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Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie Insektensterben in Fließgewässern ? Projektarbeit von Gregor Buchholz, Anna Ida Holler, Jean-Marie Müller, Yannik Steudter im Studiengang BA Umwelttechnik an der Hochschule Rhein-Main betreut von: Prof. Dr. Schmid & Dr. Mechthild Banning

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Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie

Insektensterben in Fließgewässern ?Projektarbeit von Gregor Buchholz, Anna Ida Holler, Jean-Marie Müller, Yannik Steudter

im Studiengang BA Umwelttechnik an der Hochschule Rhein-Main

betreut von: Prof. Dr. Schmid & Dr. Mechthild Banning

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1. Anlass

2. Methodik

3. Ergebnisse

1. Probenahme

2. Messstelle

3. Wasserkörper

4. Diskussion

1. Gewässergüte

2. Maßnahmenprogramm

5. Fazit

© Eiseler

© Eiseler© Eiseler

Gliederung

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Anlass

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Ergebnis der „Krefelder Studie“ 2017

• mehr als 75 % Verlust an Biomasse bei Fluginsekten im Zeitraum von 27 Jahren

(1989 – 2015)

• unabhängig von Biotoptypen des Offenlandes im deutschen Tiefland

• unabhängig, ob es eher seltene, gefährdete & anspruchsvolle Arten sind

oder „Allerweltsarten“

• Klima- und Biotopveränderungen werden als Hauptverursacher ausgeschlossen

• vermutete Hauptursache: intensive landwirtschaftliche Nutzung

(Pestizidbelastung und Überdüngung)

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• einige vermutete Ursachen:

• Gewässerausbau - Gewässerverbau

• Eutrophierung(N- & P-Einträge und landwirtschaftliche Nutzung in der Umgebung)

• Bericht führt aber auch an, dass

• mit der weitergehenden Abwasserreinigungsstufe (3te Reinigungsstufe) zur Stickstoff- und Phosphorelemination (seit den 1970er Jahren) und

• mit der Verbesserung des chemischen Zustands (organische und anorganische Abwässer) gemäß WRRL (seit 2001 )

eine Erholung der Gewässerfauna (auch viele aquatische Insekten) erfolgt ist.

Bericht des BMU zur 90. Umweltministerkonferenz 2018

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Methodik

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Vertreter des Makrozoobenthos:

Schnecke (Bithynia tentaculata) (oben), Eintagsfliege

(Ephemerella ignita & Ephemerella mucronata) (unten)

© Banning

• “Tragende Säule des Gewässerökosystems“

(LAWA 200:102)

• Indikatororganismen für den ökologischen

Zustand des Gewässers

• Konsumenten von organischem Material und

Nahrungsgrundlage für größere Lebewesen

• Umfasst mit dem bloßen Auge sichtbare,

wirbellose Gewässertiere, welche die

Bodenregion eines Gewässers bewohnen

Makrozoobenthos

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Probenahme

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• Verfahren zur Bewertung des ökologischen Zustandes

von Fließgewässern

• Beinhaltet in der Regel 2 Module: „Saprobie“ und

„Allgemeine Degradation“

PERLODES

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• Saprobienindex

• System besteht seit ca. 100 Jahren

DIN38410

• Indikatoren sind die Fischnährtiere

• Besonderheiten der Metric

• Keine Momentaufnahme

• Einfach

• (BiologIn, Sieb, Schale, Lupe)

Saprobie

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Ephemeropteralarve (oben) und geschlüpftes

