Mathematisch unterstützte Verfahren zur Nachvollziehbarkeit der saprobiellen Einstufung von Makrozoobenthos-Arten

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1 Mathematisch unterstützte Verfahren zur Nachvollziehbarkeit der saprobiellen Einstufung von Makrozoobenthos-Arten MOOG Otto & SCHMIDT-KLOIBER Astrid Einleitung und Zielsetzung Die aktuellen "Saprobie-Listen" beruhen vorwiegend auf Expertenmeinungen. Diese Vorgangsweise hat wissenschaftliche Tradition, eine Nachvollziehbarkeit der saprobiellen Einstufungen der Indikatorarten durch Dritte ist allerdings nur erschwert möglich. Da - im Zuge der Harmonisierungsbestrebungen - die in den EU-Ländern existierenden, teilweise unterschiedlichen, "Saprobie-Listen" auf einander abzustimmen sind, ist eine mathematisch unterstützte Begründung der Saprobiewerte aus fachlichen Gründen wünschenswert. Die Datengrundlage in Österreich ist mittlerweile umfangreich genug, um trotz der Heterogenität der Datensätze eine nachvollziehbare Einstufung der Indikatoren auch kostengünstig zu realisieren. Die gewählten Vorgangsweisen basieren auf dem "Eignungs-Index" (nach BOZEK & RAHEL, 992; LEDREW et al., 996) und dem "Repräsentations-Index" (nach HILDREW & TOWNSEND, 976; TOLKAMP, 98; SPETH & BÖTTGER, 993). Die ersten Auswertungsergebnisse zur Begründung von Expertenmeinungen werden diskutiert. 2 Methodik 2. Anmerkungen zur methodischen Vorgangsweise Eine direkte Auswertung des Vorkommens der Indikatorarten innerhalb der Haupt- und 3 Zwischengüteklassen ist nicht möglich, da nicht von jeder der 7 Güteklassen eine gleich hohe und ausreichende Anzahl von Befunden vorliegt: "sehr gute" und "sehr schlechte" Gütesituationen wurden relativ selten, "mäßige" und "mäßig/kritische" Belastungen hingegen sehr häufig befundet. Die Uneinheitlichkeit der Datensätze würde eine multivariate Auswertung auf biozönotischer Basis zu kostenintensiv gestalten; auch bleibt zu hinterfragen, ob nach einem "Daten- Cleaning" noch genügend Habitate zur Auswertung übrigblieben. Als kostengünstige und dennoch zielführende Vorgangsweisen wurden zwei Methoden ausgewählt, die eine Auswirkung der Häufigkeitsverteilung der Daten relativieren. 2.2 Eignungs-Index (Index of Suitability, EI) Eignungskurven geben den "Nutzungsgrad" für einen erhobenen Parameter an, im vorliegenden Fall die Präferenz für eine Gewässergüteklasse. Berechnet werden sie aus Häufigkeitsverteilungen, die an der am stärksten besetzten Klasse gewichtet werden. Die Klasse mit der größten relativen Häufigkeit (P) erhält den Eignungs-Index. Den anderen Klassen werden entsprechend ihrer relativen Häufigkeiten anteilsmäßig Werte zwischen und < zugeteilt. Auf diese Weise ist ein Vergleich der Güteklassenanteile auch ungleich intensiv befundeter Einzelklassen besser möglich.

