Zeitliche Trends von Makroinvertebraten

METHODE

Kantonale Datensätze

Als Grundlage zur Auswahl der kantonalen Datensätze diente die Makroinvertebraten-Datenbank (MIDAT) des Schweizerischen Zentrums für die Kartografie der Fauna (SZKF/CSCF). In dieser Datenbank werden kantonale und nationale Makrozoobenthos-Daten zusammengetragen. Allerdings sind nicht alle Kantone in MIDAT vertreten. Zudem ist bei den kantonalen Datensätzen zu beachten, dass die Auswahl von Probenahmestandorten nach unterschiedlichen Kriterien erfolgt und über den Untersuchungszeitraum teils unterschiedliche Methoden zur Erfassung der Makroinvertebraten-Fauna angewandt wurden. Besonders vor 2010 waren die Beprobungsmethoden von Kanton zu Kanton sehr unterschiedlich. Seit den Jahren 2010/2011 wird in der Mehrheit der Kantone eine einheitliche Beprobungsmethode angewandt, die im Rahmen des Modul-Stufen-Konzepts (MSK) standardisiert wurde. Hierbei werden pro Gewässerabschnitt acht Mikrohabitate mit unterschiedlichen Substrattypen und Fliessgeschwindigkeiten mittels Kicknetz beprobt [7]. Im Folgenden wird diese Methode als MSK bezeichnet. Für die Analyse wurden nur kantonalen Datensätze ausgewählt, die die folgenden Kriterien erfüllten:

• Es musste eine mehrjährige Zeitreihe vorliegen.
• Informationen zu den Probenahmemethoden von Makroinvertebraten mussten vorhanden sein. Diese wurden aus Fragebögen des CSCF zu «kantonalen Untersuchungen des Makrozoobenthos in Oberflächengewässern» zusammengetragen oder bei den jeweiligen Ansprechpartnern der Kantone erfragt.
• Für eine bestimmte Beprobungsmethode mussten mehrere Probenahmestandorte vorhanden sein, die im mehrjährigen Untersuchungszeitraum mindestens zweimal beprobt wurden.
  
  

Diesen Kriterien entsprachen die Daten der Kantone Aargau, Jura, Luzern, Nidwalden, Obwalden, Schwyz, Uri, St. Gallen, Waadt, Wallis und Zürich. Die Kantone Nidwalden, Obwalden, Schwyz und Uri wurden als Innerschweizer Kantone zusammengefasst, da in diesen Kantonen die gleiche Methode in den gleichen Zeitabschnitten angewandt wurde. Standorte, die nur einmal im Folgejahr wieder beprobt wurden, wurden nicht berücksichtigt, um sehr kurze Zeitreihen zu vermeiden. Wenn in einem Kanton mehrmals die gleichen Standorte über den gesamten Zeitraum einer Methode beprobt wurden, beschränkte sich die Analyse auf diese Standorte, auch wenn dadurch einzelne Erhebungen wegfielen. Weiterhin ist zu beachten, dass sich die taxonomische Auflösung der Daten zwischen den Kantonen unterscheidet. In der Regel wurden die meisten Taxa nicht bis auf Artniveau bestimmt und die Auswahl der bis auf die Art bestimmten Taxa variierte zwischen den Kantonen und über die Zeit. Um die taxonomische Auflösung der Daten zu vereinheitlichen, wurden die Analysen daher auf Familien-Niveau durchgeführt. Allerdings ist auf diesem Niveau die Analyse ökologischer Merkmale schwierig [8]. Hier bietet sich jedoch der SPEAR_Pesticide-Index an, der auch auf Familien-Niveau nützliche Informationen liefert. SPEAR steht für «Species at Risk»; dieser Index teilt Taxa nach ihrer Empfindlichkeit gegenüber Pestiziden in sensitive und nicht-sensitive Taxa ein [9].

