Ostsee-Makrozoobenthos- Klassifizierungssystem für die Wasserrahmenrichtlinie
Referenz-Artenlisten, Bewertungsmodell und Monitoring
Auftraggeber: Universität Rostock Institut für Aquatische Ökologie 18051 Rostock
Bearbeitung: MARILIM Gewässeruntersuchung Heinrich-Wöhlk-Straße 14 24232 Schönkirchen Dipl.-Biol. Th. Meyer, T. Berg, K. Fürhaupter
3. überarbeitete Fassung vom 20. Januar 2009 Leben wäre unerträglich, wenn Ereignisse zufällig und auf eine völlig unvorhersagbare Art und Weise eintreten würden. Andererseits wäre es uninteressant, wenn alles deterministisch und vollständig vorhersagbar wäre. Jedes Phänomen ist eine interessante Mischung aus beidem. Gerade diese macht das Leben kompliziert, aber nicht uninteressant
Frei nach Jerzy Neyman (1894-1981)
1 Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 2
Inhaltsverzeichnis
1 Overview 4
2 Einleitung 7
3 Grundlagen 8 3.1 Summarischer Überblick über das Bewertungsmodell ...... 8 3.2 Modularität des Bewertungsmodells ...... 9 3.3 Ökologisches Prinzip ...... 9 3.4 Grundsätzliche Probleme einer ökologischen Bewertung ...... 11
4 Typologie 12 4.1 Wassertypen und Wasserkörper ...... 12 4.2 Bewertungseinheiten ...... 12
5 Referenzartenlisten 15 5.1 Salzgehalt ...... 15 5.2 Substrat ...... 17 5.3 Zonierung ...... 17 5.4 Unterscheidung zwischen inneren und äußeren Gewässern ...... 17 5.5 Taxonomisch schwierige Taxa ...... 18 5.6 Überschneidungen in Referenzlisten ...... 20
6 Das Bewertungsmodell 21 6.1 Die Bewertungsindizes ...... 21 6.1.1 Artenvielfalt ...... 21 6.1.2 Abundanz ...... 27 6.1.3 Störungsempfindliche Taxa ...... 33 6.1.4 Tolerante Taxa ...... 39 6.2 Zusammensetzung zum MarBIT-Index ...... 43 6.2.1 Normierung der Klassen ...... 43 6.2.2 Ableitung des MarBIT-Index ...... 44
7 Interkalibrierung 46 7.1 Arten-Sensitivitäten ...... 46 7.2 Der dänische WRRL-Index ...... 46 7.2.1 Verhalten des dänischen Index ...... 47 7.2.2 Vergleich des dänischen Index mit MarBIT ...... 48
8 Monitoring 52 8.1 Richtlinien des Monitorings ...... 52 8.1.1 Räumliche Auflösung ...... 52 8.1.2 Vertikale Auflösung ...... 53 8.1.3 Zeitliche Auflösung ...... 54 8.1.4 Definition und Trennung der Habitate ...... 54 8.2 Bewertung der Wasserkörper mit MarBIT ...... 56 8.2.1 Habitatdominanzen ...... 56 8.2.2 Verschneidung der Bewertungen der Habitate ...... 57 8.2.3 Korrektur der Bewertung für unbesiedelte Bereiche ...... 59 8.2.4 Häufigkeit der Bewertungen ...... 60 Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 3
8.2.5 Verbleibende Probleme ...... 60 8.3 Praktische Probenahme ...... 61 8.3.1 Technik und Geräte ...... 61 8.3.2 Zu erfassende Parameter ...... 62 8.4 Taxonomie und Qualitätssicherung ...... 63 8.4.1 Taxonomische Auflösung ...... 64 8.4.2 Taxonomische Literatur ...... 64 8.5 Steckbriefe und Vorschlagsliste ...... 70 8.5.1 Innerste Gewässer ...... 71 8.5.2 Innere Gewässer ...... 72 8.5.3 Mittlere Gewässer ...... 74 8.5.4 Rügensche Gewässer ...... 75 8.5.5 Flussmündungen ...... 76 8.5.6 Buchten ...... 78 8.5.7 Darß bis Polen ...... 79 8.5.8 Mecklenburger Bucht ...... 81 8.5.9 Kieler Bucht ...... 82 8.5.10 Becken ...... 84 8.5.11 Flensburger Außenförde ...... 86
9 Literatur 87
A Referenzartenlisten 91
B Ökologische Literatur 125 Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 4
1 Overview
MarBIT is a multi-metric assessment system to rate the biological quality of macrozoobenthos communities in the German part of the Baltic Sea according to the requirements of the Water Framework Directive (WFD). The assessment system is based solely on ecological principles and gives an assessment according to the four metrics or criteria defined by the WFD: fauna composition, abundance, proportion of taxa sensitive to disturbance, and proportion of taxa that are pollution indicators. The approach uses a classification scheme with five classes, type or water body specific reference conditions, and is applicable to all habitats. The system defined three habitats: soft bottom, phytal, and hard bottom.
Reference conditions The reference conditions are based on the available knowledge on the autecology of the species living in the Baltic coastal communities. This knowledge was taken from an extensive review of scientific literature and both recent and historical monitoring data. All data have been verified and stored in a database uniformly. The environmental abiotic parameters along the German Baltic coast cover a very wide ran- ge of values. For example, salinity ranges from nearly zero in the inner waters to around 20 at the border to Denmark. Therefore a set of parameters is defined for each water body, that re- presents the range of abiotic parameters within the specified area. These parameters are mainly salinity, exposure, water depth, and substrate/habitat. Some areas require further restricting parameters to be fully defined. Subsequently, all taxa will be included in the reference species lists, when their autecology falls within the pre-defined ranges for the water bodies. Using this modelling approach, there are no artefacts from historical data sets or expert judgement.
The method The fundamental principle of the assessment system is the fact that biological sy- stems increase in complexity when they develop normally. On the other hand, disturbance from human activities reduces complexity. The four WFD metrics for the assessment of the ecological status are used to measure this complexity and thus give an estimation of the complexity as a substitue for the ecological status. This is the ecological endpoint used in the MarBIT system. Each of the four WFD metrics is represented by a separate index in the MarBIT system. Each index results in an estimation of the ecological status with respect to this metric alone and to the specific endpoint. The system is designed to minimise interference and redundancy of the metrics. Further, the indices try to use a maximum of information from the sample data. Most traditional indices work on aggregated sample information, like number of species, total abundance, or total biomass. This leads to a loss of information before the index is applied. The MarBIT system preserves information as long as possible by using indices that utilize the distribution of sample values over the given range. As an example, the calculation for the the index for fauna composition does not only take the number of species into account but also their taxonomical relationships.
Fauna composition Fauna composition is assessed using the newly developed taxonomic spread index (TSI). It works on the presence/absence of taxa from the reference species lists. Basically, all taxa found in a sample constitute a taxonomic tree where the species and higher taxonomic levels are related to each other. Starting from 0, each taxon present in a sample will increase the index value, if the taxon generates a new branch in the taxonomic tree. Thus, the TSI correlates with the number of taxa present. The amount, by which the index increases, de- pends on the taxonomic level of the corresponding taxon. A higher taxonomic level results in a larger addition. This calculation method means that the maximum value, the TSI can reach for Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 5 a sample is the TSI value of the reference species list, while the minimum value is 0 when no taxa are present. Higher taxonomic levels contribute a higher amount to the index because they normally mean the addition of a different functional group. These groups add more ecological value to the fauna community than just another species of the same genus, that shares most characteristics of the sibling taxa already present.
Abundance The abundance is assessed utilizing the distribution of the individual abundance values from the sampled taxa. For a benthic community that is controlled by a large amount of factors with a similar influence and no dominating factor, the abundances of the species tend to follow a log-normal distribution. This distribution is the reference value. The index is calculated as the amount by which the sample data derive from the log-normal model. This is done using the Lilliefors statistical test.
Sensitive taxa Taxa from the reference species lists that are sensitive to disturbance or polluti- on are identified using their known autecology. The proportion of these taxa with respect to the complete reference taxa list designates the reference conditions. The sensitive taxa are among the first to undergo a decline when environmental conditions worsen, because they have fe- west abilities to adapt to these changes quickly. Therefore a lesser fraction of sensitive taxa in the sample compared to the reference species list results in a lower index value. Derived from the normative definitions of the WFD for sensitive taxa, different fraction ranges are assigned to the various status classes.
