Aquatische Makrophyten in Hessischen Fließgewässern: Ihre Rolle Als Bewertungskomponenten Und Untersuchung Ihrer Vorkommen Anhand Von Nischenmodellierungen

Aquatische Makrophyten in hessischen Fließgewässern: Ihre Rolle als Bewertungskomponenten und Untersuchung ihrer Vorkommen anhand von Nischenmodellierungen - Diplomarbeit der Fachrichtung Biologie - angefertigt im Fachbereich Biologie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz vorgelegt von Benjamin Warnecke Mainz, Mai 2017 Diese Arbeit wurde durchgeführt am Institut für Organismische und Molekulare Evolutionsbiologie, Arbeitsgruppe Evolutionäre Ökologie 1. Gutachter: apl. Prof. Dr. rer. nat. Eva Maria Griebeler 2. Gutachter: apl. Prof. Dr. rer. nat. Gudrun Kadereit Johannes Gutenberg-Universität Mainz Fachbereich Biologie Saarstraße 21 55122 Mainz Für meinen Sohn Danksagung Frau Dr. Eva Maria Griebeler danke ich für die sehr gute Betreuung meiner Arbeit, Weiterentwicklung meines Themas und ihrer Bereitschaft, sich mit mir in die Welt der aquatischen Makrophyten zu begeben. Frau Dr. Gudrun Kadereit danke ich für die Übernahme der Zweitkorrektur und der Erkenntnis, dass Botanik durchaus Spaß macht. Bei Frau Dr. Mechthild Banning bedanke ich mich für die Bereitstellung des Themas, die tolle Betreuung vor Ort im HLNUG und ihrem ständigen Interesse an meinen Arbeitsfortschritten. Frau Elisabeth Schlag danke ich für ihre Hilfe den Amtsalltag acht Monate zu meistern. Herrn Rudolf Macal danke ich für die Unterstützung beim Erstellen der Verbreitungskarten. Dem gesamten Dezernat W1 am HLNUG danke ich für einen sehr angenehmen Arbeitsplatz für die Dauer meiner Arbeit. Ich bedanke mich bei Herrn Dr. Klaus van de Weyer für die Hilfe bei der Einarbeitung in das Thema Makrophyten und vor allem für den Crash-Kurs „Makrophytenkartierung: Erlernen in 30 Minuten“. Ganz besonders möchte ich meinen Eltern und meiner Schwester danken, die während meines gesamten Studiums hinter mir standen, mich unterstützt und bis zum Ende an mich geglaubt haben. Ich danke meiner kleinen Familie zu Hause. Meiner Freundin Kathrin für ihre Unterstützung, ihre Hilfe und ihr Verständnis und natürlich meinem Sohn Magnus. Dank dir war ich immer rechtzeitig zwischen vier und sieben Uhr morgens wach. Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis............................................................................................................... iii Tabellenverzeichnis .................................................................................................................... vi Zusammenfassung ...................................................................................................................... vii I Einleitung ....................................................................................................................................... 1 Ziel meiner Arbeit ......................................................................................................................... 8 II Material und Methoden ........................................................................................................ 9 1. Datengrundlage ................................................................................................................. 9 2. Probenerhebung .............................................................................................................. 10 3. Anwendung der Bewertungsverfahren Phylib und NRW-Verfahren ............ 12 4. Aufbereitung der Protokollparameter ..................................................................... 15 5. Statistische Auswertung ............................................................................................... 17 5.1 Zusammenhang von Häufigkeit und Deckungsgrad ......................................... 17 5.2 Zusammenhang zwischen der Sohlbeschattung und der Gesamtdeckung ....................................................................................................................................................... 19 5.3 Zusammenhang zwischen der Gesamtdeckung und den Strömungsverhältnissen ...................................................................................................... 20 5.4 Zusammenhang zwischen der Anzahl der Taxa und der Sohlbeschattung ....................................................................................................................................................... 20 5.5 Untersuchung der Umweltparameter für die Nischenmodellierung auf Unabhängigkeit durch Korrelationsanalysen ................................................................ 20 6. Nischenmodellierung mit MaxEnt ............................................................................. 21 6.1 Vorbereitung der Datensätze der sechs verwendeten Arten ......................... 23 6.2 Suche nach dem besten Modell ................................................................................. 