NATIONALE DATENSÄTZE

BDM

Das Biodiversitätsmonitoring Schweiz (BDM) umfasst 491 Probenahmestandorte, die in einem gleichmässigen Raster über die Schweiz verteilt sind. Das BDM deckt am Häufigsten kleine und mittelgrosse Gewässer der Flussordnungszahl 2 ab. Im BDM werden Makroinvertebraten jährlich seit 2010 nach dem MSK erhoben. Jedes Jahr wird ein Fünftel aller Probenahmestellen beprobt, d. h. jede Stelle wird nach fünf Jahren wieder beprobt. Für die Analyse standen Daten von 2010‒2019 zur Verfügung. Folglich wurden in diesem Zeitraum zweimal an jeder Probenahmestelle Makroinvertebraten aufgenommen [5]. In der Analyse wurden 438 Probenahmestellen berücksichtigt. Im BDM sind sowohl Informationen auf der Ebene von Makroinvertebraten-Familien also auch auf Artniveau für die Insektenordnungen Ephemeroptera, Plecoptera und Trichoptera (kurz EPT; Eintagsfliegen, Steinfliegen und Köcherfliegen) vorhanden. Daher konnte hier zusätzlich zur Analyse der zeitlichen Trends auf Familien-Niveau und der SPEAR_Pesticide-Sensitivität von Familien auch eine Auswertung auf Artniveau durchgeführt werden. Die zeitliche Entwicklung der Artenvielfalt der EPT wurde in der kollinen, montanen und subalpinen/alpinen Höhenstufen untersucht. Da fast alle EPT-Arten nach dem SPEAR-Index sensitiv auf Pestizide reagieren, erübrigte sich eine SPEAR-Analyse der EPT-Arten. Um zu analysieren, ob die zeitlichen Trends möglicherweise mit dem Klimawandel in Zusammenhang stehen, wurde die Temperatur-Präferenz der EPT-Arten untersucht. Die Arten wurden in warm- und kaltadaptierte sowie eurytherme Arten eingeteilt. Für methodische Details siehe [4].

NAWA

Zum Monitoring-Programm Nationale Beobachtung Oberflächengewässerqualität (NAWA) gehören 111 Probenahmestandorte [6]. Diese sind im Unterschied zum BDM nicht gleichmässig über die Schweiz verteilt, sondern befinden sich vor allem im Mittelland. Die Standorte wurden so ausgewählt, dass sie die verschiedenen Belastungszustände und Gewässertypen der Schweiz abbilden. Unbelastete Stellen sind unterrepräsentiert. So sind in diesem Monitoring-Programm kleine Fliessgewässer und Gewässeroberläufe mit der Flussordnungszahl 1 und 2 untervertreten, die jedoch 75% des Schweizer Fliessgewässernetztes ausmachen [10]. Von 2011 bis 2015 wurden jährlich Makroinvertebraten-Daten nach dem MSK erhoben. Die nächste Probenahme erfolgte nach vier Jahren im Jahr 2019. Auch in Zukunft sollen Daten im Vier-Jahres-Rhythmus aufgenommen werden. In der Analyse wurde der Zeitraum 2011‒2019 abgedeckt und nur solche Messstellen (20) berücksichtigt, die in jedem Aufnahmejahr, also 2011–2015 und 2019, beprobt wurden. Im Programm NAWA wurden Makroinvertebraten auf Familien-Niveau bestimmt [6].

RESULTATE

Im Allgemeinen war die Anzahl an Makroinvertebraten-Familien in den verschiedenen Kantonen stabil oder nahm mit der Zeit zu (Fig. 1, Tab. 1). In sechs der elf Kantone (Aargau, Luzern, St. Gallen, Waadt, Wallis, Zürich) wurden im jeweiligen Untersuchungszeitraum mehrere Beprobungsmethoden angewandt. Der Kanton Jura weist die längste Datenreihe auf, in der seit 1977 durchgehend dieselbe Methode angewandt wurde. Sie dient ab 2010 im Modul-Stufen-Konzept (MSK) als Standard. In allen übrigen Kantonen bis auf die Innerschweizer Kantone und Luzern wurde die Probenahmemethode des MSK 2010 oder 2011 eingeführt. Die Kantone Aargau, Jura, St. Gallen und Zürich zeigten ausschliesslich zunehmende Trends. Beim Kanton Aargau ist hierbei auffällig, dass unterschiedliche Beprobungsmethoden im Mittel zur gleichen Anzahl Familien im Jahr 2020 führen. Seit 1996 werden Totalabsuchungen, seit 2011 das MSK angewandt.