Tolerant taxa Taxa from the reference species lists that are tolerant to disturbance or pollution are identified using their known autecology. The proportion of these taxa with respect to the complete reference taxa list designates the reference conditions. The tolerant taxa are the most abundant species along the German Baltic Coast and are present everywhere. They are capable of adapting to bad or changing environmental conditions quickly. A higher fraction of tolerant taxa in a sample compared to the reference conditions leads to a lower index value. Again, the class boundaries are derived from the normative definitions of the WFD.
Deriving the EQR Each of the four described indices yields a separate index value. Before deriving the EQR, these values are transformed to a standardised range from 0 to 1. This is done using a piecewise linear transformation and makes the indices comparable. After the transfor- mation all four indices have values between 0 and 1 and their class boundaries are normalised to 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, and 1 thus forming equally large classes. At this stage, all four ecological endpoints can be compared with each other and their various contributions to the EQR can be clearly seen. It is possible to deduce all ecological implications at this point. For the WFD reporting, one EQR value is needed. This is taken from the four individual in- dices by calculating the median value of the transformed indices. This median value represents the central tendency from all examined ecological aspects.
Class boundary setting The reference species lists provide the basis for the reference values of the three metrics for fauna composition, proportion of sensitive taxa, and proportion of tolerant taxa. The reference condition of the abundance is defined statistically by using the log-normal abundance distribution (see above sections). As far as possible, all class boundaries are derived statistically to ensure they are reliable. All boundaries are derived from the boundary between the good and moderate status class (GM boundary), since this is the most important boundary definition. At this GM boundary, Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 6 statistical significance must occur. This is ensured by statistical tests. All other boundaries are derived from the GM boundary and placed in accordance to the normative definitions of the WFD. Intercalibration has taken place to verify the placement of the boundaries and to compare the settings with other national assessment methods. This also included the selection of sensitive and tolerant taxa. Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 7
2 Einleitung
Die Wasserrahmenrichtlinie (EU-Richtlinie 2000/60/EC, kurz: WRRL) erfordert eine Bewertung der Oberflächengewässer auf ökologischer Grundlage (EUROPÄISCHE UNION 2001). Dazu sol- len leitbildorientierte Bewertungsverfahren entwickelt werden, die den ökologischen Zustand eines Gewässers und die bedeutenden Einflussfaktoren wiederspiegeln (NEHRING &LEUCHS 2001). Die Vorgaben der WRRL wurden in verschiedenen Gremien diskutiert (WORKING GROUP 2.4 – COAST 2003; WORKING GROUP 2A – ECOLOGICAL STATUS (ECOSTAT) 2003) und dar- aus Leitlinien zur Durchführung erarbeitet. Im Rahmen eines Auftrages des Landesamtes für Natur und Umwelt Schleswig-Holstein wurde 2005 ein Ansatz für ein Klassifizierungssystem des Makrozoobenthos der Ostsee erar- beitet (MEYER ET AL. 2005b), dass diese Bedingungen der Wasserrahmenrichtlinie erfüllen soll. Der Ansatz umfasst die ökologische Beschreibung der typspezifischen Referenzzustände, um- fangreiche Tests von Bewertungskriterien sowie ein Vorschlag für ein Bewertungssystem und einer Monitoring-Strategie. Das vorliegende Projekt dient der Weiterentwicklung des Ansatzes zu einem fertigen Be- wertungssystem. Es wird gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF-Förderkennzeichen: 0330678). Das Projekt ist in drei Teilprojekte gegliedert: 1. Erarbei- ten von Artenreferenzlisten, 2. Harmonisierung des Bewertungssystems, 3. Erarbeitung eines Steckbriefes und einer Handlungsanleitung für das Monitoring des Makrozoobenthos. Dieses Dokument beinhaltet die Ergebnisse der drei Teilprojekte für die biologische Quali- tätskomponente Makrozoobenthos. Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 8
3 Grundlagen
Der weiterentwickelte Ansatz basiert auf ökologischen Prinzipien bzw. Annahmen und bewer- tet die vier von der WRRL geforderten Kriterien:
. Abundanz . Artenvielfalt . Anteil störungsempfindlicher Arten . Anteil toleranter Arten (Verschmutzungszeiger)
Der Ansatz arbeitet mit einer fünfstufigen Bewertungsskala, enthält typspezifische Referenzbe- dingungen (Artenlisten) und ist grundsätzlich in allen Habitaten anwendbar. Der ökologische Grundsatz, auf dem die Bewertung beruht, ist dabei:
Ein Ökosystem strebt, wenn es sich ungestört entwickelt, zu immer höherer Komplexität.
Dieses Postulat findet allgemeine Anerkennung (BICK 1989; ODUM 1991) und es wird seit etwa 1949 versucht, den Zustand einer Biozönose statistisch zu beschreiben. Dabei wurde die Kom- plexität über die Diversität mit der Vorstellung erfasst (SIMPSON 1949), dass sich eine höhere Komplexität durch eine höhere Diversität auszeichnet. Dies beruht auf dem Grundgedanken, dass jeder Lebensraum besiedelt wird soweit es die natürlichen Ressourcen und Umweltbedin- gungen es erlauben. Je älter dabei ein Ökosystem ist, desto stärker haben sich die Arten dort spezialisieren bzw. eine Nische besetzen können. Die Bewertung ist deshalb als ein Verfahren anzusehen, dass diese Komplexität in Zahlen fasst und auf einer Skala quantifizierbar macht.
3.1 Summarischer Überblick über das Bewertungsmodell Das Modell charakterisiert anhand unterschiedlicher ökologischer Kriterien einer Makrozoo- benthos-Lebensgemeinschaft einen gemeinsamen Endpunkt. Dieser Endpunkt ist der ökologi- sche Zustand gemäß WRRL und entsprechend dessen Bewertung und Klassifizierung. Die vier verwendeten Kriterien sind: Artenvielfalt, Abundanz, störungsempfindliche Taxa sowie tole- rante Taxa. Um das Ziel der ökologischen Bewertung zu erreichen, müssen die Ergebnisse der einzelnen Kriterien eine Aussage bezüglich des Endpunktes erlauben. So muss z. B. das Krite- rium für die Artenvielfalt eine Aussage über den ökologischen Zustand in Bezug auf dessen Artenvielfalt ermöglichen. Jedes der vier Kriterien beleuchtet den Endpunkt aus einer anderen Perspektive und soll damit die Aussagekraft der Gesamteinschätzung erhöhen. Jedes der WRRL-Kriterien wird mit einem Index bewertet, der unabhängig von den ande- ren drei Kriterien arbeitet und damit zu minimaler Redundanz bzw. Überschneidung in der Bewertung führt. Die Abundanz wird anhand der Übereinstimmung mit einer log-normalen Abundanzverteilung bewertet. Diese gilt als Referenzzustand. Die Artenvielfalt wird über die taxonomische Spreizung (TSI,taxonomic spread index) bewertet. Dafür gibt es eine Referenz- artenliste, deren TSI-Wert als Referenzzustand gilt. Störungsempfindliche und tolerante Arten und werden über die Autökologie identifiziert. Ein definierter Anteil dieser Arten an der Re- ferenzartenliste, der von den normativen Bestimmungen in der WRRL abgeleitet ist, gilt als Referenzzustand. Jeder einzelne Index liefert einen Wert, der auf das Intervall zwischen 0 und 1 normiert wird. Der daraus abgeleitete WRRL-Index (vorläufig als MarBIT bezeichnet: „Marine Biotic In- dex Tool“) ergibt sich dann als der Median der Einzelwerte. Neben den Indizes sind die Referenzartenlisten ein integraler Bestandteil des Bewertungs- systems. Sie spiegeln die Autökologie der Ostseearten für jeden Gewässertypen (B1–B4) der Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 9
WRRL-Typologie wieder und sind nach den drei Habitaten Weichboden, Hartsubstrat und Phy- tal aufgegliedert. Das gesamte Untersuchungsgebiet ist in Bewertungseinheiten aufgeteilt, die sich jeweils aus einem oder mehreren Wasserkörpern zusammensetzen (vgl. MEYER ET AL. (2005a)). Die Waserkörper einer Bewertungseinheit besitzen jeweils die gleichen Referenzlisten.