2 2.3 Repräsentations-Index (Index of Representation, RI) Der RI vergleicht die beobachtete Anzahl der Nachweise einer Art in den Gütestufen der Habitate (B) mit der erwarteten Anzahl einer Art (E) nach Formel A. Die erwartete Anzahl berechnet sich aus der Gesamtindividuenzahl einer Art an allen Habitaten multipliziert mit dem Anteil der Habitate mit dem jeweiligen Saprobienindex geteilt durch die Anzahl aller Habitate. B E Formel A: RI = E 2. Datengrundlage Die Berechnungen fußen auf qualitativen und quantitativen Makrozoobenthosaufnahmen von 35 Habitaten. Als Habitate werden die besammelten Areale der Gewässersohle bezeichnet. Die dokumentierten Habitate überstreichen ein breites Spektrum der österreichischen Fließgewässerlandschaft: Flußordnungszahl nach STRAHLER (957): bis 9; Seehöhe: 35 m bis 22 m; Ökoregion nach ILLIES (978): 3,, 5, 9,, ; saprobielle Gewässergüte: xeno- bis polysaprob. 3 Auswertung Die Auswertung der Datensätze für den Eignungsindex (EI) erfolgt in zweierlei Hinsicht: Analyse des bloßen Vorkommens (Ja/Nein-Information) (EI-J/N) Analyse unter Einbeziehung der Individuenhäufigkeiten (EI-HK) Für beide Auswertungsoptionen wurde der Saprobiewert mit dem höchsten Eignungsindex (EI=) ausgewiesen sowie das gewichtete Mittel aller EI-Werte berechnet (EI Mw). Der Repräsentationsindex (RI) bezieht die Individuenhäufigkeiten stets mit ein. Für die Ausweisung des Saprobienindex auf Basis des RI- wurde der Saprobiewert des höchsten positiven RI-Wertes ausgewählt. Der RI-2 stellt ein Mittel der Saprobiewerte aller positiven RI-Werte dar. Der RI-3 bezieht darüber hinaus die Höhe der RI-Werte mit ein und wird als gewichtetes Mittel berechnet. Für alle Berechnungen (EI, RI) wurden in einem zweiten Rechengang jene Habitate ausgeschieden, die auf Grund der Seehöhen für die fragliche Indikatorart nicht als Lebensraum in Betracht kommen. In Abbildung werden die verschiedenen Indizes für Gammarus fossarum graphisch dargestellt. Ergebnisse Als mögliches Beispiel für eine künftige Harmonisierung der deutschen und österreichischen Saprobie-Listen wurden vorerst zehn Makrozoobenthos-Arten mittels EI und RI ausgewertet (vgl. Tabelle ). Acht Beispiele bestätigen prinzipiell die Expertenmeinungen, wobei die volle Übereinstimmung mit der österreichischen Saprobieliste (Fauna Aquatica Austriaca) dunkelgrau und eine Abweichung von +/- Saprobiewert hellgrau unterlegt sind. Die Ursache der unterschiedlichen Ländereinstufungen wird an dieser Stelle nicht diskutiert.

3 35 3 SI-Verteilung aller Habitate (Fläche) mit Nachweisen von Gammarus fossarum (Balken) n=,,9,8 Eignungs-Index für Gammarus fossarum für alle Habitate Mw= Anzahl Habitate , 3,,6,5,,3,2,, 3, SI-Verteilung aller Habitate (Fläche) mit Nachweisen von Gammarus fossarum (Balken) unter Einschränkung der Seehöhe 3 (2-3m) Anzahl Habitate , 3,,,9,8,6,5,,3,2, Eignungs-Index für Gammarus fossarum im Seehöhenbereich 2-3 m, Mw=,8 3, Summierte Häufigkeiten SI-Verteilung aller Habitate unter Berücksichtigung von Häufigkeiten (Fläche) mit Nachweisen von Gammarus fossarum 2 (Balken) 8 6 2, 3,,,9,8,6,5,,3,2, Eignungs-Index für Gammarus fossarum unter Berücksichtigung der Häufigkeiten, Mw= 3, Summierte Häufigkeiten SI-Verteilung aller Habitate unter Berücksichtigung von Häufigkeiten (Fläche) mit Nachweisen von Gammarus fossarum (Balken) unter Einschränkung der Seehöhe (2-3m) , 3,,,9,8,6,5,,3,2, Eignungs-Index für Gammarus fossarum unter Berücksichtigung der Häufigkeiten im Seehöhenbereich 2-3 m, Mw=,7 3, Repräsentations-Index für Gammarus fossarum, 3, Repräsentations-Index für Gammarus fossarum im Seehöhenbereich 2-3 m, 3, Abbildung : Grafische Darstellung von EI und RI