Im Kanton St. Gallen gab es nur wenige Probenahmestellen, die wiederholt beprobt wurden. Daher sind hier die Konfidenzintervalle und somit die Unsicherheiten der Muster gross. Beim Kanton Zürich ist auffallend, dass sich trotz des Methodenwechsels im Jahr 2011 der positive Trend, der seit 1995 zu beobachten ist, seit der Einführung des MSK nahezu lückenlos fortsetzt.

In den Innerschweizer Kantonen wird seit 2000 die DÜFUR-Methode (Dauerüberwachung der Fliessgewässer in den Urkantonen) angewandt. Hier gibt es wie für die erste Methode im Kanton Wallis einen stabilen Trend über die Zeit. Negative Trends treten nur in den Kantonen Luzern und Waadt auf. Im Kanton Luzern wird die DÜFUR- Methode seit 2000 angewandt, allerdings seit 2010 zusätzlich das Programm Biodiversität, dessen Daten einen positiven Trend verzeichnen.

Im Kanton Waadt wurden von 1990 bis 2018 drei verschiedene Methoden angewandt. In der ersten Phase und seit der Einführung des MSK ist der Trend positiv, während es im Zeitabschnitt dazwischen (2004 bis 2008) einen negativen Trend gibt.

Bei der Gegenüberstellung der zeitlichen Trends der Kantone mit den nationalen Datensätzen BDM und NAWA fällt auf, dass sich der häufigste Trend in den Kantonen auch auf nationaler Ebene widerspiegelt: Sowohl BDM als auch NAWA zeigen eine Zunahme an Makroinvertebraten-Familien über die Zeit (Fig. 2 a). Im Unterschied zu BDM und NAWA, die eine relativ kurze Zeitspanne von zehn bzw. neun Jahre umfassen, decken die kantonalen Daten längere Zeitabschnitte ab. Die höchste Anzahl an Familien wird im Kanton Zürich, gefolgt vom Kanton Aargau, erreicht. BDM und NAWA befinden sich im Mittelfeld, während die niedrigste Anzahl im Kanton Wallis und in den Innerschweizer Kantonen auftritt. Bei der SPEAR_Pesticide-Analyse sind die Trends der bezüglich SPEAR nicht-sensitiven (Fig. 2b) und sensitiven (Fig. 2c) Familien den Trends aller Makroinvertebraten-Familien (Fig. 2a) ähnlich. Bei den SPEAR-sensitiven Familien zeigen die meisten Kantone, BDM und NAWA einen geringeren Anstieg als die SPEAR-nicht-sensitiven. Ausserdem kommen SPEAR-nicht-sensitive Familien häufiger als SPEAR-sensitive Familien vor.

Auf Artniveau der EPT (Insektenordnungen Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera) des BDM-Datensatzes zeigte sich ein ähnliches Muster wie auf Familien-Niveau (Fig. 3). In der kollinen und subalpinen/alpinen Höhenstufe war der Trend über den Zeitraum 2010 bis 2019 stabil, während es in der montanen Stufe zu einer Zunahme der EPT-Arten mit der Zeit kam (Fig. 3 a–c). Warm-adaptierte EPT-Arten nahmen in der montanen und subalpinen/alpinen Stufe zu und zeigten einen stabilen Trend in der kollinen Stufe. Die Trends für kalt-adaptierte und eurytherme EPT waren über die Höhenstufen hinweg stabil (Fig. 3d-f).