Imago (unten) der Gattung Ephemera © Banning

• Relativer Anteil EPT

• Metric-Wert welcher sich auf den relativen

(Individuen-) Anteil der Ephemeropta, Plecoptera

und Trichoptera bezieht

• Steigender Metric-Wert signalisiert eine hohe

Biodiversität und ein ungestörtes sowie

strukturreiches Gewässer

• Besonderheiten der Metric

• Reagiert empfindlicher als Gesamttaxa aufgrund

fehlender Bioindikatoren

• Sehr hohe Habitatansprüche

• Benötigen in flugfähigen Stadien auch ein intaktes

Gewässerumfeld

Metric EPT – Allgemeine Degradation

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• Gewässerstrukturgüte

• Gute Wasserqualität, sowie intakte Gewässerstrukturgüte

wichtig für aquatische Ökosysteme

• Erfassung & Bewertung

• Nach Verfahrensempfehlung der LAWA

• 7 Strukturgüteklassen

(1 „unverändert“ bis 7 „vollständig verändert“)

• Für kleine & mittelgroße Fließgewässer

• 6 Hauptparameter

• 25 Einzelparameter

Gewässerstrukturgüte

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• 12 Einzelparameter aus der Strukturgütekartierung

• Berechnung als arithmetrisches Mittel

• Parameter sind relevant für biologische Qualitätskomponenten

und die Habitatqualität des Makrozoobenthos

Habitatindex

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𝐿𝑎𝑛𝑑𝑛𝑢𝑡𝑧𝑢𝑛𝑔𝑠𝑖𝑛𝑑𝑒𝑥 𝐿𝑈𝐼

= 𝟏 ∗ 𝐺𝑟ü𝑛𝑙𝑎𝑛𝑑 +

𝟐 ∗ 𝐴𝑐𝑘𝑒𝑟𝑙𝑎𝑛𝑑 +

𝟒 ∗ 𝑠𝑡ä𝑑𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒 𝑁𝑢𝑡𝑧𝑢𝑛𝑔

(UBA 2014)

LUI_100 = 50 m rechts und links

& 500 m oberhalb

LUI_500 = 250 m rechts und links

& 5000 m oberhalb

Je größer der LUI, desto stärker die Nutzung

Landnutzungsindex

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Betrachtete abiotische und biotische Parameter

Parameter (Bäche und Flüsse) Probenahme Messstelle Wasserkörper

Ökologischer Zustand: Saprobie X

Ökologischer Zustand: Allgemeine Degradation X

Gewässerstruktur: Strömungsvielfalt X

Gewässerstruktur: Anzahl anorganische Substrate X

Gewässerstruktur: Substratvielfalt X

Beschattung X

Gewässerstruktur: Habitatindex X

Landnutzung: Landnutzungsindex X

Gewässerstruktur: Anteil Strukturklassen 1 - 4 X

Gewässerstruktur: defizitäre Gewässerabschnitte X

Phosphorkonzentration X

Datengrundlage

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Ergebnisse Probenahme

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1 2 3 4 5

Ökologische Zustandsklasse Saprobie

0

10

20

30

40

50

Anzahl In

sekte

nart

en e

iner

Pro

benahm

e

Median

25%-75%

• Deutliche Abhängigkeit

• Besonders starke Trennung

Zustandsklasse 2 und 3

• Je schlechter die Klasse desto

weniger Insektenarten

• In Klasse 4 und 5 nur bestimmte

Insektenarten

(Zuckmückenlarven)

Anzahl Insektenarten – ÖZKL Saprobie

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• Deutliche Abhängigkeit

• Besonders starke Trennung

Zustandsklasse 2 und 3

• In Klasse 4 zwar im Median 2

Arten

• jedoch nur geringe Dichten

Anzahl Köcherfliegenarten – ÖZKL Saprobie

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• Deutliche Abhängigkeit

• Besonders starke Trennung

Zustandsklasse 2 und 3

• In Klasse 4 und 5 quasi kein

Nachweis von

Köcherfliegenlarven

Relativer Anteil der Köcherfliegen [%] – ÖZKL Saprobie

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1 2 3 4 5

Ökologische Zustandsklasse Saprobie

0

10

20

30

40

50

60

70

Rela

tiver

Ante

il der

EP

T [

in %

]