3.2 Modularität des Bewertungsmodells Das Bewertungsmodell ist auf weitgehende Modularität ausgelegt. Das bedeutet, dass auf der Ebene der einzelnen Indizes Änderungen möglich sind, ohne das System unbrauchbar zu ma- chen. Da jeder Index vor der Interpretation und Zusammenführung normiert wird, kann ein anderer Index, der für andere Meeresgebiete oder Rahmenparameter besser geeignet ist, jeder- zeit einen vorhandenen Index ersetzen. Die Ergebnisse bleiben auch dann mit den vorherigen vergleichbar, sind aber zuverlässiger (vorausgesetzt, der neue Index ist nachweislich besser). Die übrigen Indizes behalten so ihre Gültigkeit, Aussagekraft und Vergleichbarkeit bei. Wenn eine andere Methode der Zusammenführung der Einzel-Indizes zu einem Gesamt- index gefunden wird, kann auch diese in gleicher Weise die jetzt bestehende ersetzen, da die Zusammenführung nicht abhängig ist von der Konstellation und Funktionsweise der Einzel- Indizes. Die Modularität bedeutet auch, dass jeder einzelne Index für sich bereits eine ökologische Aussage beinhaltet. Diese ist gültig für den jeweils beleuchteten Aspekt/Endpunkt des Gesamt- systems.
3.3 Ökologisches Prinzip Dem Bewertungsmodell liegt ein ökologisches Prinzip zugrunde, das auf dem Konzept der Le- bensstrategien beruht. Dieses Konzept teilt Arten in r- und k-Strategen ein. Beides sind Extreme in einem möglichen Kontinuum an ökologischen Strategien und im Bewertungsmodell wichtig für die Einteilung in tolerante und sensitive Taxa. Es soll daher im folgenden erläutert werden, was genau unter den beiden Strategien verstanden wird. Eine Artengemeinschaft besteht nicht ausschließlich aus Arten, die untereinander austausch- bar sind, so dass die bloße Zahl der Arten kein ausreichendes Maß für die Qualität der Biozö- nose ist. Vielmehr gibt es verschiedene Lebensstrategien, die sich aus der natürlichen Selektion ergeben. Dabei werden zwei Extreme unterschieden, die einander entgegengesetzt sind. Im all- gemeinen werden diese als r- und k-Strategie bezeichnet. Andere Bezeichnungen, die oft syn- onym für die r-Strategie benutzt werden, sind: Opportunist oder Kolonisierer (Erstbesiedler). Eine Lebensgemeinschaft aus k-Strategen wird hauptsächlich bestimmt durch zwischenartli- che Konkurrenz, äußere abiotische Faktoren spielen kaum eine Rolle. Im Gegensatz dazu spielt Konkurrenz bei einer r-Strategen-Gemeinschaft keine Rolle. Hier dominieren abiotische Fakto- ren. Die einzelnen Eigenschaften dieser zwei Extreme sind wie folgt (nach PIANKA (1970) und GRASSLE &GRASSLE (1974)): Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 10
Eigenschaft r-Strategie k-Strategie Sterblichkeit Dichte-unabhängig, oft ka- Dichte-abhängig tastrophal Populationsgröße zeitlich variabel und unge- relativ konstant, zeitlich ge- richtet, kein Equilibrium richtet, Equilibrium Entwicklung schnell, frühe Reprodukti- langsam, späte Reproduk- on, produziert viele Nach- tion, produziert wenige kommen, wechselnde Ent- Nachkommen, nur ein wicklungsmodi Entwicklungsmodus Lebensdauer kurz, meist < 1 Jahr lang, in der Regel > 1 Jahr Habitatwahl unspezifisch, variabel starke Einnischung Ernährung großes Nahrungsspek- oft spezialisiert auf eine trum und verschiedene Nahrung und mit nur einem Nahrungsmodi Nahrungsmodus Genetik genetisch variabel, anpas- genetisch konservativ sungsfähig Konkurrenzfähigkeit niedrig hoch Ziel hohe Produktivität (Nach- hohe Effizienz (Biomasse) kommen)
Keine dieser Eigenschaften macht allein die Strategie aus. Erst die Summe gibt den Ausschlag, eine Art einer der beiden Strategien zuzuordnen. Aus den genannten Eigenschaften lässt sich ein r-Stratege folgendermaßen beschreiben: Ein r-Stratege ist angepasst an kurzlebige, unvorhersehbare Habitate. Er besiedelt diese Ha- bitate schnell, reproduziert sich daraufhin zügig, um die neuen Ressourcen zu nutzen bevor andere, besser konkurrierende Arten, den Lebensraum erobern können. Dabei belegt er das Habitat fast ganz allein bis es keine günstigen Bedingungen mehr bietet. Aus dieser Beschreibung wird klar, dass ein r-Stratege nie dauerhaft ein Gebiet dominiert. Wenn das Habitat sich ungestört entwickelt, wird er von den k-Strategen auskonkurriert und ist dann nicht mehr dominant. Das bedeutet jedoch nicht, dass diese Arten in Equilibriumsphasen nicht vorkommen. Sie reagieren lediglich auf günstige Bedingungen mit dem beschriebenen Verhal- ten und sind ansonsten überall zu finden ohne jedoch zu dominieren. K-Strategen sind darauf spezialisiert, die Ressourcen ihrer Umgebung effizient auszunut- zen. Je mehr ein Ökosystem an Komplexität zunimmt, desto knapper werden diese Ressour- cen. Daher sind k-Strategen oft Nahrungsspezialisten. Viele Rote Liste-Arten sind k-Strategen, weil sie bei Störungen nicht flexibel reagieren können. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, Rote Liste-Arten als empfindliche Taxa im Sinne der WRRL einzustufen, sofern es sich nicht um Taxa handelt, die im betreffenden Gebiet ihre Verbreitungsgrenze erreichen. Mit diesem ökologischen Grundansatz können störungsempfindliche Arten von toleran- etn Ubiquisten unterschieden werden. Ein Lebensraum, der gestört ist, also aus dem Equili- briumszustand in einen variablen Zustand geworfen wird, tendiert zu einer Dominanz durch r-Strategen. Diese können den variablen Bedingungen durch ihre Lebensstrategie begegnen. Wenn die Störung abnimmt, in Frequenz oder Dauer, haben immer mehr k-Strategen die Mög- lichkeit, das Gebiet wiederzubesiedeln und sich dort zu reproduzieren. Sie beenden dann mit der Zeit die Dominanz der r-Strategen. Damit kann das Mengenverhältnis von k- und r-Strategen genutzt werden, um die ökologische Qualität einer Lebensgemeinschaft zu beurteilen. Genau dieses Prinzip findet sich in den normativen Bestimmungen der WRRL zu den einzelnen ökolo- gischen Zustandsklassen wieder (vgl. Abschnitt 6). Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 11
3.4 Grundsätzliche Probleme einer ökologischen Bewertung Die Grundidee der Bewertung ist einfach und leicht nachvollziehbar. Jeder der vier Aspekte der Lebensgemeinschaft wird analysiert und für sich bewertet. Am Ende werden alle Aspekte kombiniert und man erhält ein Endergebnis, das repräsentativ für die einzelnen Aspekte sein soll. Bei genauer Betrachtung der damit verbundenen zu messenden Parameter ergeben sich je- doch gerade in der Ostsee als einem sehr variablen und geologisch jungen Lebensraum (sowohl räumlich als auch zeitlich) Probleme. Typisch für biologische Bewertungen allgemein und besonders für Klassifizierungen ist das Problem, ein biologisches Kontinuum in diskrete Klassen aufzuteilen. Es gibt in der Regel keine ausreichend scharf definierten biologischen Grenzen, die als natürliche Klassengrenzen dienen könnten. Wir sind daher oft auf Expertenwissen oder -meinungen angewiesen. In diesem Be- wertungsmodell wurde der Weg gewählt, den normativen Begriffen der WRRL gerecht zu wer- den, die den Klassengrenzen zugrunde liegen. Dennoch gibt es eine Reihe von Unsicherheiten in der ökologischen Einordnung auf allen Ebenen vom Individuum über die Art bis hin zur Population und dem gesamten Makrozoobenthos. So gibt es bereits auf der Ebene der Individuen Unsicherheiten (wie z. B. das Verhalten eines einzelnen beobachteten oder gesammelten Tieres), die eine Einordnung in vorgegebene ökolo- gische Kategorien erschwert (z. B. Lebenstrategien, Ernährungsweisen, Anpassungsfähigkeit). Diese Einordnungen sind jedoch notwendig, um Habitate oder Lebensräume zu charakterisie- ren und voneinander abzugrenzen. Geht man von