Gewässerbewertung mit dem Makrozoobenthos: Möglichkeiten und Grenzen. Daniel Hering Abteilung Aquatische Ökologie Universität Duisburg-Essen

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1 Gewässerbewertung mit dem Makrozoobenthos: Möglichkeiten und Grenzen Daniel Hering Abteilung Aquatische Ökologie Universität Duisburg-Essen

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4 Ephemera danica (Eintagsfliege) Bewegungstyp: grabend Mikrohabitat: Sand Lebensraum: Tieflandbäche, strukturreiche Mittelgebirgsflüsse Ernährung: Sammler, Filtrierer Ansprüche der geflügelten Tiere: Halbschatten Reaktion auf Belastungen: Sauerstoff-bedürftig, Säureintolerant

5 Makrozoobenthos

6 Inhalt Was ist Makrozoobenthos? Welche Faktoren bestimmen das Vorkommen? Wie wird das Makrozoobenthos im Monitoring eingesetzt? Wie wirken Maßnahmen auf das Makrozoobenthos?

7 Inhalt Was ist Makrozoobenthos? Welche Faktoren bestimmen das Vorkommen? Wie wird das Makrozoobenthos im Monitoring eingesetzt? Wie wirken Maßnahmen auf das Makrozoobenthos?

8 Schnecken, Muscheln

9 Krebse

10 Eintagsfliegen

11 Steinfliegen

12 Köcherfliegen

13 Köcherfliegen und viele andere!

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

15 Inhalt Was ist Makrozoobenthos? Welche Faktoren bestimmen das Vorkommen? Wie wird das Makrozoobenthos im Monitoring eingesetzt? Wie wirken Maßnahmen auf das Makrozoobenthos?

16 Übersicht Sauerstoffgehalt des Wassers Wassertemperatur Sohlnahe Strömungsgeschwindigkeit Mikrohabitate / Substrate im Gewässer Nahrung Habitate der Imagines im Gewässerumfeld

17 Sauerstoff: Das Saprobiensystem Oligosaprob β mesosaprob α mesosaprob Polysaprob - Viele Eintagsfliegen - Einzelne - Einzelne - Schlammröhren- - Viele Steinfliegen Eintagsfliegen Köcherfliegen würmer - Manche Köcherfliegen - Viele Köcherfliegen - Flohkrebse - Egel - Muscheln, - Rote Zuckmückenlarven - Einzelne Muscheln Schnecken - Rattenschwanzlarven

18 Gewässergütekarte 1975

19 Gewässergütekarte 1990

20 Gewässergütekarte 2000

21 Strömung: Anpassungen von Eintagsfliegenlarven Stromlinienform Flache Körperform Geringe Exposition zur Strömung

22 Substrat Taxon FI axa group Taxon FI Cluster 1 Cluster 2 Cluster 3 Cluster 4 Cluster 5 Cluster 6 richoptera Agapetus laniger phemeroptera Ephemera lineata ###### donata Gomphus vulgatissimus oleoptera Esolus sp. Lv oleoptera Macronychus quadrituberculatus Lv oleoptera Pomatinus substriatus Ad ###### richoptera Brachycentrus subnubilus phemeroptera Electrogena sp oleoptera Macronychus quadrituberculatus Ad oleoptera Limnius opacus Ad ###### phemeroptera Oligoneuriella rhenana oleoptera Hydraena gracilis Ad ###### 0.00 donata Ophiogomphus cecilia ###### 0.00 lecoptera Perla sp ###### 0.00 oleoptera Stenelmis canaliculata Ad ###### 0.00 oleoptera Stenelmis canaliculata Lv ###### 0.00 oleoptera Esolus parallelepipedus Ad ###### oleoptera Limnius opacus Lv ###### >80 % % 60-40% 40-10% <10 %

23 Temperatur Bach Fluss

24 Unterschiede zwischen einzelnen Gewässern Temperaturverteilung Mai/Juni % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 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 10% 0% Eder Prüm Wax Orke Kyll Our Lenne Rur Nuhne Dreisb Volme Elbrg Kalloh Wwehe Kalluh Erkr Laas Röhr Waldb Salw

25 Artenvorkommen Makrozoobenthos in kalten und warmen Bächen Probestellen geordnet nach mittlerer Sommertemperatur Aus: Haidekker & Hering (2008) Aquatic Ecology 42

26 Wirkungsnetz Sauerstoffgehalt Wassertemperatur Sohlennahe Strömung Sohlenhabitate, Nahrung Uferhabitate

27 Inhalt Was ist Makrozoobenthos? Welche Faktoren bestimmen das Vorkommen? Wie wird das Makrozoobenthos im Monitoring eingesetzt? Wie wirken Maßnahmen auf das Makrozoobenthos?