Diskussion

Beim Vergleich der kantonalen und nationalen Daten zeigt sich insgesamt eine grosse Übereinstimmung in den zeitlichen Trends der Anzahl Familien von Makroinvertebraten und der EPT-Arten. So sind die kantonalen Trends bei der Anzahl Familien, die pro Probenahmestandort gefunden wurden, bis auf wenige Ausnahmen zunehmend oder stabil. Ebenso ist in den nationalen Datensätzen BDM und NAWA eine Zunahme der Anzahl an Familien über die Zeit zu verzeichnen. Auch auf Art-Ebene der EPT findet man im BDM über alle Höhenstufen stabile oder zunehmende Trends [4].

Die kantonalen Datensätze sind sehr heterogen, sowohl was die Auswahl der Probenahmestellen angeht, die je nach Kanton nach unterschiedlichen Kriterien erfolgte (e. g. [11–13]), als auch die Beprobungsmethoden vor Einführung des MSK. Da die Analyse der kantonalen Datensätze ausserdem nur auf Familien-Niveau möglich war und dennoch vorwiegend stabile und zunehmende Trends gefunden wurden, ist davon auszugehen, dass es sich um robuste Ergebnisse handelt. Eine Einschätzung über die zeitliche Entwicklung seltener Arten lässt sich mit diesen Daten allerdings nicht vornehmen. Gründe für die generelle Zunahme der Anzahl an Familien pro Stelle könnte zum einen die Klimaerwärmung und zum anderen eine verbesserte Wasserqualität sein [14]. So könnten warm-adaptierte Makroinvertebraten vom Temperaturanstieg von ca. 1,5 °C in den letzten 20 Jahren profitieren [15]. Zudem nahm vor allem die Anzahl der Familien zu, die nach dem SPEAR_Pesticide-Index als nicht-sensitiv eingeteilt wurden. Bei Pestiziden ist bisher keine Aussage über eine mögliche Verbesserung in den Gewässern möglich. Allerdings hat die organische Belastung der Schweizer Gewässer seit den 1980er- und 90er-Jahren durch ein verbessertes Abwassernetz und modernisierte Abwassereinigungsanlagen abgenommen, was sich ebenfalls positiv auf die Vielfalt von Makroinvertebraten auswirken könnte [14]. Bei den zeitlichen Trends der Kantone fällt auf, dass die höchste Anzahl an Familien bei zwei Mittellandkantonen – Aargau und Zürich – auftritt und die niedrigste Anzahl in den Innerschweizer Kantonen und im Wallis. Der Grund für diesen Unterschied dürfte mit der biogeographischen Lage und den unterschiedlichen klimatischen Bedingungen zusammenhängen. So weisen alpinere Lagen eine geringere Anzahl an Familien auf. Ein weiterer Grund für Unterschiede zwischen den Kantonen liegt zum anderen bei der Anwendung unterschiedlicher Probenahmemethoden vor Einführung des MSK. Im Kanton Aargau wurde mittels Totalabsuchungen schon zu Beginn der Zeitreihe im Vergleich mit den anderen Kantonen die grösste Anzahl an Familien erreicht. Bei dieser Methode wird im Unterschied zum MSK so lange beprobt, bis keine weiteren Taxa mehr zu erwarten sind. Im Gegensatz dazu ist die Anzahl an Familien im Programm DÜFUR, das in den Innerschweizer Kantonen angewandt wird, geringer. Hier werden pro Probenahmestelle an drei Stellen Teilproben genommen. Besonders der Kanton Luzern zeigt, wie sehr die beobachteten Trends von der Probenahmemethode abhängig sind: Während das Programm DÜFUR einen abnehmenden Trend zeigt, ist der Trend im Programm Biodiversität, in dem ähnlich wie im Kanton Aargau Totalabsuchungen durchgeführt werden, positiv. Daher sollten die gefundenen Trends in den Kantonen nicht überinterpretiert werden. Ausserdem ist generell Vorsicht bei kurzen Zeitreihen geboten, wie z. B. im Kanton Waadt im Zeitabschnitt von 2004 bis 2008, in dem acht Habitate pro Probenahmestelle aufgenommen wurden und ein negativer Trend in der Anzahl an Makroinvertebraten-Familien auffällt. Bei solch kurzen Zeitreihen können Unterschiede zwischen den Jahren eine grosse Rolle spielen, sodass die gefundenen Muster zufällig zustande kommen können und keine echten Trends widerspiegeln. Ausserdem ist besonders bei kurzen Zeitreihen, wie bei BDM und NAWA, das Problem der Shifting Baseline zu beachten [16]. Laut Literatur sollte eine Zeitreihe mindestens zehn verschiedene Zeitpunkte umfassen [16].

Die Analyse zeitlicher Trends auf der groben taxonomischen Ebene der Familie hat auch Nachteile. So muss über die Ursachen der Trends spekuliert werden, weil die verschiedenen Arten einer Familie sehr unterschiedliche ökologische Eigenschaften haben können [14]. Eine Zunahme der Anzahl an Familien bedeutet nicht zwangsläufig, dass sich der ökologische Zustand der Gewässer verbessert hat. So könnte die Zunahme auch ein Hinweis sein, dass im Laufe der Zeit an immer mehr Standorten dieselben Familien gefunden werden, was eine Homogenisierung der Fauna bedeuten würde [17]. Für tiefergehende Analysen braucht es Daten auf Artniveau. Dies war bei den EPT des BDM möglich und erlaubte eine Einteilung nach ökologischen Präferenzen [4]. Hier nahmen warm-adaptierte Arten in der montanen und subalpinen und alpinen Stufe mit der Zeit zu. Dies deutet wahrscheinlich darauf hin, dass diese Arten von der Klimaerwärmung profitieren und sich in höhere Lagen ausbreiten [4, 18]. Andererseits zeigten kalt-adaptierten Arten bisher keine Abnahme. Obwohl die Trends bei kalt-adaptierten Arten zurzeit stabil sind, könnte es sich hier um einen Übergangszustand handeln. Eine weitere Erwärmung könnte eine Abnahme von Populationen kalt-adaptierter Arten zur Folge haben [4]. Um hierzu Aussagen treffen zu können, sind allerdings Informationen zur Individuenzahl und Biomasse der einzelnen Arten notwendig.

Zusammenfassend lässt sich mit den vorhandenen Daten sagen, dass die lokale Vielfalt an Makroinvertebraten in der Schweiz in den letzten Jahrzehnten zugenommen hat, und zwar sowohl auf kantonaler wie auch nationaler Ebene und sowohl auf Familien- und für EPT-Taxa auf Art-Niveau.

SCHLUSSFOLGERUNG

Für die Analyse der zeitlichen Entwicklung von Makroinvertebraten in der Schweiz sind kantonale Daten von grosser Bedeutung, da die kantonalen Zeitreihen viel weiter zurückreichen als die der nationalen Monitoringprogramme. Eine einheitliche Probenahmemethode, wie sie im MSK erarbeitet wurde und eine zentrale Archivierung der Daten in der MIDAT-Datenbank sind wichtige Voraussetzungen für die Verfügbarkeit und Vergleichbarkeit der Daten. Es ist daher wünschenswert, wenn in Zukunft die Daten aller Kantone einheitlich erhoben und zentral gespeichert werden. Für tiefergehende Analysen wären zudem vergleichbare Daten auf Artniveau wichtig. Dazu braucht es eine einheitliche und aktualisierte Taxaliste. Letztendlich müssten Informationen zu Abundanz und Biomasse der Makroinvertebraten zur Verfügung stehen, um genauere Aussagen über die Ursachen der gefundenen Trends zu machen. Ein erster Schritt in diese Richtung ist bereits erfolgt: So sieht die 2019 aktualisierte MSK-Methode, die bereits im BDM und ab 2023 auch im Monitoring-Programm NAWA eingesetzt wird, eine Schätzung der Anzahl Individuen anstelle von Abundanzklassen vor [6, 15].

Bibliographie

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