der Ebene der Individuen auf die Ebene der Population eines Taxons, dann beobachten wir schon eine größere Menge an Stabilität im durchschnittlichen Verhalten der Men- ge von Individuen, eben der Population als Ganzes. Es scheint eine Ordnung in der Unordnung zu geben. Diese Ordnung ermöglicht es, ökologische Angaben für ein Taxon zu machen, die durchschnittlich für alle Individuen gelten. In der Wahrscheinlichkeitstheorie werden solche Phänomene durch das „Gesetz der großen Zahl“ erklärt. Es besagt, dass die Unsicherheit im durchschnittlichen Verhalten von Individuen in einem System immer geringer wird je größer die Anzahl der Individuen ist. Damit erscheint das System dann im Ganzen als deterministisch. Dieses Prinzip wird im vorliegenden Bewertungsmodell ausgenutzt. Neben der Unsicherheit bzw. Zufälligkeit im Verhalten gibt es ein weiteres Hindernis bei der Interpretation beobachteter Daten. Dies ist die Mehrdeutigkeit bei der Identifizierung von Objekten (z. B. Taxa) als zu distinkten Kategorien gehörig. Dieses Problem wird umso größer, je weniger Taxa ein Lebensraum enthält, weil dann wenige Taxa den Ausschlag für die Bewer- tung geben. Daher wurden bestimmte Taxa im vorliegenden System zu höheren taxonomischen Einheiten zusammengefasst, um diese Schwierigkeiten einheitlich zu behandeln. Ein weiterer Punkt ist die Abgrenzung der Bezeichnung „Makrozoobenthos“. In der Re- gel wird eine Siebgröße von 0,5 oder 1 mm bei der Probenahme und -analyse eingesetzt. Diese beschränkt die Größe der bewerteten Individuen und nimmt damit eine willkürliche Katego- risierung vor. Damit fehlen alle Individuen, die kleiner sind als diese willkürliche Schranke. Dennoch tragen aber diese Tiere zur Abundanzverteilung der Biota im gesamten Lebensraum bei und sind Teil der vorgefundenen Biozönose. Damit gibt es neben der räumlichen Limitie- rung der Stichprobe aus der Grundgesamtheit auch noch die Größen-Limitierung der Unter- probe aus der tatsächlichen Population. Aufgabe des Bewertungsmodells ist es, trotz dieser Einschränkungen zu Aussagen zu kommen, die für gesamte Lebensgemeinschaft gelten. Andere, index-spezifische Probleme sind bei der Erläuterung der jeweiligen Indizes aufge- führt. Die meisten dieser Probleme entstehen aufgrund lückenhaften Wissens über die syste- maren Zusammenhänge und Interaktionen in der Lebensgemeinschaft. Dieses Projekt kann die Probleme nicht lösen, versucht jedoch, unter diesen Umständen auf eine vor allem praktikable Bewertungsmethode zu kommen. Ein gewisses Maß an Pragmatismus ist dabei unvermeidbar. Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 12
4 Typologie
4.1 Wassertypen und Wasserkörper Die erarbeiteten Artenreferenzlisten basieren auf der Typologie der Küstengewässer der Ostsee (REIMERS 2005; IFAÖ 2003; WEBER ET AL. 2002). Als wichtigster Parameter für die Aufteilung in Typen (und der Wasserkörper als Untereinheiten der Typen) ist in der Ostsee der Salzge- halt anzusehen. Er reicht für die äußeren Gewässer von ca. 20 an der Grenze zu Dänemark bis ca. 7 psu an der Grenze zu Polen. Die inneren Gewässer (Flussmündungen, Förden, Bodden) können Salzgehalte bis in den limnischen Bereich aufweisen (Abb. 1).
Abbildung 1 WRRL-Wassertypen der deutschen Ostseeküste. Die beiden gepunkteten Linien stellen Grenzen inner- halb des Typs B3 dar.
Die Salzgehalte (in psu) sind in den WRRL-Wassertypen folgendermaßen festgelegt:
B1 0,5–3 ( -oligohalin) und 3–5 (↵-oligohalin) B2 5–10 ( -mesohalin) und 10–18 (↵-mesohalin) B3 5–10 ( -mesohalin) und 10–18 (↵-mesohalin) B4 10–30 (↵-mesohalin und polyhalin)
Diese Einteilung wurde weiter verfeinert, um insgesamt 43 Wasserkörper entlang der deutschen Ostseeküste zu definieren (IFAÖ 2003). Die Aufteilung geschah z. B. nach Aspekten des Salzge- haltes und der Exposition. Auf der Ebene der Biozönosen sind die abiotischen Unterschiede jedoch oft kaum wahrnehmbar. So sind z. B. die Unterschiede zwischen dem Wasserkörper „Bülk“ (nordöstlicher Ausgang der Kieler Förde) und „Eckernförder Bucht Rand“ der gleich nördlich angrenzt, in den beiden Parametern Exposition und Salzgehalt nicht groß genug, um zwei klar voneinander abgrenzbare Artenlisten zu erhalten.
4.2 Bewertungseinheiten Für die Bewertung werden gut abgegrenzte Referenzartenlisten benötigt, die möglichst wenig Überschneidung im Arteninventar haben und dennoch eine ausreichende Differenzierung aller Gebiete ermöglichen ohne zuviel auf einmal zusammenzufassen und damit vorhandene Un- terschiede zu verwischen. Die vorhandenen Wasserkörper erfüllen diese Forderung aus den oben genannten Gründen nicht. Benachbarte Gebiete besitzen natürlicherweise ein hohes Maß Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 13 an Überschneidungen. Daher wurden geeignete Wasserkörper zu sogenannten Bewertungsein- heiten zusammengefasst. Dadurch werden Gebiete gebildet, die vom Arteninventar noch ver- gleichbar sind und daher gemeinsame Referenzlisten besitzen (Tab. 1 und Abb. 2). Damit gibt es definierte Gebiete, die sich in den abiotischen ökologischen Parametern deutlich unterscheiden und somit eine natürliche Einheit bilden. Dies erleichtert die Übersicht über die verschiede- nen Referenzlisten, da es nun statt 43 Listen (pro Wasserkörper eine Liste), die teilweise gleich sind, nur noch 11 unterschiedliche Listen gibt (pro Bewertungseinheit eine Liste gemeinsam für mehrere Wasserkörper). Die Bewertungseinheiten bilden Einheiten aus der Sicht der Referenzbedingungen und dienen der Zuordnung der korrekten Referenzlisten zu den entsprechenden Wasserkörpern.
Abbildung 2 Geographische Verteilung der Bewertungseinheiten. Diese setzen sich aus Wasserkörpern zusammen, die vergleichbare abiotische ökologische Parameter besitzen. Alle Wasserkörper einer Bewertungseinheit besitzen je- weils die gleiche Referenzartenliste.
Teilungen von Wasserkörpern Die vorgegebene WRRL-Typologie konnte in drei Fällen nicht für die Bewertung beibehalten werden. Aufgrund der bestehenden Salzgehaltsunterschiede wurden die Wasserkörper „mittlere Schlei“ und „Fehmarn Sund“ auf der Höhe von Missun- de bzw. an der Fehmarnsundbrücke geteilt. Der Wasserkörper „Fehmarn Belt“ (Außenküste Fehmarn) zeigt westlich und östlich des Fehmarnbelts bereits Unterschiede im Arteninventar und wurde daher auf der Höhe von Puttgarden geteilt.
Wasserkörper mit unsicherer Typologie Einige Gebiete sind nach unserer Auffassung nicht korrekt typisiert worden. Dies ist für die Bewertung kein Problem, da jeder Wasserkörper für die Bewertung einer passenden Bewertungseinheit zugeordnet wird, soll aber hier erwähnt werden. Die innere Schlei von Schleswig (inklusive der Noore) bis zur Stexwiger Enge ist in der WRRL-Typologie als B2-Gebiet geführt. Nach ihrem Salzgehalt ist das Gebiet jedoch ein B1-Gebiet. Die innere Flensburger Förde und die innere Kieler Förde gehören in der WRRL- Typologie zu B2, sind jedoch aufgrund ihres Arteninventars zu B3 zu rechnen. Das Gebiet der Maasholmer Enge (Schlei) ist als B2-Gebiet eingestuft, hat aber bereits viele Eigenschaf- ten eines B3-Gebietes. Die tiefen äußeren Teile der Wismarer Bucht sind tiefer als 15 Meter, aber nicht typisch oder repräsentativ für die Bucht als Ganzes. Die Wismarer Bucht ist in der WRRL- Typologie als B2-Gebiet eingestuft, die tiefen Bereiche sind jedoch als B3-Gebiet anzusehen. Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 14
Tabelle 1 Aufteilung des Untersuchungsgebietes in Bewertungseinheiten für die Referenzlisten. Die Wasserkörper in eckigen Klammern sind Gebiete, deren Zuordnung unsicher oder grenzwertig ist.