28 PERLODES (deutsches Bewertungssystem mit dem Makrozoobenthos) Probennahme Sortierung Bestimmung Artenliste Informationen zu den Arten Typologie Bewertungsverfahren Artenliste Software Ergebnisse Interpretation

29 Stressoren-bezogene Bewertung Referenzzustand Informationen über saprobiellen Zustand Bewertungs- Formel Artenliste Informationen über die Versauerung Bewertungs- Formel Ökologische Zustandsklasse Informationen über sonstige Stressoren Bewertungs- Formel Handlungsbedarf

30 Stressoren-bezogene Bewertung Referenzzustand Artenliste Informationen über saprobiellen Zustand Informationen über die Versauerung Modul Saprobie Bewertungs- Formel Modul Versauerung Bewertungs- Formel Ökologische Zustandsklasse Informationen über sonstige Stressoren Bewertungs- Formel Modul allg. Degradation Handlungsbedarf

31 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 (...)

32 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 (...)

33 Wie wird das System angewandt? sehr guter Zustand guter Zustand mäßiger Zustand unbefriedigender Zustand schlechter Zustand Modul organische Belastung Saprobienindex Modul Allgemeine Degradation Fauna Index Anteil Uferbewohner Anteil Sammler Anteil Köcherfliegen Anteil strömungsliebende Arten Anteil Schlammbesiedler

34 Wie wird das System angewandt? sehr guter Zustand guter Zustand mäßiger Zustand unbefriedigender Zustand schlechter Zustand Modul organische Belastung Saprobienindex Modul Allgemeine Degradation Fauna Index Anteil Uferbewohner Anteil Sammler Anteil Köcherfliegen Anteil strömungsliebende Arten Anteil Schlammbesiedler

35 Wie wird das System angewandt? sehr guter Zustand guter Zustand mäßiger Zustand unbefriedigender Zustand schlechter Zustand Modul organische Belastung Saprobienindex Modul Allgemeine Degradation Fauna Index Anteil Uferbewohner Anteil Sammler Anteil Köcherfliegen Anteil strömungsliebende Arten Anteil Schlammbesiedler

36 Bundesweite Auswertung Datengrundlage: Messstellen aus 12 Bundesländern

37 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)

38 Bundesweite Auswertung Mittelgebirgsbäche Parameter Schwellenwert ± SD Relevanz Unsicherheit LUI_500_ LUI_250_ LUI_100_ LUI_TEZG Wassertemp. C Chlorid mg/l Stadt_TEZG EP_500_ NH 4 -N mg/l Leitfähigkeit ms/cm Tieflandbäche Parameter Schwellenwert ± SD Relevanz Unsicherheit Acker_TEZG Wald_TEZG LUI_500_ NO 2 -N mg/l LUI_500_ EP_100_ LUI_100_ EP_100_ Pges-P mg/l ph-wert Primär Parameter zur Landnutzung in der Aue

39 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.

40 Inhalt Was ist Makrozoobenthos? Welche Faktoren bestimmen das Vorkommen? Wie wird das Makrozoobenthos im Monitoring eingesetzt? Wie wirken Maßnahmen auf das Makrozoobenthos?

41 Lahn: nicht revitalisiert

42 Lahn: revitalisiert Some typical pictures of restored streams

43 Wirkung lokaler Maßnahmen Vergleich Hydromorphologie Fische Makrozoobenthos Laufkäfer Auenvegetation Aquatische Makrophyten

44 Artenzahl p < 0, p < 0, nicht revitalisiert revitalisiert Median 25%-75% Min-Max nicht revitalisiert revitalisiert Median 25%-75% Min-Max n.s. 60 p < 0, nicht revitalisiert revitalisiert Median 25%-75% Min-Max nicht revitalisiert revitalisiert Median 25%-75% Min-Max p < 0, nicht revitalisiert revitalisiert Median 25%-75% Min-Max

45 Übersicht der Ergebnisse Wirkung der Revitalisierung

46 Interpretation Wirkung der Revitalisierung Wiederbesiedlungs -Potenzial Große Wirkung auf Auenhabitate Geringere Wirkung auf aquatische Habitate (Ehemalige) Wasserbelastung

47 Ursachen geringer Effekte auf das MZB Fehlendes Wiederbesiedlungspotenzial Barrieren Wasserqualität Sedimenteintrag Geringe Habitatveränderungen auf der Sohle

48 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

49 Modellierung Modellierung des des Wiederbesiedlungspotenzials

50 Wirkungsnetz Sauerstoffgehalt Wassertemperatur Ufergehölze Sohlennahe Strömung Sohlenhabitate, Nahrung Uferhabitate

51 Wassertemperatur und Ufergehölze Logger Logger Fließrichtung 2000 m

52 Stündliche Messungen

53 Tagesmittelwerte

54 Differenz der maximalen Tagestemperatur

55 Welche Maßnahmen versprechen Erfolg? Sauerstoffgehalt Wassertemperatur Ufergehölze Sohlennahe Strömung Sohlenhabitate, Nahrung Uferhabitate

56 Wie lange dauert das? Bis die Bäume gewachsen sind.

57 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