24 6.3 Untersuchung der Varianz der Modelle durch bootstrapping......................... 26 6.4 Überprüfung der MaxEnt-Modelle durch eine „confusion-Matrix“ ................ 26 6.5 Anwendung der Nischenmodellierung auf unbekannte Habitate – potentielle Verbreitung der untersuchten Arten ......................................................... 28 6.6 Erstellung der Verbreitungskarten mit ArcView .................................................. 28 III Ergebnisse .............................................................................................................................. 30 1. Auswertung der Bewertungsverfahren ................................................................... 30 2. Ergebnisse der statistischen Untersuchungen ..................................................... 34 2.1 Zusammenhang zwischen der Häufigkeitsklasse und dem Deckungsgrad ....................................................................................................................................................... 34 2.2 Abhängigkeit der Gesamtdeckung von der Sohlbeschattung und den Strömungsverhältnissen ...................................................................................................... 36 i Inhaltsverzeichnis 2.3 Abhängigkeit der gefunden Artenanzahl von der Sohlbeschattung ............ 36 3. Nischenmodellierung ..................................................................................................... 37 3.1 Ergebnis der Korrelationsanalysen zur Überprüfung der Unabhängigkeit der Modellparameter ............................................................................................................. 37 3.1 Ergebnisse für die ACP-Modelle und die alternativen Modelle für die sechs untersuchten Arten ................................................................................................................ 39 3.2 Zusammenfassung der Ergebnisse aus den ACP-Modellen und den alternativen Modellen der sechs untersuchten Arten ............................................... 52 3.3 Ergebnis nach der Anwendung der confusion-Matrix auf die erstellten Modelle aller sechs Arten ..................................................................................................... 53 4. Verbreitungskarten für die prognostizierten Vorkommen anhand der MaxEnt- Modellierung für die sechs untersuchten Arten .............................................................. 61 IV Diskussion ................................................................................................................................ 70 1. Vergleich der Bewertungsverfahren ........................................................................ 70 2. Zusammenhang der beiden Schätzgrößen für die Abundanz ........................ 73 3. Abhängigkeit der Gesamtdeckung und der Artenanzahl von abiotischen Faktoren ......................................................................................................................................... 74 4. Nischenmodellierung ..................................................................................................... 77 V Literaturverzeichnis ............................................................................................................. 90 VI Anhang ......................................................................................................................................... ix VII Versicherung gemäß Paragraph 19, Absatz 6 der Diplomprüfungsordnung im Studiengang Biologie (2003) ........................... xxviii ii Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Makrophytenvorkommen in der Aar nähe Burg Hohenstein………………….……….7 Abbildung 2: Reduzierung der vierzehn Substratkategorien aus den Probenahmeprotokollen und Erstellung von fünf neuen Typen………………………………………….18 Abbildung 3: Bilder der sechs Arten für die die Nischenmodellierung durchgeführt wurde……………………………………………………………………………………………………………………………………22 Abbildung 4: Ergebniskurven für AUC-Wert und den Parameter ortho-Phosphat für die Art Fontinalis antipyretica aus MaxEnt mit und ohne bootstrapping……………………………….……….27 Abbildung 5: Darstellung der Vergabe von unterschiedlichen ÖZKs für die gleichen Messstellen durch Phylib und das NRW-Verfahren……………………………………………………………..32 Abbildung 6: Vergabe der ökologischen Zustandsklassen nach der Bewertung mit dem NRW-Verfahren, die eine Abweichung im Vergleich mit der Bewertung mit Phylib besaßen……………………………………………………………………………………………………………………….………33 Abbildung 7: Ergebnis der alternativen Bewertung mit Phylib, in der die Gewässertypen für 96 Messstellen anhand des Einzugsgebietes und des Fischregion-Index verändert wurden…………………………………………………………………………………………………………………………………34 Abbildung 8: Scatterplot der Spearman-Rangkorrelation und Boxplot des Kruskal-Wallis- Test für die

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