Median

25%-75%

1 2 3 4 5

Ökologische Zustandsklasse Saprobie

0

10

20

30

40

50

60

70

Rela

tiver

Ante

il d

er

EP

T [

in %

]

Median

25%-75%

• Klare Abgrenzung der Klassen

2 und 3 75% Perzentil der

Klasse 3 liegt unterhalb 25 %

Perzentil der Klasse 2

• Zeigt deutlich wie wenige

Individuen der EPT in den

Klassen 3-5 vorkommen

Relativer Anteil der EPT [%] – ÖZKL Saprobie

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• Abhängigkeit deutlich geringer

• Grund: abwassertolerante Arten

insbesondere in der Gruppe der

Fliegen und Mücken (Diptera)

Relativer Anteil der Insekten [%] – ÖZKL Saprobie

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• Hoher Einfluss auf Anzahl der Insektenarten

• Je verschmutzter ein Gewässer

desto höher der Saprobienindex

desto weniger Insektenarten registriert

• Teilweise differenzierte Betrachtung Arten wie zum Beispiel

Zuckmücken- und Kriebelmückenlarven leben oft in stark

organisch belasteten Gewässern

Zusammenfassung Saprobie

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• Metrik „Relativer Anteil der EPT-Arten“ korreliert deutlich mit

vielen abiotischen Parametern z.B. Strömungs- und

Substratvielfalt, Habitatindex etc.

• Allgemein lässt sich sagen, dass die Korrelationen der relativen

Anteile von Insekten immer höher sind, als die Korrelationen der

absoluten Individuenanzahl

Zusammenfassung Allgemeine Degradation

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Ergebnisse Messstellen

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• Fast kontinuierliche Abnahme

von ca. 35 Arten auf 15 Arten

Mittlere Anzahl Insektenarten – Habitatindex

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• kontinuierliche Abnahme

zwischen Klassen 2 (gering

verändert) und 6 (sehr stark

verändert

Relativer Anteil der EPT [%] – Habitatindex

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1 2 3 4

Landnutzungsindex 100

0

10

20

30

40

50

Mit

tle

re A

nza

hl

Inse

kte

na

rte

n e

ine

r M

essste

lle

Median

25%-75%

• Korrelationskoeffizient

r = - 0,24

• Deutliche Überschneidungen

der Perzentile

Mittlere Anzahl Insektenarten – Landnutzungsindex 100

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1 2 3 4

Landnutzungsindex 500

0

10

20

30

40

50

Mittl

ere

An

zah

l In

sekte

na

rten

ein

er

Messste

lle

Median

25%-75%

• Korrelationskoeffizient

r = - 0,36

• Relativ große

Überschneidungen der

Perzentile

• Deutlichere Abnahme des

Medians

• Großräumigere Betrachtung

der Flächennutzung

Mittlere Anzahl Insektenarten – Landnutzungsindex 500

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• Parameter “Grünland“ sollte bei künftigen Forschungsprojekten zur

Berechnung des Landnutzungsindex nicht berücksichtigt werden

• Parameter “Grünland“ korreliert positiv

ACKER_proz GRUEN_proz WALD_proz LUI_100m LUI_500m

Anzahl_Insecta -0,216827 0,217215 0,176697 -0,243758 -0,364575

Landnutzungsindex

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Ergebnisse Wasserkörper

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0 <10 <20 <30 <40 <50 <60 <70 <80 <90 >90

Anteil Strukturklassen 1-4 [in %]

0

10

20

30

40

50

60

Rela

tiver

Ante

il d

er

EP

T [

in %

]

Median

25%-75%

• Korrelationskoeffizient

r = - 0,06

• Extreme Schwankungen

• Keine geeignete

Bewertungsform

Relativer Anteil EPT [%] – Anteil Strukturklassen 1 – 4 [%]

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• Annahme: Summenparameter “Gewässerstrukturgüte“ des

Wasserkörpers ist kein geeigneter Indikator für den ökologischen

Zustand

• Auch Foerster et al (2017) konnten keinen zufriedenstellenden

Zusammenhang zwischen der Bewertung der biologischen

Qualitätskomponenten und den gängigen Kennzahlen der

Gewässerstrukturkartierung erkennen – Habitatindex

Relativer Anteil EPT [%] – Anteil Strukturklassen 1 – 4 [%]

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• Mittlere Individuendichte nimmt

mit steigender

Phosphorkonzentration zu

(r = 0,119)

• Höhere Phosphorkonzentration

führt zu erhöhter Trophie im

Gewässer

• Mehr Nahrung liegt vor, von der

abwassertolerante

Insektenordnung der

Zweiflügler profitieren

</= 0,05 </= 0,1 </= 0,2 </= 0,3 > 0,3

Phosphor Gesamt [in mg/l]

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Mittl

ere

Ind

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nd

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kte

n [

Ind

./m

²]

Median

25%-75%

Mittlere Individuendichte Insekten [Ind./m2] – Phosphor Gesamt [mg/l]

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• Ausreißer bei </= 0,05 und >

0,3 mg/l

• Geringe Anzahl von

Stichproben (14 bzw. 30)

• Messung am Ende eines

Wasserkörpers

• Bestätigung des Umweltziels

der OGewV < 0,1 mg/l

• Relative Anteil der EPT liegt

im Median bei dieser

Konzentration am höchsten

• Abnahme mit steigender

Konzentration

</= 0,05 </= 0,1 </= 0,2 </= 0,3 > 0,3

Phosphor Gesamt [in mg/l]

0

10

20

30

40

50

60

Re

lati

ve

r A

nte

il d

er

EP

T [

in %

]

Median

25%-75%

Relativer Anteil EPT [%] – Phosphor Gesamt [mg/l]

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Diskussion

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Entwicklung der Güteklasse von 1970 bis 2016

Gewässergüte

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• Gewässergüteklasse hat sich in dem

Zeitraum von 1970 bis 2010 außerordentlich

verbessert

• Positive Entwicklung der Gewässergüte

haben einen signifikanten Effekt auf das

Insektenvorkommen –insbesondere sensible

Insektengruppen

• Durch deutliche Verbesserung der

Gewässergüte konnten bereits viele

Insektenarten die Bäche und Flüssen

wieder besiedeln

Entwicklung der Güteklasse von 1970 bis 2016

Gewässergüte

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Entwicklung der Lebensgemeinschaft des Rheins

Gewässergüte

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© Schöll et al. (2015)

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• Hypothese wird durch die Ergebnisse von Schöll et al. (2015)

bestätigt

• Deutlicher Anstieg der Insektenzahlen

• Trotz aller positiven Entwicklungen sind noch umfangreiche

strukturelle Verbesserungen notwendig

Entwicklung der Lebensgemeinschaft des Rheins

Gewässergüte

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Wichtigste Maßnahmen

• Bereitstellung von Flächen

• Entwicklung naturnaher

Gewässer (Ufer- und

Auenstrukturen)

• Wiederherstellung der linearen

Durchgängigkeit

Noch erforderlcihe Mittel: in etwa 550 Mio. € (HMUKLV 2015)

Maßnahmenprogramm WRRL Struktur & Durchgängigkeit

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Fazit

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Die hohe Abwasserbelastung führte in der Vergangenheit zu einem

unbemerkten sehr starken Insektensterben

Verbesserung der Gewässergüte führte seit Ende der 70er Jahre sukzessive

wieder zu einer deutlich höheren Artenvielfalt der aquatischen Insekten

Verbesserung der Struktur führt zu einer erhöhter Biodiversität

Bisherige Maßnahmen zum Erhalt der Artenvielfalt zeigen Wirkung

Weitere Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerstruktur (und zur

Minderung der stofflichen Belastung) werden eine weitere Zunahme der

Insekten bewirken

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Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit!