Makrozoobenthos: Bestimmung der Organismen, Anwendung der Operationellen Taxaliste, Dateneingabe und Berechnung, Interpretation der Ergebnisse

Montag, 11. Dezember 2017

Makrozoobenthos: Bestimmung der Organismen, Anwendung der Operationellen Taxaliste, Dateneingabe und Berechnung, Interpretation der Ergebnisse

Stand 11.03.2010

Bei dem folgenden Text handelt es sich um teilweise bearbeitete und ergänzte Auszüge aus dem „Methodischen Handbuch Fließgewässerbewertung" (Autoren: Carolin Meier, Peter Haase, Peter Rolauffs, Karin Schindehütte, Franz Schöll, Andrea Sundermann & Daniel Hering) mit Stand vom Mai 2006, das im Internet unter www.fliessgewaesserbewertung.de zur Verfügung steht. Die Kapitel 1 bis 5 des Handbuchs, die die Probenahme für das Makrozoobenthos in Bächen und Flüssen beschreiben, werden durch die landeseigenen Verfahrensbeschreibungen "MZB Probenahme (ohne Typ 10 und 20)" und „MZB Probenahme Typ 10 und 20" ersetzt (s. Leitfaden Anhang D9).

Das deutsche Fließgewässer-Bewertungssystem für das Makrozoobenthos nach EG-WRRL wurde nach der Steinfliege PERLODES benannt. ASTERICS ist die zugehörige Bewertungs- und Auswertungssoftware.

Bestimmung der Organismen

Materialliste

Die Bestimmung der Organismen wird mit Hilfe einer Stereolupe durchgeführt. Für diese Arbeit ist eine ca. 80-fache Vergrößerung sowie die Möglichkeit der Durchlicht-Beleuchtung unerlässlich. Für die korrekte Determination einiger Organismengruppen wie z. B. Ephemeroptera, Coleoptera, etc. ist darüber hinaus die Verwendung eines Mikroskops mit bis zu 400-facher Vergrößerung notwendig.

  • Binokular (80-fach) mit Durchlicht
  • Kaltlichtleuchte
  • Mikroskop (mindestens 400-fache Vergrößerung)

Weitere Werkzeuge und Materialien:

  • Dumontpinzetten
  • Federstahlpinzetten
  • Präpariernadeln
  • Objektträger, Deckgläschen
  • Block- oder Petrischälchen
  • Alkohol (70 %ig)
  • Protokollbogen

 

Bestimmung der Organismen

Die Bestimmung der Organismen erfolgt nach den festgelegten Kriterien der jeweils aktuellen Operationellen Taxaliste (Haase et al. 2006a, b) bzw. der erweiterten operationellen Taxaliste (siehe Kapitel 2.1). Für die Bestimmung sollen die in der Operationellen Taxaliste angegebenen Werke verwendet werden.

Achtung: Die Operationelle Taxaliste berücksichtigt die Indikatorenliste der DIN 38410 (Bestimmung des Saprobienindex) nur unzureichend. Für die Gewährleistung einer korrekten Berechnung des Saprobienindex nach DIN 38410 (revidiert) wurde daher in NRW die sogenannte erweiterte operationelle Taxaliste zusammengestellt, die auf der Operationellen Taxaliste basiert und um die Saprobieindikatoren nach DIN 38410 erweitert wurde. Dies Erweiterung betrifft insbesondere die Tiergruppen Spongillidae, Chironomidae, Bryozoa.

Anwendung der erweiterten operationellen Taxaliste

Einleitung und Definition

Die erweiterte operationelle Taxaliste dient als Arbeitsgrundlage für Fließgewässeruntersuchungen nach PERLODES in NRW und soll sicherstellen, dass das durch sie definierte Mindestbestimmungsniveau von allen Bearbeitern eingehalten wird. Bereits in Deutschland vorhandene Taxalisten, wie etwa die von Mauch et al. (2003), eignen sich für diese Zwecke nicht, da sie Gesamtartenverzeichnisse darstellen und somit für eine Mindestanforderung zu umfangreich sind.

Die Mindestanforderung, also die Festlegung eines Mindestbestimmungsniveaus, orientiert sich im Wesentlichen an folgenden Fragen:

  • Was ist taxonomisch möglich?
  • Was ist vor dem Hintergrund der biologischen Bewertung von Fließgewässern zur Umsetzung der EG-WRRL in Deutschland notwendig?
  • Was ist praktikabel (z. B. angemessenes Kosten-/Nutzenverhältnis)?

Im Hinblick auf die Praktikabilität wurden bei der Festlegung der Mindestanforderung auch die Bestimmbarkeitskategorien des Bayerischen Landesamtes für Wasserwirtschaft (2004) berücksichtigt.

Die Festlegung eines Mindestbestimmungsniveaus impliziert auch, dass eine weitergehende Bestimmung nicht nur möglich, sondern ausdrücklich erwünscht ist! Sie ist aber für die Umsetzung der EG-WRRL derzeit nicht notwendig.

 

Bedeutung

Die Standardisierung und Festlegung einer Mindestanforderung an die Bestimmung von Makrozoobenthosproben bei Fließgewässeruntersuchungen ist aus folgenden Gründen notwendig:

  • Durch ein einheitliches (Mindest-)Bestimmungsniveau von Makrozoobenthosproben bei gewässerökologischen Untersuchungen entstehen vergleichbare Datensätze, die eine Vielzahl verschiedener (u. a. auch statistischer) Auswertungsvarianten ermöglichen.
  • Eine allgemein akzeptierte Taxaliste ist eine wesentliche Vorraussetzung für die Qualitätssicherung biologischer Daten.
  • Die Untersuchungen werden reproduzierbar und direkt vergleichbar (z. B. vor und nach einer Renaturierung).
  • Die Taxaliste dient der Vereinheitlichung von Nomenklatur und Taxonomie und damit der eindeutigen Kennzeichnung von Taxa.
  • Zudem ermöglicht eine klar definierte Mindestanforderung bei der Bestimmung Kalkulationssicherheit für den Auftragnehmer (z. B. Planungsbüros) und Datensicherheit für den Auftraggeber.

 

Kriterien und Vorgehensweise für die Entwicklung der Taxaliste

Die Festlegung des Bestimmungsniveaus erfolgte durch schrittweise Überprüfung folgender Kriterien (bei Nichterfüllung eines dieser Kriterien wurde auf ein höheres taxonomisches Niveau zurückgegriffen):

  • Die Bestimmung der Taxa einer Ordnung kann im Wesentlichen mit Hilfe eines zusammenfassenden Bestimmungsschlüssels erfolgen (praxisorientierter Ansatz), der gegebenenfalls durch wenige weitere Schlüssel zu ergänzen ist.
  • Die Bestimmung des Taxons ist i. d. R. ohne größeren präparatorischen Aufwand durchführbar (aus diesem Grunde sind die Mindestbestimmungsanforderungen bei z. B. Chironomidae und Oligochaeta gering).
  • Das Taxon ist für die Bewertung nach PERLODES und für die Berechnung des Saprobienindex nach DIN 38410 relevant; bei besonderer Relevanz wird in Einzelfällen auch ein gewisser präparatorischer Aufwand in Kauf genommen.
  • Das Taxon ist mit der derzeit angewandten Erfassungsmethodik erfassbar.
  • Die Konzeption der Taxaliste basiert auf dem faunistischen Kenntnisstand Ende 2009. Die Taxaliste muss laufend fortgeschrieben werden, um neuen faunistischen oder taxonomischen Erkenntnissen sowie neuen Einschätzungen zur Indikation der Taxa Rechnung zu tragen.

 

Aufbau der Taxaliste

Nachfolgend sollen einige Erläuterungen zu Aufbau und Inhalt der Operationellen Taxaliste gegeben werden.

Tabelle 1: Auszug aus der Taxaliste

Familie DV-Nr. Taxonname (LfU) ID-Art Taxonname Autor/
Jahreszahl
Bestimungs-literatur Anmerkungen
Apataniidae 161 Apatania 4334 Apatania '''sp.   Pitsch (1993), Wallace et al. (1990)  
Uenoidae 967 Thremma gallicum 14405 Thremma gallicum McLACHLAN, 1880   nur im Hochschwarzwald
Goeridae 990 Goeridae 9981 Goeridae Gen. sp'''.    Wallace et al. (1990); Grenier et al. (1969) nur für Junglarven
  190 Goera pilosa 5329 Goera pilosa (FABRICIUS, 1775)    

Erläuterungen:

  • 1. Spalte: Systematische Einheit zur schnelleren Orientierung.
  • 2. Spalte: Derzeit gültige EDV-Nr. des Bayerischen Landesamtes für Umwelt zur eindeutigen Kennzeichnung des Taxons nach Mauch et al. (2003).
  • 3. Spalte: Zu bestimmendes Taxon, Schreibweise nach Mauch (2003): Die hier aufgeführten Taxa-Bezeichnungen können alternativ zu denen in Spalte 5 verwendet werden.
  • 4.Spalte: ID_Art des Taxons zur eindeutigen Kennzeichnung des Taxons.
  • 5. Spalte: Zu bestimmendes Taxon, klassische Schreibweise: Die hier aufgeführten Taxa-Bezeichnungen sind zur Verwendung empfohlen.
  • 6. Spalte: Autor des Taxons und Jahr der Beschreibung.
  • 7. Spalte: Zu verwendende Bestimmungsliteratur*).
  • 8. Spalte: Hinweise zur Bestimmung des Taxons sowie weitere Angaben (Verbreitung, Ökologie, etc.).

*) Weitere Bestimmungsliteratur in Mauch et al. (2003)

Die Operationelle Taxaliste ist auf der Website www.fliessgewaesserbewertung.de verfügbar. Die für NRW anzuwendende erweiterte operationelle Taxaliste ist im Leitfaden Anhang D9 zu finden.

 

Anwendung der Taxaliste

Folgende Aspekte sind bei der Anwendung der Taxaliste zu berücksichtigen:

  • Sind mehrere Taxa einer systematischen Reihe angegeben (z. B. Familie, Gattung, Art) sollte grundsätzlich auf Artniveau bestimmt werden. Eine Zuordnung zu den gegebenenfalls mit aufgeführten höheren systematischen Einheiten ist nur dann zulässig, wenn eine Artbestimmung nicht möglich ist (z. B. weil es sich um ein unvollständig erhaltenes Tier handelt).
  • Die Operationelle Taxaliste berücksichtigt derzeit nur die für das PERLODES-Verfahren relevanten Taxa. Die erweiterte operationelle Taxaliste berücksichtigt auch die für die Saprobienbestimmung nach DIN notwendigen Taxa.
  • Ist ein Tier so beschädigt, dass selbst die Zugehörigkeit zur höchsten in der Taxaliste enthaltenen taxonomischen Einheit nicht sicher ermittelbar ist, wird es nicht berücksichtigt.
  • leere Gehäuse (z.B. bei Trichoptera, Mollusca) oder Exuvien sind in der Regel nicht zu berücksichtigten. Imagines und Puppen werden nur berücksichtigt, wenn sie eindeutig bestimmt und dem Fundort sicher zugeordnet werden können (z.B. Sklerite in Puppenhülle bei Trichoptera, Puppen der Blephariceridae und Simuliidae (Diptera)).
  • Wird bei einem Taxon auf einen anderen Bestimmungsschlüssel hingewiesen oder sind mehrere Werke angegeben, sollten diese auch verwendet werden. „Ergänzende" Bestimmungsschlüssel sind für die Bestimmung der Taxa nicht zwingend notwendig, können aber ein wichtige Hilfe sein.
  • Für höhere systematische Einheiten als das Familienniveau wird keine Bestimmungsliteratur angegeben. Es wird davon ausgegangen, dass der/die Bearbeiter/in solche übergeordneten Taxa ohne Bestimmungsliteratur erkennt.
  • Wird über das festgelegte Bestimmungsniveau hinaus bestimmt, werden diese zusätzlichen Taxa ebenfalls mit aufgeführt. Für die Bewertung können mittels eines entsprechenden Filters der Software ASTERICS diese Taxa automatisch in das jeweilige nächst höhere Taxon umgewandelt werden, das in der Operationellen Taxaliste aufgeführt ist (Beispiel: Bestimmungsergebnis Sericostoma personatum wird in Sericostoma sp. umgewandelt).
  • Fundgewässer und Funddatum ermöglichen die Erschließung zusätzlicher Informationen aus Verbreitung, Ökologie und Phänologie, die bei der Determination hilfreich sein können.