Name zugehörige WRRL-Wasserkörper innerste Gewässer innere Schlei + Ribnitzer See/Saaler Bodden + Kleines Haff [+ Peenestrom, Achter- wasser (hier nur das Achterwasser)] innere Gewässer mittlere Schlei (hier nur Stexwiger Enge bis Missunde) + Koppelstrom/Bodstedter Bodden + Kleiner Jasmunder Bodden [+ Peenestrom, Achterwasser (hier nur der Pee- nestrom)] mittlere Gewässer mittlere Schlei (Missunde bis Lindaunis) + Barther Bodden/Grabow Buchten Schleimünde + Orther Bucht [+ Wismarbucht, Nordteil + Wismarbucht, Südteil] + Wismarbucht, Salzhaff Flussmündungen Travemünde + Pötenitzer Wiek + untere Trave + Unterwarnow Rügensche Gewäs- Nord- und Westrügensche Bodden + Strelasund + Greifswalder Bodden ser Kieler Bucht Flensburger Innenförde + Geltinger Bucht + Außenschlei + Eckernförder Bucht Rand + Bülk + Kieler Innenförde + Probstei + Putlos + Fehmarn Sund (hier nur Westteil) + Fehmarn Belt Mecklenburger Fehmarn Sund (hier nur Ostteil) + Grömitz + Neustädter Bucht + südliche Bucht Mecklenburger Bucht/Travemünde bis Warnemünde + südliche Mecklenburger Bucht/Warnemünde bis Darß Darß bis Polen Prerowbucht/Darßer Ort bis Dornbusch + Nord- und Ostrügensche Gewässer + Pommersche Bucht Flensburger Förde Flensburger Außenförde Becken Eckernförder Bucht Tiefe + Kieler Außenförde + Hohwachter Bucht + Fehmarn Sund Ost Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 15
5 Referenzartenlisten
Die im Anhang A (ab Seite 91) aufgeführten Referenzlisten sind die Grundlage für die Bewer- tung der Ostseegewässer. Sie stellen den qualitativen Zustand dar, der aufgrund der Ökologie der Arten und der abiotischen Faktoren in den jeweiligen Gebieten vorkommen kann. Die Ar- tenlisten sind damit die potenziell maximal erreichbare Menge an Taxa, die ein Gebiet aufgrund der dort vorherrschenden ökologischen Bedingungen besiedeln kann. Die Referenzlisten sind damit ökologisch begründet und orientieren sich nicht an historischen Datensätzen oder rezen- tem Probenmaterial. Dies ist insofern von Vorteil, als dass umwelt- oder verschmutzungsbe- dingte Artefakte keinen Einfluss auf die Zusammensetzung der Listen hat, sofern die ökologi- schen Bedürfnisse der Arten gut genug bekannt sind. Die BfG-Datenbank ( ) der Autökologie der Nord- und Ostseetaxa bildete die ursprüngliche Grundlage für die ökologischen Daten der erfassten Taxa. Diese wurde für das vorliegende Projekt nochmals kritisch durchgesehen. Im vorangegangenen LANU-Projekt wurde die Autökologie der Arten damit bereits weitgehend ausgewertet (MEYER ET AL. 2005b). Darüberhinaus wurde eine umfangreiche Literaturrecher- che betrieben. Die vollständige Liste der benutzten Literatur ist im Anhang B wiedergegeben. Neben dieser Literatur wurden auch die Taxadaten von Monitoringprogrammen zu Rate gezo- gen, um auftretende Diskrepanzen in den ökologischen Zuordnungen aufzulösen. Die Listen wurden zusätzlich mit den Angaben in ZETTLER &RÖHNER (2004) und mit F. Gosselck (IfaÖ GmbH, Broderstorf) abgestimmt. Für einige Gebiete (Peenestrom, Achterwasser, Wismarbucht) war die Datenlage für die Er- stellung der Artenlisten dünn. Es wurde daher im Rahmen eines Zusatzprojektes versucht, die- se Datenlücken durch eine Probenahme im Auftrag des LUNG, Güstrow, zu schließen (MEYER ET AL. ). Die Ergebnisse zeigten, dass die Artenlisten berits bis auf wenige Taxa vollständig waren. Die Ergänzungen aus diesem Projekt sind bereits in die Referenzlisten im Anhang ein- geflossen. Alle Ökologiedaten der Taxa sind in der MarBIT-Datenbank gespeichert, die Teil eines WRRL- Bewertungstools ist, welches intern für die Analysen benutzt wurde. Für jede Bewertungsein- heit wurde ein Satz ökologischer Rahmenbedingungen festgelegt. Diese erlauben es, aus allen bekannten ökologischen Daten diejenigen Taxa herauszufiltern, welche diese Rahmenbedin- gungen erfüllen. Diese Auflistung der jeweils passenden Taxa stellt damit eine Referenzarten- liste dar. Die verwendeten Rahmenparameter sind Salzgehalt, Substrat, Zoniereung sowie die Unterscheidung zwischen inneren und äußeren Gewässern (Exposition). In den folgenden Ab- schnitten sind diese Parameter beschrieben.
5.1 Salzgehalt Der wesentliche Parameter zur Abgrenzung der Taxa in den einzelnen Referenzlisten ist der Salzgehalt. Für jede Art wurde aus der Literatur und der bekannten (historischen) geographi- schen Verbreitung ein Minimums- und Maximums-Salzgehalt ermittelt. Dabei ergab sich das Problem, dass diese autökologischen Salzgehalts-Grenzwerte oft mit den Salzgehaltsgrenzen zwischen den Wassertypen zusammenfallen (z. B. 5, 10, 18 psu). Um eine saubere Trennung der Listen zu erreichen, wurden die Maxima bei einigen Organismen dementsprechend angepasst. Dies ist nicht ökologisch begründet sondern sollte im Licht der späteren Bewertung gesehen werden. Es soll damit verhindert werden, dass ein Taxon, dessen obere Salzgehaltsgrenze z. B. bei 15 psu liegt, nicht einem Gebiet zugeordnet wird, dessen untere Grenze bei 15 psu liegt. (Da die Probenahmeorte in dem späteren Monitoring nicht in die Grenzbereiche der Salzgehalte gelegt werden sondern in das „ökologische Zentrum“, tritt dieses Grenzproblem in der Pra- xis nicht auf). Die Obergrenzen für die Salzgehalte der Referenzlisten wurden dazu ebenfalls Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 16
0 5 10 15 20 25 30 t sser ch ä sser sser ä ä e er Bu d g r ö t e Gew e Gew ten erste Gew er e ch er F ar ch g inn inn Bu mittler stu ecklenbur en sbur Ä M eler Bu Ki Flen Beck en d olen Bod bis P ß Dar
B1a B1b B2a B2b B3a B3b B4
Abbildung 3 Aufteilung der Referenzlisten anhand des Salzgehaltes. Am oberen Rand ist der Salzgehalt in psu dar- gestellt. Darunter sind die Salzgehaltsbereiche für die einzelnen Referenzen abgebildet. Am unteren Rand stehen die WRRL-Wassertypen (und Untertypen) mit ihren Salzgehaltsgrenzen, aus denen die Referenzen abgeleitet wurden. Die Farbgebung ist die gleiche wie in den Karten des Abschnittes 4. angepasst, indem sie immer 0,1 unterhalb der Grenzen der Wasserkörper liegen. In Abbildung 3 sind die gewählten Salzgehaltsgrenzen für jede Bewertungseinheit auf einer Skala von 0 bis 30 psu dargestellt. In den Typen B2 und B3 überlappen sich die Grenzen teilwei- se, da dort innere und äußere Gewässer unterschieden werden. Diese liegen teilweise in den gleichen Salzgehaltsbereichen. Die genauen Zahlen der Bereichsgrenzen sind jeweils bei den verschiedenen Referenzlisten im Anhang A angegeben. Die angegebenen Salzgehaltsgrenzen sind in folgender Hinsicht als Ausschlussgrenzen zu verstehen: Die Angabe von z. B. 10–14,9 psu für die Bewertungseinheit „Mecklenburger Bucht“ bedeutet, dass alle Taxa ausgeschlossen werden, deren Salzgehaltsmaximum unter 10 psu liegt oder deren Salzgehaltsminimum über 14,9 psu liegt. Eine Art, die bei einer Salinität von 5–20 vorkommt, wird daher z. B. in dieser Liste enthalten sein, eine Art mit einer Salinitätstoleranz von 15–24 psu dagegen nicht. Die Abbildung 4 zeigt die prinzipiell möglichen Salzgehaltsberei- che der Taxa und wann ein Taxon zu einer Liste gezählt wird. Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 17
10-14,9 15-17,9 Mecklenburger Bucht Kieler Bucht
1 2 3 4 5
Abbildung 4 Mögliche Salzgehaltsbereiche von Taxa und deren Zuordnung zu einer Referenzliste. Die Zahlenanga- ben sind die Salzgehaltsgrenzen (in psu) der beiden dargestellten Gebiete. Die Balken unten stellen hypothetische Taxa und deren ökologische Salzgehaltsgrenzen dar. Somit werden die Taxa 2, 3 und 4 zur Referenzliste für die Mecklenbur- ger Bucht gezählt, Taxa 4 und 5 gehören in die Liste der Kieler Bucht und Taxon 1 gehört auf keine der zwei Listen. Zu beachten ist, dass Taxon 4 zu beiden Listen gehört.
