außerdem sollen die Artengemeinschaften der verschiedenen Standorte verglichen und Diversität und Homogenität der Flächen bestimmt werden. Dazu werden verschiedene Berechnungsindices genutzt (Jaccard`sche Zahl, Rekonsche Zahl und Ähnlichkeitsindex nach Wainstein) welche MÜHLENBERG (1976) näher beschrieben hat. Multivariate Verfahren, paarweise Vergleiche mit nicht parametrischen Methoden 4 LITERATUR ALBRECHT, C., ESSER, T., GISBERTZ, J., KLEIN, H., & WEGLAU, J. (2004): Bewertung landwirtschaftlicher Betriebsflächen aus naturschutzfachlicher Sicht. Schriftenreihe des Instituts für Landwirtschaft und Umwelt, Heft 6/2004, Selbstverlag, Bonn. 182 S. BfN & vti (2012): Monitoring der biologischen Vielfalt im Agrarbereich Workshop. BfN- Skripten 308. Bundesamt für Naturschutz, Bonn. 126 S. BARBER, H.S. (1931): Traps for Cave-inhabiting Insects. Journal Elisha Mitchell Science 46, BLICK, T., R. BOSMANS, J. BUCHAR, P. GAJDOŠ, A. HÄNGGI, P. VAN HELSDINGEN, V. RUŽICKA, W. STAREGA & K. THALER (2004): Checkliste der Spinnen Mitteleuropas. Checklist of the spiders of Central Europe. (Arachnida: Araneae). Version 1. Dezember Zugriff am BRAUN - BLANQUET (1964): Pflanzensoziologie - Grundzüge der Vegetationskunde. 3. Auflage. Springer Verlag, Wien. 865 S. 7

8 DIERSCHKE, H. (1994): Pflanzensoziologie. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart. ELLENBERG, H. (1974): Zeigerwerte der Gefäßpflanzen Mitteleuropas In: Lehrstuhl für Geobotanik der Universität Göttingen (Hrsg.): Scripta Geobotanica, Band 9. Verlag Erich Goltze KG, Göttingen FREUDE, H., HARDE, K.W. & LOHSE, G.A. (1976): Die Käfer Mitteleuropas, Bd.2, Adephaga 1. Goecke & Evers Verlag, Krefeld. KAULE, G. (1991) Arten- und Biotopschutz. 2. Auflage. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart. 519 S. KNAUER, N. (1993): Ökologie und Landwirtschaft: Situation Konflikte Lösungen. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart. 280 S. KOPP, A. M., (1998): Ackerrandstreifen als Lebensraum für Laufkäfer und deren Einfluss auf Getreideblattläuse. Agrarökologie 28: KÜHNE, S., ENZIAN, S., JÜTTERSONKE, B., FREIER, B., FORSTER, R., & ROTHERT, H., (2000): Beschaffenheit und Funktion von Saumstrukturen in der Bundesrepublik Deutschland und ihre Berücksichtigung im Zulassungsverfahren im Hinblick auf die Schonung von Nichtzielarthropoden. Mitteilungen aus der Biologischen Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft Berlin-Dahlem S. MÜHLENBERG, M. (1976): Freilandökologie. Quelle & Meyer, Heidelberg. 512 S. NÄHRIG, D. & HARMS, K. H. (2003): Rote Listen und Checklisten der Spinnentiere (Arachnida) Baden-Württembergs. Naturschutz-Praxis: Artenschutz 7. LUBW, Karlsruhe. 203 S. NYFFELER, M. & BENZ, G. (1979): Zur ökologischen Bedeutung der Spinnen der Vegetationsschicht von Getreide- und Rapsfeldern bei Zürich (Schweiz). Zeitschrift für angewandte Entomologie 87: PLATNICK, N. I. (2012): The World Spider Catalog, Version 12,5 The American Museum of Natural History, New York. INTRO1.html, Zugriff am THIELE, H. U. (1977): Carabid Beetles in Their Environment - A Study on Habitat Selection by Adaptations in Physiology and Behavior. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York. 369 S. TISCHLER, W. (1958): Synökologische Untersuchungen an der Fauna der Felder und Feldgehölze (Ein Beitrag zur Ökologie der Kulturlandschaft). Zeitschrift für Morphologie und Ökologie der Tiere 47: TRAUTNER, J., BRÄUNICKE, M., KIECHLE, J., KRAMER, M., RIETZE, J., SCHANOWSKI, A. & WOLF-SCHWENNINGER, K. (2005): Rote Liste und Artenverzeichnis der Laufkäfer Baden-Württembergs (Coleoptera: Carabidae), 3. Fassung, Stand Oktober Naturschutz Praxis: Artenschutz 9. LUBW, Karlsruhe. 31 S. TREMP, H. (2005): Aufnahme und Analyse vegetationsökologischer Daten. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart. 141 S. 8

9 5 ZEITPLAN April Einarbeitung in das Thema Mai Juni Juli August Anfang Mai: Abstecken der Untersuchungsfenster, Aufbau der Bodenfallen Beginn der Fallenexponierung Regelmäßige Leerung der Fallen Bestimmung der Laufkäfer + Spinnen Vegetationsaufnahmen Regelmäßige Leerung der Fallen Bestimmung der Laufkäfer + Spinnen Auswertung der Vegetationsaufnahmen Erarbeitung der Methoden zur Statistischen Auswertung und ökologischen Typologisierung September Regelmäßige Leerung der Fallen Bestimmung der Laufkäfer und Spinnen Oktober Auswertung: Individuenverteilung, Aktivitätsdominanz, Diversität, ökol. Typen usw. November Auswertung: Vergleich der Randstrukturen, Einbeziehung der Daten aus dem Feldinneren Niederschrift der Ergebnisse Dezember Schreiben von Diskussionsteil und Zusammenfassung 6 KOSTENABSCHÄTZUNG Fahrtkosten (10 Fahrten, 320 km pro Fahrt) (Mitfahrgelegenheiten, Projektmittel) Material für die 70 Fallen (Rohre + Abdeckung) (Projektmittel) Fangflüssigkeit und Aufbewahrungsflüssigkeit (Projektmittel) 9