 

Anmerkungen zur Taxaliste

Im Allgemeinen wird das Benthos unserer Fließgewässer sowohl hinsichtlich der Artenzahlen als auch in Bezug auf die Individuenzahlen von den aquatischen Insekten dominiert. Viele Wasserinsekten haben aber eine merolimnische Lebensweise, so dass oftmals „nur" Larven im Gewässer angetroffen werden. Eine Ausnahme bilden lediglich die Wasserkäfer und Wasserwanzen, von denen viele hololimnisch sind. Entsprechend beziehen sich die Angaben in der Taxaliste generell auf Larven, es sei denn, es wird explizit auf andere Stadien hingewiesen.

Bei der Bestimmung der Insektenlarven ist zu beachten, dass sich die in den meisten Bestimmungsschlüsseln angegebenen Merkmale auf Larven im letzten Larvenstadium beziehen. Junglarven sind daher oftmals nicht bis auf Artniveau zu bestimmen. Um sie dennoch berücksichtigen zu können, werden auch höhere taxonomische Einheiten angeführt (z. B. Familienniveau).

Unter bestimmten Umständen (Seeausflüsse, Ströme, etc.) können aber auch Mollusken und/oder Crustaceen einen erheblichen Anteil an der Gesamtindividuenzahl ausmachen. Entsprechend sind die Mindestanforderungen in der Taxaliste auch für diese Gruppen hoch. Andere Gruppen wiederum werden kürzer abgehandelt.

Eine Auflistung aktueller Bestimmungsliteratur für das Makrozoobenthos findet sich im Leitfaden Anhang D9.

Dateneingabe und Berechnung

Für die Ermittlung der ökologischen Qualität von Fließgewässern anhand des Makrozoobenthos steht das Bewertungsverfahren PERLODES sowie die zugehörige Software ASTERICS (Version 4.0.4) (AQEM/STAR Ecological River Classification System) (früher AQEM-Software), zur Verfügung. Das gewässertypspezifische Verfahren PERLODES ist modular aufgebaut, um soweit als möglich zwischen den Auswirkungen verschiedener Stressoren zu differenzieren. Weiterführende Informationen über den wissenschaftlichen Hintergrund können dem Abschlussbericht des Forschungsprojektes „Weiterentwicklung und Anpassung des nationalen Bewertungssystems für Makrozoobenthos an neue internationale Vorgaben" (Meier et al. 2006) entnommen werden.

 

Dateneingabe

Hinweise zur Formatierung von Taxalisten für den Import in ASTERICS

In das Programm können Excel- oder ASCII-Dateien eingelesen werden. Die Tabellen müssen in beiden Fällen korrekt formatiert sein; sollte das Layout nicht den Vorgaben entsprechen, kann ASTERICS die Datei nicht korrekt einlesen. Dies führt möglicherweise zu Fehlern im Programm bzw. zu falschen Ergebnissen.

Ein häufiges Problem beim Importieren von Taxalisten ist, dass Taxa nicht korrekt erkannt und falsch importiert werden. Die Gründe hierfür liegen in einer unterschiedlichen Nomenklatur, in unterschiedlichen Abkürzungen bei den Taxanamen (z. B. „Baetis spec." oder „Baetis sp.") oder in Schreibfehlern. Viele Systeme benutzen daher Codes aus Buchstaben oder Zahlen, die ein Taxon eindeutig identifizieren.

Da ASTERICS für die Anwendung in mehreren europäischen Staaten entworfen wurde, bietet die vorliegende Software vier verschiedene Schlüsselcodes an. Einer dieser Schlüsselcodes muss vor einem Import gewählt werden. Empfohlen wird die Verwendung des Schlüsselcodes DINNo.

Die Zuordnung der Schlüsselcodes zu den Taxa ist daher bereits vor dem Import zu leisten. Eine entsprechende Zuordnungsliste („list of taxa key values") wird unter www.fliessgewaesserbewertung.de und www.aqem.de bereitgestellt.

Die möglichen Schlüsselcodes sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2: Schlüsselcodes

Spalten-Überschrift in der zu importierenden Datei Beschreibung
Shortcode Buchstabencode, der im AQEM-Projekt entwickelt wurde
ID_ART Zahlencode, der im AQEM-Projekt entwickelt wurde;
er basiert auf dem österreichischen Identifikationscode, der auch der Software ECOPROF zugrunde liegt
DINNo Deutsche DV-Nummer (MAUCH et al. 2003)
(Anmerkung 1: Der Import einer Taxaliste über die DV-Nr. kann nur vorgenommen werden, wenn allen Taxa der zu importierenden Liste eine DV-Nr. zugeordnet ist. Ist dies nicht der Fall, kann ein korrektes Berechnungsergebnis nicht garantiert werden.
Anmerkung 2: Bei der Verwendung von DV-Nummern als Schlüsselcode sollte berücksichtigt werden, dass bei den Coleoptera nicht zwischen Larven und Imagines unterschieden wird – im Gegensatz zum Schlüsselcode ID_ART. Als Folge werden aus der Taxadatenbank keine autökologischen Informationen abgerufen, da diese sich bei Larve und Imago häufig unterscheiden, und es kann zu leicht abweichenden Rechenergebnissen kommen)
TAXON_NAME Name des Taxons
(Anmerkung: Kein Schlüsselcode im eigentlichen Sinn; aufgrund der unterschiedlichen Schreibweise der Taxanamen kann ein korrektes Berechnungsergebnis nicht garantiert werden.)

Abbildung 1 zeigt in einem Beispiel, wie ein Excel-Tabellenblatt aufgebaut und formatiert sein muss, um einen erfolgreichen Import in ASTERICS zu gewährleisten.

Beachte! Ein Export nach MS Excel ist aufgrund der Ergebnisdarstellung nur bis zu maximal 50 Probenahmen möglich (maximale Spaltenanzahl pro Excel-Tabellenblatt = 256 Spalten). Ein Export nach MS Access ist auch mit einer größeren Anzahl an Probenahmen möglich; begrenzender Faktor ist hier die maximale Spaltenzahl pro Excel-Tabellenblatt beim Import. Zu beachten ist zudem, dass der Filterprozess bei einer großen Anzahl zu filternder Taxalisten lange dauern kann (s. u.).

Abbildung 1: Formatvorlage (Excel-Tabellenblatt) für den Import in ASTERICS

Abbildung 1: Formatvorlage (Excel-Tabellenblatt) für den Import in ASTERICS

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Abbildung 1: Formatvorlage (Excel-Tabellenblatt) für den Import in ASTERICS. Quelle: LANUV

Die erste Spalte beinhaltet den Schlüsselcode, die zweite Spalte ist für den Taxonnamen vorgesehen; der Name wird, falls er nicht vom Bearbeiter eingetragen wurde, von der Software automatisch anhand des Schlüsselcodes ergänzt. Die dritte und alle weiteren Spalten stehen für die verschiedenen Probenahmen und enthalten die Abundanzwerte der Taxa. Beim Fehlen eines Taxons an einer Probestelle ist die Ziffer "0" einzutragen. Leere Zellen oder Zeilen müssen vermieden werden, da die Taxaliste(n) sonst nicht importiert werden können. Die Abundanzen müssen als „Individuen/m2" angegeben werden.

Achtung: Die Auszählungsergebnisse der MZB-Aufsammlung nach dem Multi-Habitat-Sampling beziehen sich auf 1,25 m2. Sie müssen vor dem Import nach ASTERICS auf 1 m2 umgerechnet werden. Hierfür sind sie mit dem Faktor 0,8 zu multiplizieren.

Beachte! Die Kopfzeile muss exakt so eingetragen werden wie in obiger Abbildung dargestellt. Anstelle des Eintrags „DINNo" in Zelle A1 kann auch einer der anderen Schlüsselcodes gewählt werden (z. B. „ID_ART" oder „Shortcode"), abhängig davon, welcher Schlüsselcode benutzt wird. Sollte der Taxonname als Code gewählt werden, enthalten die erste und zweite Spalte die Taxanamen. Eine korrekte Berechnung der Ökologischen Zustandsklasse kann in diesem Fall nicht garantiert werden.

 

Berechnung

Im Folgenden werden der Aufbau des Bewertungssystems PERLODES und die Software ASTERICS näher erläutert.

Die Bewertungsmodule und das multimetrische System

PERLODES integriert durch seinen modularen Aufbau den Einfluss verschiedener Stressoren in die Bewertung der ökologischen Qualität eines Fließgewässers. Aus der Artenliste eines zu bewertenden Gewässers können folgende Module leitbildbezogen bewertet werden.

Modul „Saprobie"

Die Bewertung der Auswirkungen organischer Verschmutzung auf das Makrozoobenthos erfolgt mit Hilfe des gewässertypspezifischen, leitbildbezogenen Saprobienindexes nach DIN 38 410 (revidiert) (Friedrich & Herbst 2004). Das Modul wurde im Rahmen des Projektes „Leitbildorientierte biologische Fließgewässerbewertung zur Charakterisierung des Sauerstoffhaushaltes"[1] entwickelt (Rolauffs et al. 2003).

Das Ergebnis des Saprobienindexes wird unter Berücksichtigung typspezifischer Klassengrenzen in eine Qualitätsklasse überführt.

Tabelle 3: Grundzustände und Klassengrenzen des typspezifischen Saprobienindexes (Modul „Saprobie")
K = Keuper

Monitoringleitfaden Anlage D9 Tabelle3

Monitoringleitfaden Anlage D9 Tabelle3

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Modul „Allgemeine Degradation"

Dieses Modul spiegelt die Auswirkungen verschiedener Stressoren (Degradation der Gewässermorphologie, Nutzung im Einzugsgebiet, Pestizide, hormonäquivalente Stoffe) wider, wobei in den meisten Fällen die Beeinträchtigung der Gewässermorphologie den wichtigsten Stressor darstellt. Das Modul ist als Multimetrischer Index aus Einzelindices, so genannten „Core Metrics", aufgebaut. Die Ergebnisse der typ(gruppen)spezifischen Einzelindices werden zu einem Multimetrischen Index verrechnet und dieser wird abschließend in eine Qualitätsklasse von „sehr gut" bis „schlecht" überführt.

Die Bewertung der „Allgemeinen Degradation" ergibt sich wie folgt:

  • Berechnung der Core Metric-Ergebnisse;
  • Umwandlung der einzelnen Ergebnisse in einen Wert zwischen 0 und 1 unter Zuhilfenahme folgender Formel:

Die oberen und unteren Ankerpunkte eines Metrics entsprechen den Werten 1 (Referenzzustand) und 0 (schlechtester theoretisch auftretender Zustand); Metric-Ergebnisse, die über dem oberen oder unter dem unteren Ankerpunkt liegen werden gleich 1 bzw. 0 gesetzt. Die Ankerpunkte wurden für jeden Metric und jeden Gewässertyp gesondert ermittelt und stehen neben der Auswahl der Core Metrics für die typspezifische Komponente des Verfahrens.

  • Der Multimetrische Index wird durch gewichtete Mittelwertbildung aus den Werten der [0;1]-Intervalle der Einzelmetrics berechnet; gewichtet, weil der Fauna-Index des jeweiligen Typs bzw. der LTI bei Typ 21 mit 50 % gewichtet wird.
  • Das Ergebnis des Multimetrischen Index wird für jeden Gewässertyp auf dieselbe Art in die Qualitätsklasse überführt: sehr gut: > 0,8; gut: > 0,6-0,8; mäßig: > 0,4-0,6; unbefriedigend: > 0,2-0,4; schlecht: ≤ 0,2.
  • Ausnahmen stellen die Gewässertypen 10 und 20 dar. Bei der Gewässertypengruppe der Ströme wird das Ergebnis des Metrics „Potamon-Typie-Index (Häufigkeitsklassen)" direkt in eine Qualitätsklasse überführt. Die ergänzend ausgegebenen Indices werden nicht verrechnet sondern werden zur vertieften Analyse der Ergebnisse herangezogen.

Es ist zu beachten, dass die Zusammensetzung des Moduls „Allgemeine Degradation" (Core Metrics und Ankerpunkte) für die (Unter)Typen 6_K, 9.1_K, 15_groß, 19, 21_Nord und 21_Süd noch als vorläufig anzusehen ist. Hier ist in 2010 eine Überarbeitung des Multimetrischen Index geplant, die sich im Wesentlichen auf die Entwicklung (Typen 6_K, 9.1_K, 19) bzw. Weiterentwicklung (Typ 15_groß) des typspezifischen Fauna-Index bezieht. Für den Typ 22 (Marschengewässer) liegt derzeit noch kein Modul „Allgemeine Degradation" vor.

Achtung: Für den Deutschen Faunaindex gelten folgende Gültigkeitskriterien analog zur DIN 38410: Abundanzsumme 20 (Alpen und Mittelgebirge), Abundanzsumme 15 (Tiefland). Die Abundanzsummen beziehen sich auf die Abundanzen der im Faunaindex eingestuften Taxa.

Modul „Versauerung"

Bei den Gewässertypen, die stark von Versauerung betroffen sind (Typ 5 Silikatische Mittelgebirgsbäche, Typ 5.1 Feinmaterialreiche, silikatische Mittelgebirgsbäche), wird mit Hilfe dieses Moduls die typspezifische Bewertung des Säurezustandes vorgenommen. Die Berechnung basiert auf den Säurezustandsklassen nach Braukmann & Biss (2004) und mündet in einer fünfstufigen Einteilung der Säureklassen. Sofern die Gewässer nicht natürlicherweise sauer sind, entspricht, die Säureklasse 1 der Qualitätsklasse „high" (sehr gut), die Säureklasse 2 der Klasse „good" (gut), die Säureklasse 3 der Klasse „moderate" (mäßig), die Säureklasse 4 der Klasse „poor" (unbefriedigend) und die Säureklasse 5 der Klasse „bad" (schlecht).

Verrechnung der Module

Mit Hilfe des Bewertungssystems PERLODES kann die Ökologische Zustandsklasse für 30 der 31 deutschen Fließgewässertypen (inkl. Untertypen) ermittelt werden. Die Bewertungsverfahren für die einzelnen Typen beruhen auf dem gleichen Prinzip, können sich jedoch durch die jeweils verwendeten Kenngrößen und die der Bewertung zu Grunde liegenden Referenzzustände unterscheiden.

Abbildung 2: Schematischer Ablauf der stressorenbezogenen Bewertung von Fließgewässern mittels Makrozoobenthos

Abbildung 2: Schematischer Ablauf der stressorenbezogenen Bewertung von Fließgewässern mittels Makrozoobenthos

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Abbildung 2: Schematischer Ablauf der stressorenbezogenen Bewertung von Fließgewässern mittels Makrozoobenthos. Quelle: Meier et al. (2006)

Der modulartige Aufbau des Bewertungssystems ermöglicht die Ausgabe von Ergebnissen auf verschiedenen Ebenen:

Abbildung 3: Der „Output" des Bewertungssystems ist in verschiedene Ebenen gegliedert. Die Ebenen 1 und 2 dienen zur Bewertung, die Ebenen 3 und 4 zur Interpretation

Abbildung 3: Der „Output" des Bewertungssystems ist in verschiedene Ebenen gegliedert. Die Ebenen 1 und 2 dienen zur Bewertung, die Ebenen 3 und 4 zur Interpretation

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Abbildung 3: Der „Output" des Bewertungssystems ist in verschiedene Ebenen gegliedert. Die Ebenen 1 und 2 dienen zur Bewertung, die Ebenen 3 und 4 zur Interpretation. Quelle: LANUV

Die abschließende Ökologische Zustandsklasse ergibt sich aus den Qualitätsklassen der Einzelmodule: im Fall einer „sehr guten" oder „guten" Qualitätsklasse des Moduls „Saprobie" bestimmt das Modul mit der schlechtesten Einstufung das Bewertungsergebnis (Prinzip des „worst case"), da in diesen Fällen die Module „Saprobie" und „Allgemeine Degradation" unabhängige Bewertungsergebnisse liefern. Im Fall einer „mäßigen", „unbefriedigenden" oder „schlechten" saprobiellen Qualitätsklasse kann die Saprobie das Ergebnis des Moduls „Allgemeine Degradation" stark beeinflussen und zu redundanten Ergebnissen führen; in begründeten Fällen ist daher eine Korrektur des Moduls „Allgemeine Degradation" auf Grund von Zusatzkriterien möglich. Die Gesamtbewertung wird daran anschließend durch das Modul mit der schlechtesten Qualitätsklasse bestimmt.[2]

Beispiel:
Qualitätsklasse des Moduls „Saprobie": "gut"
Qualitätsklasse des Moduls „Allgemeine Degradation": "unbefriedigend"
=> Ökologische Zustandsklasse: "unbefriedigend"

Das Modul „Versauerung" liefert von der Saprobie unabhängige Ergebnisse und geht daher immer nach dem Prinzip des „worst case" in die Gesamtbewertung ein.

Bei der Bewertung kann im Einzelfall vom rechnerischen Ergebnis abgewichen werden, wenn dies nach Expertenurteil aufgrund der Verhältnisse an der Probestelle oder aufgrund von weiteren für die Messstelle vorliegenden Daten geboten ist. Die Gründe sind zu dokumentieren.