5.2 Substrat Die Referenzlisten beziehen sich jeweils auf ein Substrat. Es werden die drei Substrate Weich- boden, Phytal und Hartsubstrat unterschieden:
Weichboden Kies, Grobsand, Sand, Schlick Phytal Phytal (nur Epibenthos im Rotalgen-, Seegras- oder Fucus-Phytal) Hartsubstrat Felsen, Blöcke, Steine, Mergel, Holz, Miesmuscheln Eine exakte Definition und Abgrenzung dieser Habitate findet sich in Abschnitt 8.1.4. In jeder Bewertungseinheit gibt es damit jeweils drei verschiedene Referenzlisten, für jedes Substrat eine. Damit werden also verschiedene Habitate innerhalb des gleichen Gebietes unterschieden und entsprechend einzeln betrachtet und bewertet.
5.3 Zonierung Die Zonierung, also die vertikale Verbreitung, ist in der Ostsee wichtig, weil es einen vertikalen Salzgehalts- und Temperaturgradienten gibt. Die Typologie der WRRL enthält diesen Parameter ebenfalls und es wird dort eine Wassertiefe von 15 m als Grenze zwischen B3- und B4-Gebieten gesetzt. Dies wurde für die Referenzlisten übernommen. Damit ist dafür gesorgt, dass Taxa, die wegen der Brackwassersubmergenz in der Ostsee nur unterhalb dieser typischen sommer- lichen Temperatursprungschicht vorkommen, auch nur in den Listen der B4-Gebiete enthalten sind. Umgekehrt gibt es Taxa, die nur in seichten Gewässerteilen leben und daher nicht in den tiefen B4-Gebieten vorkommen. Auch diese Abgrenzung wird mit dem Parameter Zonierung ermöglicht.
5.4 Unterscheidung zwischen inneren und äußeren Gewässern In den Listen wird zwischen inneren und äußeren Gewässern unterschieden. Dies entspricht dem Vorgehen in der WRRL-Typologie und ist als ökologisches Merkmal zu werten. Die Unter- scheidung begründet sich vor allem im unterschiedlichen Verhalten von Salzgehalt und Tem- peratur in exponierten und geschützten Gebieten. So schwanken diese beiden Parameter in geschützen Gebieten (innere Gewässer) stärker als in exponierten Gebieten (äußere Gewäs- ser) und dies bedingt eine bessere Anpassungsfähigkeit von den dort lebenden Organismen (Abb. 5). Es gibt einige Arten, die nur in den inneren bzw. äußeren Gewässern vorkommen, ob- wohl sie aufgrund ihrer Salzgehaltstoleranz beide Gebiete besiedeln könnten. Diese Arten sind Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 18 Salzgehalt Temperatur
Frühjahr Sommer Herbst Winter
Abbildung 5 Schematische Darstellung des unterschiedlichen Verhaltens der abiotischen Parameter Salinität und Temperatur in exponierten, äußeren (rote Linie) und geschützten inneren Gewässern (grüne Linie).
„Grenzgänger“. Sie dürfen in den Referenzlisten, wo ihr Vorkommen grenzwertig ist, nicht als obligatorische störungsempfindliche Arten angesehen werden (vgl. Abschnitt 6.1.3), da ihr Feh- len ggf. nichts mit einer Störung zu tun hat. Z. B. kommt Saduria entomon nur in äußeren Gewässern vor, könnte jedoch von ihrer Salz- gehaltstoleranz (5-12 psu) theoretisch auch in den Bodden vorkommen. Wahrscheinlich ist hier die Temperaturpräferenz ausschlaggebend, da sie nur im Tiefen vorkommt (=kalt). Bylgides sar- si kommt nicht in der Bewertungseinheit „mittlere Gewässer“ vor, obwohl dies vom Salzgehalt her möglich wäre. Die Art geht in Mecklenburg-Vorpommern nicht in die inneren Gewässer (in Schleswig-Holstein tut sie es). Andere Beispiele für ein solches Verhalten sind Halicryptus spinulosus, Macoma balthica, Bathyporeia pelagica oder Pontoporeia affinis bzw. Pontoporeia femorata. Allerdings ist ein solches Verhalten nicht immer eindeutig. So sind Cyathura carinata und Manayunkia aestuarina zwar Arten, die in der Kieler und der Mecklenburger Bucht nicht in die äußeren Gewässer vordringen, an der Pommerschen Bucht jedoch auch außen gefunden wer- den. Cyathura carinata tritt in der B3-Liste der Mecklenburger Bucht auf, obwohl sie dort nicht überall gefunden wird. Daher wird sie dort nicht als obligatorische störungsempfindliche Art geführt, während dies in der Pommerschen Bucht der Fall ist. Andere Arten kommen sowohl in den inneren als auch den äußeren Gewässern vor, ab dem Darß bis zur polnischen Grenze jedoch nur noch in den äußeren Gewässern. Das sind Eteone longa, Arenicola marina, Blygides sarsi, Ampithoe rubricata, Calliopius laeviusculus und evtl. auch Praunus inermis. Diese Arten können so fälschlicherweise in bestimmten Listen auftauchen, ob- wohl sie dort eigentlich nicht vorkommen.
5.5 Taxonomisch schwierige Taxa Es gibt Tiergruppen, die schwierig zu bestimmen sind oder dies in der Vergangenheit waren (z. B. Chironomiden oder Pholoe). Andere Gruppen sind bisher in den üblichen Monitoring- verfahren nicht oder nur qualitativ erfasst worden (z. B. Oligochaeten, Hydrozoen, Schwämme oder Nudibranchia). Daher wurden bestimmte Tiergruppen in den Referenzlisten taxonomisch Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 19 zusammengefasst, um eine einheitliche Erfassung zu gewährleisten. Es gibt zur Zeit die folgen- den Sammeltaxa:
Gattung Alcyonidium: Alcyonidium gelatinosum, Alcyonidium hirsutum, Alcyonidium polyoum Gattung Ampharete: Ampharete acutifrons, Ampharete balthica, Ampharete finmarchica Gattung Aricidea: Aricidea cerrutii, Aricidea minuta, Aricidea suecica Gattung Callopora: Callopora aurita, Callopora lineata Gattung Capitella: Capitella capitata, Capitellides giardi Gattung Cerastoderma: Cerastoderma edule, Cerastoderma glaucum Familie Chironomidae: Chironomus halophilus, Chironomus plumosus, Chironomus salinarius, Clunio marinus, Halocladius braunsi Klasse Clitellata: Amphichaeta sannio, Clitellio arenarius, Glossiphonia complanata, Grania postclitellochaeta, Limnodrilus claparedianus, Limnodrilus hoffmeisteri, Limnodrilus udekemianus, Lumbricillus lineatus, Nais barbata, Nais elinguis, Paranais litoralis, Potamothrix hammoniensis, Psammoryctides barbatus, Stylaria lacustris, Tubifex costatus, Tubifex tubifex, Tubificoides benedeni, Tubificoides heterochaetus Klasse Hydrozoa: Clava multicornis, Cordylophora caspia, Coryne tubulosa, Dynamena pumila, Gonothyraea loveni, Halitholus yoldia-arcticae, Hydra fusca, Laomedea flexuosa, Obelia longissima, Opercularella lacerata Gattung Molgula: Molgula citrina, Molgula manhattensis Stamm Nemertini: Cephalothrix linearis, Lineus ruber, Malacobdella grossa, Prostoma obscurum Ordnung Nudibranchia: Acanthodoris pilosa, Adalaria proxima, Aeolidia papillosa, Cadlina laevis, Coryphella verrucosa, Facelina bostoniensis, Favorinus branchialis, Onchidoris muricata, Tenellia adspersa Gattung Nymphon: Nymphon brevirostre, Nymphon grossipes Gattung Pholoe: Pholoe assimilis, Pholoe balthica, Pholoe inornata Gattung Rissoa: Rissoa parva, Rissoa violacea Ordnung Sacoglossa: Alderia modesta, Elysia viridis, Limapontia capitata, Stiliger bellulus
Bei zwei Gruppen mussten diesbezüglich Zugeständnisse gemacht werden. Zum einen sind die zwei Taxa Capitella capitata und Capitellides giardi schwer zu trennen. Die Zusammenfas- sung zur nächsten höheren Gruppe, der Familie Capitellidae, ist jedoch nicht möglich, da dort auch Heteromastus filiformis eingeordnet wäre. Daher wurde Capitellides giardi für den Zweck der Zusammenfassung zur Gattung Capitella gerechnet. Dort wird die Art nach anderen Taxo- nomien auch eingeordnet (z. B. MarBEF). Zum anderen sind die in Formolproben nicht diffe- renzierbaren Nacktschnecken (in der Unterklasse Opisthobranchia) in zwei unterschiedlichen Ordnungen vertreten (Sacoglossa und Nudibranchia). Eine Zusammenfassung auf die nächst- höhere Ebene würde eine Zusammenlegung aller Gastropoda bedeuten. Dies ist natürlich nicht akzeptabel. Daher wurden die beiden Ordnungen als einzelne Zusammenfassungen beibehal- ten, obwohl deren taxonomische Trennung zweifelhaft ist. Dies muss in Zukunft noch abgeklärt werden. Für die Chironomiden und Oligochaeten ist die Zusammenfassung problematisch in B1- und B2-Gewässern. Besonders in B1-Gewässern stellen diese beiden Gruppen einen wesent- lichen Teil der gesamten Fauna dar, so dass dort eine Differenzierung in die einzelnen Arten wünschenswert ist. Zur Zeit ist die Bestimmung allerdings technisch aufwändig und es gibt keine allgemein anerkannten Schlüssel für die Ostsee. Künftige Entwicklungen auf diesem Ge- biet können jedoch jederzeit in das Modell integriert werden. Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 20
5.6 Überschneidungen in Referenzlisten Die Unterschiede zwischen dem Arteninventar der Wasserkörper Schleimünde, Orther Bucht und Wismarbucht-Salzhaff sind relativ gering. Alle diese Gebiete gehören zur Bewertungsein- heit „Buchten“. Es wurde in den Referenzlisten im Anhang (siehe Seite 91ff.) darauf verzichtet, für jedes dieser Gebiete eine eigene Liste anzulegen. Die bekannten Unterschiede sind:
Taxon Vorkommen Schlei Orther Bucht Salzhaff Alkmaria romijni + Asterias rubens ++ Balanus crenatus ++ Bittium reticulatum ++ Cerastoderma edule ++ Lagis koreni ++ Leptocheirus pilosus + Musculus discors + +? Sphaeroma hookeri + Sphaeroma rugicauda +
Für die Bewertung werden diese Unterschiede für jeden der drei Wasserkörper berücksichtigt.
Fortführung der Referenzlisten Es gibt Taxa, deren Autökologie nur unzureichend bekannt ist. Sie sind daher nur bedingt in eine oder mehrere der Referenzlisten einzubeziehen. Beispiele dafür sind Aeolidia papillosa, Acervochalina limbata oder zahlreiche Bryozoen-Arten. Die vorlie- genden Referenzlisten stellen lediglich den aktuellen Wissensstand dar und müssen ständiger Überprüfung und Anpassung unterliegen. Der hier wiedergegebene Stand ist trotz umfangrei- cher Überprüfungen als dynamisch anzusehen. Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 21
6 Das Bewertungsmodell
Das vorliegende Modell bewertet den ökologischen Zustand anhand von vier verschiedenen Kriterien: Artenvielfalt, Abundanzverteilung, Anteil störungsempfindlicher Taxa und Anteil toleranter Taxa (als Äquivalent zu Verschmutzungszeigern). Diese Kriterien sind in der WRRL aufgeführt, und über normative Begriffsbestimmungen wird ihnen eine Bedeutung für den ökologischen Zustand zugeschrieben. Diese normativen Begriffe sind im folgenden wiedergegeben:
Sehr guter Zustand Der Grad der Vielfalt und Abundanz der wirbellosen Taxa liegt in dem Bereich, der normalerweise bei Abwesenheit störender Einflüsse festzustellen ist. Alle stö- rungsempfindlichen Taxa, die bei Abwesenheit störender Einflüsse gegeben sind, sind vor- handen. Guter Zustand Der Grad der Vielfalt und Abundanz der wirbellosen Taxa liegt geringfügig außerhalb des Bereichs, der typspezifischen Bedingungen entspricht. Die meisten störungs- empfindlichen Taxa der typspezifischen Gemeinschaften sind vorhanden. Mäßiger Zustand Der Grad der Vielfalt und Abundanz der wirbellosen Taxa liegt mäßig au- ßerhalb des Bereichs, der typspezifischen Bedingungen entspricht. Es sind Taxa vorhanden, die auf Verschmutzung hindeuten. Viele störungsempfindliche Taxa der typspezifischen Gemeinschaften fehlen. Unbefriedigender Zustand Die wirbellose Fauna weist stärkere Veränderungen auf und die Biozönosen weichen erheblich von den typspezifischen Gemeinschaften ab. Schlechter Zustand Die wirbellose Fauna weist erhebliche Veränderungen auf und große Teile der Biozönosen der typspezifischen Gemeinschaften fehlen.
Jedes dieser Kriterien hat somit eine Aussagekraft bezüglich eines gemeinsamen Endpunktes. Der gemeinsame Endpunkt ist der ökologische Zustand des Gewässers. Die vier gewählten Kriterien geben verschiedene Teilaspekte in Bezug auf diesen Endpunkt wieder und haben für sich genommen damit einen Anteil an der Endaussage über den ökologischen Zustand. Wichtig hierbei ist, dass sich die Aussagen der Teilaspekte nicht oder möglichst wenig überschneiden. So soll eine Aussage über die Artenvielfalt nicht gleichzeitig etwas über die Abundanz oder den Anteil an sensitiven Arten aussagen. Eine solche Überschneidung würde bedeuten, dass eine Vermischung der einzelnen Teilaussagen zustande kommt und störende Redundanz generiert wird. Diese führt zu einer verschwommenen Aussage über den gemeinsamen Endpunkt. In den folgenden Abschnitten wird jedes der vier verwendeten Kriterien diskutiert und der zur Bewertung des Teilaspektes genutzte Index erläutert.
6.1 Die Bewertungsindizes 6.1.1 Artenvielfalt
Die WRRL enthält als ein Bewertungskriterium die Zusammensetzung der benthischen Fau- na (EUROPÄISCHE UNION 2001). Damit ist die Artenzusammensetzung gemeint. Diese wird hier als Artenvielfalt definiert und ist immer im Vergleich zum Referenzzustand zu sehen. Die Begriffe „Zusammensetzung“ bzw. „Artenvielfalt“ werden hier getrennt vom Begriff der Diver- sität benutzt, da Diversität immer auch die Abundanz mit einbezieht. Im Sinne der getrennten Beurteilung jedes Kriteriums ist das Heranziehen der Diversität jedoch nicht wünschenswert. Daher werden für die Beurteilung der Artenvielfalt/-zusammensetzung nur die qualitativen Daten, also die Anwesenheit bzw. Abwesenheit der Taxa, gewertet. Die Abundanz wird von einem separaten Index über die Abundanzverteilung erfasst und bewertet. Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 22
Im ersten Teilprojekt dieses BMBF-Projektes (MEYER ET AL. 2005a) wurden Artenreferenz- listen erstellt, welche die potentielle Artenzusammensetzung des Referenzzustandes beschrei- ben. Sie stellen damit die Grundlage für die Bewertung der Faunenzusammensetzung aktuel- ler Proben dar. Es ist nicht ohne weiteres möglich, den Arten der Referenzlisten Abundanzen zuzuordnen, um gleichzeitig die Diversitätsunterschiede zwischen dem heutigen und dem Re- ferenzzustand zu beurteilen. Es wäre anhand von historischen Proben jedoch möglich über die Stetigkeit der Taxa eine Unterscheidung in permanente und Gasttaxa zu vollziehen und dieses Attribut zur Bewertung mit heranzuziehen (vgl. auch die unterschiedliche Abundanzverteilung dieser zwei Gruppen in MAGURRAN &HENDERSON (2003)). Diese Unterscheidung ist zur Zeit im Modell nicht möglich, da es nicht genügend historische Datensätze aus dem WRRL-Gebiet gibt.