4 Lumb. varieg. Nais elinguis Gamm. foss. Ephem. major Baetis rhodani Baetis vernus Limnius volckm. Platam. macul. Brachy. seticor. Elmis maugetii SI-Wert: Österreich,8 2, 2,3 2,3,,5 SI-Wert: DIN 3, 2,6, 2,3 2, 2,3,2,5 SI-Wert: Bayern 3,5,5 2,, 2,,5 2,,,5 Eignungs-Index EI-J/N [EI=] 2, 2,6,8 2,9 2,3,8 EI-J/N Mw 2, 2,6 2,,5,8 EI-J/N (Seehöhe) [EI=] 3, 2,,5 2, 2,9,7 2,,2 EI-J/N (Seehöhe) Mw,8 2,,5 2,6 2,,5,8 EI-HK [EI=] 2,7,,8 2, 2,6, 2,6,8 EI-HK Mw 2, 2,7 2,,7 2,3,8 EI-HK (Seehöhe) [EI=] 2, 2,7,8 2, 2,6 EI-HK (Seehöhe) Mw 2,3 2,7,7,8 2, 2,3,7 2,,5,8 Repräsentations-Index RI-, 2, 2, 2,3, RI- (Seehöhe) 2, 2,7,8 2, 2, 2, 2, RI-2 3,,8 2, 2,3,7 2,, RI-2 (Seehöhe) 2,3,5 2, 2,3,8, RI-3 2, 3,, 2,,5 2,3,5,8 RI-3 (Seehöhe) 2, 2,,8,5 Anzahl Habitate SI-Wert Österreich: Moog (Ed.), 995 SI-Wert DIN: Friedrich, 99 SI-Wert Bayern: Mauch & Schmedtje, 996 Tabelle : Auswertungsergebnisse und Vergleich der Saprobiewerte Die größte Übereinstimmung mit der Expertenmeinung erzielen der EI-HK (Seehöhe), der RI- 2, der RI-3 und der RI-3 (Seehöhe). Die auf Experteneinstufung basierenden Listenwerte von zwei Arten werden durch die Berechnungen nicht bestätigt.. Die saprobielle Einstufung von Elmis maugetii scheint tatsächlich revisionsbedürftig. Innerhalb der Elmidae weist E. maugetii die größte ökologische Plastizität auf, diese mit einem SI von,5 ausgewiesene Art wurde in vielen Fällen auch in deutlich belasteteren Gewässern gefunden. 2. Die auf EI und RI basierenden Einstufungsvorschläge für Brachyptera seticornis können wohl nicht unkritisch akzeptiert werden, da eine viel zu geringe Anzahl xeno- und oligosaprober Lebensräume dieser Art dokumentiert wurden. Dieses Manko kann selbst durch die gewählten Indizesberechnungen nicht ausgeglichen werden. Hier hat weiterhin die Expertenmeinung zu gelten. 5 Schlußfolgerungen Eine mathematische Auswertung der saprobiellen Valenzen muß auf Häufigkeitsangaben beruhen, die bloße Berücksichtigung des Vorkommens (ja/nein) an einem Habitat reicht nicht aus. Die Auswertungen des Eignungs-Index und des Repräsentations-Index zeigen prinzipiell plausible Schwerpunkte des saprobiellen Vorkommens auf. Mögliche Fehleinstufungen durch das Expertenteam werden dadurch mathematisch "visualisiert". Eine weitere Einengung des Rohdatensatzes durch Berücksichtigung zoogeographischer Gesichtspunkte und phänologischer Aspekte erscheint sinnvoll.

5 Dank Wir danken Ing. Robert Vogl für die Unterstützung bei der EDV-Auswertung. 6 Literatur BOZEK, M.A. & RAHEL, F. (992): Generality of microhabitat suitability models for young Colorado River cutthroat trout (Oncorhynchus clarki pleuriticus) across sites and among years in Wyoming streams. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 9: FRIEDRICH, G. (99): Eine Revision des Saprobiensystems.- Z. Wasser-Abwasser-Forsch. 23: -52, Weinheim, BRD. HILDREW, A:G: & TOWNSEND, C.R. (976): The distribution of two predators and their prey in an iron rich stream.- J. Anim. Ecol. 5: -57. ILLIES, J. (978): Limnofauna Europaea. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart: XVII: 532 pp. LEDREW, L.J., SCRUTON, D.A., MCKINLEY, R.S. & POWER, G. (996): A comparison of habitat suitability indices developed from daytime versus nighttime observations for atlantic Salmon in a regulated Newfoundland stream. Écohydraulique 2. Québec. MAUCH, E. & SCHMEDTJE, U. (996): Biologische Gewässeranalyse in Bayern - Taxaliste der Gewässerorganismen.- Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft, München. MOOG, O. (Ed.) (995): Fauna Aquatica Austriaca - Katalog zur autökologischen Einstufung aquatischer Organismen Österreichs.- Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Wasserwirtschaftskataster, Wien. SPETH, S. & BÖTTGER, K. (993): Die substratspezifische Verteilung der Ephemeroptera, Plecoptera und Trichoptera (Insecta) in einem sandigen Bach des Norddeutschen Tieflandes (Osterau, Schleswig-Holstein).- Limnologica 23 (): STRAHLER, A.N. (957): Quantitative analysis of watershed geomorphology. Am. Geophys. Union Trans. v. 38: TOLKAMP, H.H. (98): Organism-substrate relationship in lowland streams.- Agric. Res. Rep. 97: -2. Adresse der Autoren: Prof. Dr. Otto Moog & Dipl.-Ing. Astrid Schmidt-Kloiber Abteilung für Hydrobiologie, Fischereiwirtschaft und Aquakultur Universität für Bodenkultur, Wien Max Emanuel Straße 7, A- 8 Wien