Verwendung der Bewertungssoftware ASTERICS

Die Software ASTERICS (derzeit Version 4.0.4) (AQEM/STAR Ecological River Classification System) ist eine Software zur Berechnung der ökologischen Qualität von Fließgewässern nach den Vorgaben der EU-WRRL anhand von Makroinvertebraten. Die jeweils aktuelle Version ist unter www.fliessgewaesserbewertung.de verfügbar.

Sie bezieht sich auf insgesamt 56 europäische Fließgewässertypen in den Staaten Deutschland (31 (Unter)Typen), Griechenland, Italien, Niederlande, Österreich, Portugal, Schweden und Tschechien. Für die 56 Gewässertypen ist das Programm in der Lage, die Vorgaben von PERLODES umzusetzen.

Das Programm bietet die Möglichkeit mit zwei verschiedenen Bewertungsverfahren den ökologischen Zustand der deutschen Fließgewässertypen zu ermitteln. Grundlage für die typspezifische Differenzierung beider Verfahren ist die Gewässertypentabelle der LAWA (Pottgiesser & Sommerhäuser 2004):

  • Deutsches Bewertungssystem PERLODES (Deutschland (PERLODES)) Modulares Bewertungsverfahren für (fast) alle deutschen Fließgewässertypen (vgl. Abschnitt 3.2.1).
  • AQEM System (Deutschland (AQEM System)) Verfahren, das für fünf deutsche Gewässertypen (5, 9, 11, 14, 15) die Auswirkungen der Degradation der Gewässermorphologie bewertet.

Für die Anwendung in Nordrhein-Westfalen ist stets das System "PERLODES" zu verwenden.

Alle weiteren Informationen zu Installation, Anwendung und Support können dem „ASTERICS Software Handbuch für die deutsche Version" entnommen werden.

Das Handbuch und die Software ASTERICS, Version 4.0.4 sind auf den Websites www.aqem.de und www.fliessgewaesserbewertung.de verfügbar.

Interpretation der Ergebnisse

Neben der biologischen Zustandsbewertung ist es Ziel des Bewertungsverfahrens, bei der Maßnahmenplanung zu helfen; die Interpretation der Berechnungsergebnisse ist ein erster Schritt in diese Richtung. Die Voraussetzung dafür ist eine stressorenspezifische Bewertung, die die Auswirkungen der Stör- und Einflussgrößen nachvollziehbar abbildet.

In Kapitel 4.1 werden am Beispiel der Bewertungsergebnisse von jeweils zwei Gewässerabschnitten im Tiefland und im Mittelgebirge die Interpretationsmöglichkeiten erläutert, die sich durch den modularen Aufbau und die Ausgabe der Ergebnisse auf verschiedenen Ebenen ergeben.

Zur Interpretation der Bewertungsergebnisse eigener Daten können unterstützend die Kurzdarstellungen „Bewertung Makrozoobenthos" und „Core Metrics Makrozoobenthos" herangezogen werden.

Die Kurzdarstellungen „Bewertung Makrozoobenthos" enthalten die typspezifischen Informationen zur Bewertung:

  • Relevante Bewertungsmodule
  • Beschreibung und Erläuterung des Moduls „Saprobie" (Saprobieller Grundzustand, Metricwerte an den Klassengrenzen, textliche Erläuterung)
  • Beschreibung und Erläuterung des Moduls „Allgemeine Degradation" (Core Metrics, Ankerpunkte, Metricwerte an den Klassengrenzen, Erläuterung der Metricauswahl, typspezifische Interpretationsansätze)
  • Beschreibung und Erläuterung des Moduls „Versauerung" (Säureklassen, textliche Erläuterung).

Die Kurzdarstellungen „Core Metrics Makrozoobenthos" enthalten weit reichende Informationen zu den Core Metrics, den Indices, die für mindestens einen Fließgewässertyp bewertungsrelevant sind:

  • Bewertungsrelevanz des Metrics für die einzelnen Fließgewässertypen
  • Textliche Beschreibung und Formel
  • Referenzen zur Entwicklung und Definition
  • Referenzen zur Anwendung
  • Ökologische Aussage des Metrics
  • Reaktion des Metrics auf Belastungen.

Die Kurzdarstellungen und der zugehörige Begleittext sind unter www.fliessgewaesserbewertung.de verfügbar.

 

Interpretation der Ergebnisse zweier Gewässerabschnitte im Tiefland

Für die beispielhafte Interpretation von Bewertungsergebnissen aus dem Tiefland wurden ein Gewässerabschnitt der Stepenitz und der Dinkel ausgewählt. Beide Gewässer sind in diesem Bereich dem Gewässertyp 15 (Sand- und lehmgeprägte Tieflandflüsse) zuzurechnen.

Ebene 1: Ökologische Zustandsklasse

Auf der ersten Ebene wird die Ökologische Zustandsklasse als Gesamtergebnis aus der Bewertung der einzelnen Stressoren ausgegeben.

Im vorliegenden Beispiel wurde der untersuchte Abschnitt an der Stepenitz mit der Zustandsklasse „sehr gut" bewertet. Gemäß den Vorgaben der EU-WRRL besteht kein Handlungsbedarf. Der Abschnitt an der Bocholter Aa wurde mit der Zustandsklasse „schlecht" bewertet, hier besteht Handlungsbedarf.

Tabelle 7: Bewertung der ökologischen Qualität zweier Gewässerabschnitte im Tiefland
Typ: Fließgewässertyp nach Pottgiesser & Sommerhäuser (2004); SI: Qualitätsklasse des Moduls „Saprobie"; AD: Qualitätsklasse des Moduls „Allgemeine Degradation"; ÖZK: Ökologische Zustandsklasse

Gewässer Typ SI AD ÖZK Handlungsbedarf nach EU-WRRL
Stepenitz 15 sehr gut sehr gut sehr gut nein
Dinkel 15 gut unbefriedigend unbefriedigend ja

Ebene 2: Ursache der Degradation (Module „Saprobie", „Allgemeine Degradation")

Auf der zweiten Bewertungsebene lässt sich erkennen, wo die Ursachen für die Degradation des Gewässerabschnittes an der Dinkel zu suchen sind. Die Qualitätsklasse des Moduls „Saprobie" wird mit „gut" bewertet (Abbildung 4), der untersuchte Gewässerabschnitt ist organisch kaum belastet. Die Qualitätsklasse des Moduls „Allgemeine Degradation" wird mit „unbefriedigend" bewertet (Abbildung 5) und ist demnach für die Gesamtbewertung verantwortlich.

Abbildung 4: Ergebnis des Moduls „Saprobie" an der Dinkel

Abbildung 4: Ergebnis des Moduls „Saprobie" an der Dinkel

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Abbildung 4: Ergebnis des Moduls „Saprobie" an der Dinkel. Quelle: LANUV
Abbildung 5: Ergebnis des Moduls „Allgemeine Degradation" an der Dinkel

Abbildung 5: Ergebnis des Moduls „Allgemeine Degradation" an der Dinkel

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Abbildung 5: Ergebnis des Moduls „Allgemeine Degradation" an der Dinkel. Quelle: LANUV

Ebene 3: Ergebnisse der Indices, die in den multimetrischen Index (Modul ´Allgemeine Degradation´) eingehen

Da das Modul „Allgemeine Degradation" die Auswirkungen verschiedener Stressoren widerspiegelt (u. a. Degradation der Gewässermorphologie, Nutzung im Einzugsgebiet), können bei der Interpretation der Ergebnisse zunächst die Metrics hilfreich sein, die in die Bewertung eingehen. Tabelle 8 gibt einen Überblick über die Ergebnisse der Core Metrics und zeigt Interpretationsansätze auf.

Tabelle 8: Dinkel: Bewertung der ökologische Qualität des Moduls „Allgemeine Degradation" - Interpretation der Ergebnisse
Qk_Metrics: Qualitätsklasse der Metrics; Qk_AD: Qualitätsklasse des Moduls „Allgemeine Degradation"; unbefr.: unbefriedigend; EPT [%] (HK): Anteil Ephemeroptera, Plecoptera und Trichoptera an den Gesamtindividuen; FI_15_17: Fauna-Index Typ 15/17; #: Anzahl; (HK): berechnet mit Häufigkeitsklassen

Tabelle 8: Dinkel: Bewertung der ökologische Qualität des Moduls „Allgemeine Degradation" - Interpretation der Ergebnisse

Tabelle 8: Dinkel: Bewertung der ökologische Qualität des Moduls „Allgemeine Degradation" - Interpretation der Ergebnisse

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Die Bewertungsergebnisse der Core Metrics lassen deutliche Auswirkungen struktureller Degradation vermuten; Artenzusammensetzung und Funktionalität der Makrozoobenthoszönose weichen stark vom natürlichen Zustand ab.

Ebene 4: Ergebnisse aller Metrics

Die Betrachtung der Ergebnisse aller Metrics, auch der, die nicht für den multimetrischen Index verwendet wurden, kann weitere Hilfestellung bei der Interpretation der Bewertungsergebnisse geben.

 

Interpretation der Ergebnisse zweier Gewässerabschnitte im Mittelgebirge

Für die beispielhafte Interpretation von Bewertungsergebnissen aus dem Mittelgebirge wurden zwei Gewässerabschnitte der Lenne ausgewählt. Der Abschnitt A ist dem Gewässertyp 9.2 (Große Flüsse des Mittelgebirges), der Abschnitt B dem Typ 9 (Silikatische, fein- bis grobmaterialreiche Mittelgebirgsflüsse) zuzurechnen.

Ebene 1: Ökologische Zustandsklasse

Im vorliegenden Beispiel wurde der Lenne-Abschnitt A mit der Zustandsklasse „gut" bewertet. Gemäß den Vorgaben der EU-WRRL besteht kein Handlungsbedarf. Der Abschnitt B wurde mit der Zustandsklasse „unbefriedigend" bewertet, hier besteht Handlungsbedarf.

Tabelle 9: Bewertung der ökologischen Qualität zweier Gewässerabschnitte im Mittelgebirge
Typ: Fließgewässertyp nach Pottgiesser & Sommerhäuser (2004); SI: Qualitätsklasse des Moduls „Saprobie"; AD: Qualitätsklasse des Moduls „Allgemeine Degradation"; ÖZK: Ökologische Zustandsklasse

Gewässer Typ SI AD ÖZK

Handlungsbedarf nach EU-WRRL

Lenne (Abschnitt A) 9.2 gut gut gut nein
Lenne (Abschnitt B) 9 gut unbefriedigend unbefriedigend ja

Ebene 2: Ursache der Degradation (Module „Saprobie", „Allgemeine Degradation")

Auf der zweiten Bewertungsebene lässt sich wiederum erkennen, wo die Ursachen für die Degradation des Abschnittes B an der Lenne zu suchen sind. Die Qualitätsklasse des Moduls „Saprobie" wird mit „gut" bewertet (Abbildung 6), der untersuchte Gewässerabschnitt ist demnach nicht organisch belastet. Die Qualitätsklasse des Moduls „Allgemeine Degradation" wird mit „unbefriedigend" bewertet (Abbildung 7) und ist daher für die Gesamtbewertung verantwortlich. Handlungsbedarf besteht hinsichtlich der Auswirkungen der Stressoren des Moduls „Allgemeine Degradation". Wäre das Gewässer zudem organisch belastet, müsste man davon ausgehen, dass die Auswirkungen der organischen Verschmutzung als eine Art „Überfaktor" die Ergebnisse beider Module dominieren würden. Die Ergebnisse des Moduls „Allgemeine Degradation" könnten dann nur unter Vorbehalt betrachtet und interpretiert werden.

Abbildung 6: Ergebnis des Moduls „Saprobie" an der Lenne (Abschnitt B)

Abbildung 6: Ergebnis des Moduls „Saprobie" an der Lenne (Abschnitt B)

12.12.2017
Monitoring
Abbildung 6: Ergebnis des Moduls „Saprobie" an der Lenne (Abschnitt B). Quelle: LANUV
Abbildung 7: Ergebnis des Moduls „Allgemeine Degradation" an der Lenne (Abschnitt B)

Abbildung 7: Ergebnis des Moduls „Allgemeine Degradation" an der Lenne (Abschnitt B)

12.12.2017
Monitoring
Abbildung 7: Ergebnis des Moduls „Allgemeine Degradation" an der Lenne (Abschnitt B). Quelle: LANUV

Ebene 3: Ergebnisse der Indices, die in den multimetrischen Index (Modul ´Allgemeine Degradation´) eingehen

Tabelle 10 gibt einen Überblick über die Ergebnisse der Core Metrics und zeigt mögliche Interpretationsansätze auf.

Tabelle 10: Lenne (Abschnitt B): Bewertung der ökologische Qualität des Moduls „Allgemeine Degradation" - Interpretation der Ergebnisse
Qk_Metrics: Qualitätsklasse der Metrics; Qk_AD: Qualitätsklasse des Moduls „Allgemeine Degradation"; unbefr.: unbefriedigend; EPT [%] (HK): Anteil Ephemeroptera, Plecoptera und Trichoptera an den Gesamtindividuen; (HK): berechnet mit Häufigkeitsklassen; FI_9.2: Fauna-Index Typ 9.2; #: Anzahl

Tabelle 10: Lenne (Abschnitt B): Bewertung der ökologische Qualität des Moduls „Allgemeine Degradation" - Interpretation der Ergebnisse

Tabelle 10: Lenne (Abschnitt B): Bewertung der ökologische Qualität des Moduls „Allgemeine Degradation" - Interpretation der Ergebnisse

12.12.2017
Monitoring

Die Bewertungsergebnisse der Core Metrics lassen deutliche Auswirkungen struktureller Degradation vermuten; insbesondere typspezifische, charakteristische Arten fallen aus.

Ebene 4: Ergebnisse aller Metrics

Die Betrachtung der Ergebnisse aller Metrics, auch der, die nicht für den multimetrischen Index verwendet wurden, gibt weiteren Aufschluss für die Interpretation der Bewertungsergebnisse. Die im vorliegenden Beispiel ermittelte Taxazahl von 31 ist für einen Mittelgebirgsfluss vergleichsweise gering – erkennbar ist auch hier ein Artendefizit.

Hinweise auf weiterführende Informationen

Die vorliegende Anleitung kann nur einen definierten Ausschnitt aus den vielfältigen Forschungsaktivitäten zur Gewässerbewertung abbilden. Weiterführende Informationen liefert vor allem die Website www.fliessgewaesserbewertung.de, ein Informations- und Diskussionsportal zur Bewertung von Fließgewässern anhand des Makrozoobenthos. Hier werden die aktuellen Forschungsergebnisse und die daraus resultierenden neuen Verfahren zur Fließgewässerbewertung anhand des Makrozoobenthos präsentiert und zur Diskussion gestellt.

Weitere Hintergrundinformationen über die Aktivitäten und Ergebnisse nationaler und internationaler Aktivitäten vor dem Hintergrund der EU-WRRL sind auf folgenden Websites verfügbar:

Literatur

AQEM consortium (2002): Manual for the application of the AQEM method. A comprehensive method to assess European streams using benthic macroinvertebrates, developed for the purpose of the Water Framework Directive. Version 1.0, February 2002.

Braukmann, U. & Biss, R. (2004): Conceptual study – An improved method to assess acidification in German streams by using benthic macroinvertebrates. Limnologica 34 (4): 433-450.

Friedrich, G. & Herbst, V. (2004): Eine erneute Revision des Saprobiensystems – weshalb und wozu? Acta hydrochimica et hydrobiologica 32 (1): 61-74.

Haase, P., Sundermann, A. & Schindehütte, K (2006a): Operationelle Taxaliste als Mindestanforderung an die Bestimmung von Makrozoobenthosproben aus Fließgewässern zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie in Deutschland. www.fliessgewaesserbewertung.de [Stand Mai 2006].

Haase, P., Sundermann, A. & Schindehütte, K (2006b): Informationstext zur Operationellen Taxaliste als Mindestanforderung an die Bestimmung von Makrozoobenthosproben aus Fließgewässern zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie in Deutschland. www.fliessgewaesserbewertung.de [Stand Mai 2006].

Mauch, E., Schmedtje, U., Maetze, A. & Fischer, F. (2003): Taxaliste der Gewässerorganismen Deutschlands. Informationsberichte des Bayerischen Landesamtes für Wasserwirtschaft 01/03. 388 S.

Meier, C., Böhmer, J., Biss, R.; Feld, C., Haase, P., Lorenz, A., Rawer-Jost, C., Rolauffs, P., Schindehütte, K., Schöll, F., Sundermann, A., Zenker, A. & Hering, D. (2006): Weiterentwicklung und Anpassung des nationalen Bewertungssystems für Makrozoobenthos an neue internationale Vorgaben. Abschlussbericht im Auftrag des Umweltbundesamtes. www.fliessgewaesserbewertung.de [Stand Mai 2006].

Pottgiesser, T. & Sommerhäuser, M. (2004): Fließgewässertypologie Deutschlands: Die Gewässertypen und ihre Steckbriefe als Beitrag zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie. In: Steinberg, C., Calmano W., Wilken R.-D. & Klapper, H. (Hrsg.): Handbuch der Limnologie. 19. Erg.Lfg. 7/04. VIII-2.1: 1-16 + Anhang.

Rolauffs, P., Hering, D., Sommerhäuser, M., Jähnig, S. & Rödiger, S. (2003): Entwicklung eines leitbildorientierten Saprobienindexes für die biologische Fließgewässerbewertung. Umweltbundesamt Texte 11/03. Forschungsbericht 200 24 227, 137 S.

 

  1. FKZ 200 24 227
  2. Der hier dargestellten Verrechnung der Module „Saprobie“ und „Allgemeine Degradation“ haben mit Ausnahme von Bayern, vertreten durch Herrn Dr. Folker Fischer, das generell eine Mittelwertbildung zwischen den beiden Modulen favorisiert, alle im Projektbegleitenden Beirat vertretenen Bundesländer zugestimmt.