Die Artenzahl als Bewertungsparameter für die Artenvielfalt Das einfachste Maß für die Artenvielfalt ist die reine Zahl der Taxa in einem gegebenen Gebiet. Eine Probenahme ergibt jedoch immer nur eine Stichprobe und enthält nie das gesamte im Gebiet vorkommende Ar- teninventar. Daher muss ein Index, der die Artenvielfalt beurteilt, im Idealfall unempfindlich gegenüber diesem Probenahmefehler (sampling bias) sein. Die Artenzahl einer Probe fällt in der Regel geringer aus, als die tatsächlich vorhandene Ar- tenzahl im beprobten Gebiet. Die reine Anzahl der Taxa einer Probe mit einer anderen (oder einer Referenz) zu vergleichen, führt daher zu oft zu irreführenden Ergebnissen (GOTELLI & COLWELL 2001) oder ist nur bei sehr großen Unterschieden signifikant und damit aussagekräf- tig. Dann können aber geringe Veränderungen nicht mehr erkannt werden und die Sensitivität der Artenzahl als Bewertungsparameter würde erst bei einer ökonomisch unvertretbar hohen Probenzahl gegeben sein (Erreichen der asymptotischen Phase der Arten-Areal-Kurve). Dies ist in der offenen westlichen Ostsee erst bei etwa 70 Parallelproben der Fall (RUMOHR ET AL. 2001). Bei geringerer Probenzahl ist die Artenzahl eher ein Maßstab für die Taxadichte (Taxa pro Flächen- oder Probeneinheit) als ein Maß für die tatsächliche Artenvielfalt des Gebietes. Eine derart ermittelte Taxadichte basiert zusätzlich auf der Annahme, dass die Individuen der einzel- nen Taxa jeweils zufällig verteilt (Poisson-Verteilung der Individuen in den Proben) und deren Dichten ebenfalls vergleichbar sind. Nun hängt die gefundene Taxadichte aber von der Arten- vielfalt und der Individuendichte ab. Daher kann eine Gruppierung anhand der Artendichte andere Ergebnisse liefern als anhand der Artenvielfalt. Ein anderer Faktor, der in der deutschen Ostsee die Artenzahl beeinflusst ist der Salzge- halt. Während die Referenzlisten im Gebiet um Flensburg (an der Grenze zu Dänemark) bis zu 130 Taxa enthält (B4, Flensburger Förde, Weichboden), verringert sich die Artenzahl bis zum Kleinen Haff (an der polnischen Grenze) auf 31 Taxa (B1a, innerste Gewässer, Weichboden). Auch andere Studien haben diesen Zusammenhang untersucht (JOSEFSON &HANSEN 2004) und für die Ostsee eine positive Korrelation zwischen Artenvielfalt und Salzgehalt festgestellt. Dies entspricht dem bereits von REMANE &SCHLIEPER (1958) beschriebenen Verhalten und ist in der physiologischen Anpassungsfähigkeit der Organismen begründet. Bei einem Salzgehalt um 5 psu liegt das Minimum der Artenzahl. Dort können nur noch wenige tolerante marine Taxa und Süßwasserarten einwandern und die dort häufigen Salzgehaltsschwankungen phy- siologisch abpuffern. Aus diesen Gründen ist die reine Artenzahl als Kriterium für den ökologischen Zustand nicht geeignet. Sie kann lediglich einen Hilfsparameter darstellen, um eine gegebene Probe im Vergleich zu ihrem bekannten Arteninventar einzuordnen. Dies setzt jedoch entweder einen gleichbleibenden Probenahmeaufwand voraus, der die Vergleichbarkeit der Proben gewährlei- sten kann oder einen Haupt-Index, der unabhängig vom Probenahmeaufwand funktioniert. Ostsee-Makrozoobenthos – Klassifizierungssytem MARILIM Gewässeruntersuchung 23
Taxonomic distinctness + (Eine ausführlichere Beschreibung dieses Index findet sich im Be- richt für Teilprojekt 2). Die in der Voruntersuchung durchgeführten Tests (MEYER ET AL. 2005b) ergaben, dass alle klassischen Biodiversitätsindizes stark abhängig von Probengröße, Probe- nahmemethode, Habitattyp und -komplexität sind. Der Index, der die oben genannten Vor- aussetzungen am ehesten erfüllte, war die „taxonomic distinctness“ +, die von WARWICK & CLARKE (1995, CLARKE &WARWICK (1999) entwickelt wurde. Dieses Verfahren berücksich- tigt die Taxonomie einer Lebensgemeinschaft und diskriminiert damit verschiedene Taxa und Taxazusammensetzungen. Wir übersetzen den Begriff hier mit „taxonomischer Vielfalt“. Grundlage des Verfahrens ist die taxonomische Hierarchie aller gefundenen Taxa einer Pro- be. Die hier genutzte Hierarchie basiert hauptsächlich auf den Vorgaben des Bund-Länder- Messprogrammes und kann beim Bearbeiter angefordert werden (die Liste umfasst ca. 900 Arten mitsamt ihrer höheren taxonomischen Stufen (Gattung, Familie, Ordnung, Klasse und Stamm) und wurde daher nicht im Anhang abgedruckt). Die taxonomische Vielfalt ist nun die mittlere Länge des Weges zwischen zwei beliebigen Taxa der Probe entlang dieser Taxonomie. Damit ergibt sich ein Maß für den durchschnittlichen taxonomischen Abstand der jeweiligen Arten- gemeinschaft. Dieser taxonomische Abstand (entlang der Baumhierarchie) muss für jedes Ta- xonpaar bestimmt werden. Dazu wird jeweils das gemeinsame übergeordnete Taxon gesucht. Um zum Beispiel von der Schnecke Akera bullata zu Valvata piscinalis zu kommen, muss bis zur Klasse gegangen werden: Akera bullata Gattung Akera Familie Akeridae Ordnung Anaspidea Klasse Gastropoda Ordnung7! Heterostropha 7! Familie Valvatidae7! Gattung 7! 7! 7! 7! Valvata Valvata piscinalis. Jede der hier durchlaufenen taxonomischen Stufen bekommt nun eine Gewichtung,7! die im einfachsten Falle linear ist und höhere Taxa stärker gewichtet als nied- rige:
Stufe Gewichtung Individuen der gleichen Spezies 0 Spezies der gleichen Gattung 1 Spezies der gleichen Familie (verschiedener Gattungen) 2 Spezies der gleichen Ordnung (verschiedener Familien) 3 Spezies der gleichen Klasse (verschiedener Ordnungen) 4 Spezies des gleichen Stammes (verschiedener Klassen) 5 Spezies des gleichen Reiches (verschiedener Stämme) 6
Damit ist die Gewichtung des Pfades zwischen Akera bullata und Valvata piscinalis 4, da beide Taxa zur gleichen Klasse gehören. Wird nun diese Gewichtung über alle möglichen Taxa-Paare gemittelt, ergibt sich ein Bild, in dem eine größere taxonomische Streuung (viele verschiedene höhere Taxa) größere Werte ergibt. Wenn eine Probe jedoch eine dominante Tiergruppe besitzt, z. B. Polychaeten und kaum andere Taxa, verschiebt sich die taxonomische Vielfalt hin zu Wer- ten, welche die dominanten Taxa wiederspiegeln. + ist eine vereinfachte Form der taxonomischen Diversität und definiert als die durch- schnittliche gewichtete Pfadlänge zwischen zwei zufällig gewählten Taxa einer Probe: