F.1 Bioindikatoren zur Beurteilung von Immissionen

Bearbeitungsstand: 11/2017

 

Einführung: Bioindikatoren und Biomonitoring

Bioindikatoren sind pflanzliche oder tierische Organismen (oder Organismengemeinschaften), die zur Erfassung der Schadstoffbelastungen von Ökosystemen geeignet sind. Sie geben Hinweise auf die Wirkungen von Schadstoffimmissionen - sie dienen dagegen nicht der Messung von Immissionen. Chemisch-physikalische Messtechniken und die Nutzung lebender Indikatoren zur Überwachung von Schadstoffbelastungen ergänzen sich also gegenseitig; sie können sich nicht ersetzen.

Der systematische Einsatz von Bioindikatoren zur Umweltbeobachtung im Rahmen zeitlicher und räumlicher Konzepte wird auch als Biomonitoring bezeichnet. Die Ergebnisse können in räumlichen »Wirkungskatastern« dargestellt werden. Die Ergebnisse systematischer chemisch-physikalischer Analysen werden in »Immissionskatastern« abgebildet.

Im Gegensatz zu physikalisch-chemischen Einzelmessungen, die in der Regel auf Stichproben begrenzt und nur auf wenige Einzelstoffe ausgerichtet sind, bilden Bioindikatoren den summarischen Einfluss verschiedenster Stoffe über eine größere Zeitspanne (die Lebens- oder Expositionsdauer der Organismen) ab. Sie lassen andererseits keine exakten Rückschlüsse auf Einzelfaktoren zu. Außerdem ist die Wirkung stofflicher Belastungen oft sehr schwer von der Wirkung andersartiger Eingriffe in Ökosysteme zu unterscheiden (z.B. Nutzungs- oder Klimaänderungen).

Die Reaktionen von Organismen auf Schadstoffbelastungen sind vielfältig:

  • biochemische und physiologische Reaktionen
  • Veränderungen der Gestalt oder des Verhaltens
  • Verschwinden oder Hinzukommen von Arten
  • Änderung der Struktur von Tier- und Pflanzengesellschaften.

Demgemäss lassen sich Bioindikatoren verschiedenen Typengruppen zuordnen:

  • Zeigerarten geben durch ihr Vorkommen oder Fehlen Hinweise auf die Intensität oder das Wirken ökologisch relevanter Faktoren (z.B. zeigen Flechten oder Moose die örtlichen Lufthygiene- und Klimaverhältnisse an; Wasserpflanzen und Wassertiere die Gewässergüte; Pflanzen, Käfer, Schnecken etc. die Bodenstandortverhältnisse).
  • Monitorarten werden zur qualitativen und quantitativen Erfassung spezieller Schadstoffe eingesetzt. Sie werden entweder dem zu untersuchenden Ökosystem entnommen oder in standardisierten Verfahren hinzugefügt (exponiert). Bei Akkumulationsindikatoren werden Anlagerungen oder Anreicherungen von Schadstoffen analysiert (z.B. Kohlsorten und Grasarten für Luftschadstoffe; Flechten für radioaktive Immissionen; Wasserpflanzen, Fische und Wasserschnecken für Schwermetalle oder chlorierte Kohlenwasserstoffe in Gewässern; Käfer oder Regenwürmer für Schwermetalle im Boden; menschliche Gewebe oder Ausscheidungen für vielfältige Gefahrstoffe: »Human-Biomonitoring«). Wirkungs- oder Reaktionsindikatoren weisen durch schadstoffspezifische Reaktionen auf Art und Konzentration bestimmter Schadstoffe hin (z.B. Flechten oder Waldbäume auf komplexe Luftschadstoffe, Tabak oder Spinat auf Ozon).
  • Testorganismen werden zur toxikologischen Prüfung von Schadstoffen experimentell eingesetzt. Das Spektrum reicht von Bakterien und Pflanzen über Wasserflöhe oder Fische bis hin zu Säugetieren.

 

Flechtenkartierung

Eignung von Flechten für die Bioindikation

Zur Beurteilung der Luftqualität eines Gebietes können neben Schadstoffmessungen Bioindikatoren herangezogen werden. In besonderer Weise sind dazu Flechten geeignet. Ein Grund dafür ist beispielsweise, dass Flechten auch im Winter stoffwechselaktiv sind, so dass auch die winterliche Belastung der Luft mit Schadstoffen (z. B. vermehrte Heizung) mit berücksichtigt wird. Flechten repräsentieren die Wirkung der Luftschadstoffe, ermöglichen jedoch keine Konzentrationsangaben bestimmter Schadstoffe. Zur bioindikatorischen Nutzung von Flechten gibt es verschiedene Methoden.

Luftbelastung in Gütersloh 2004 und 2016
ermittelt mit epiphytischen Flechten und Moosen als Bioindikatoren

Zusammenfassung

Im Auftrag der Stadtverwaltung Gütersloh wurde im Herbst 2016 eine standardisierte Kartierung von epiphytischen Moosen und Flechten im Stadtgebiet von Gütersloh durchgeführt. Ziel war die Ermittlung der Luftgüte anhand der räumlichen Variabilität der Diversität dieser empfindlichen Monitororganismen und ein Vergleich mit den Ergebnissen einer entsprechenden Erhebung im Jahr 2004.

Das Artenspektrum der an den nach strengen Kriterien ausgewählten Bäumen nachgewiesenen Moose und Flechten ist seit 2004 zwar reichhaltiger geworden, aber erheblich von eutrophierungstoleranten Arten geprägt. Die Erholung der Flechtenvegetation und auch die Zunahme von Flechtenarten, die vom aktuellen Klimawandel profitieren, folgen dem landesweiten Trend.

Die Luftgütekarte nach VDI 3957 Blatt 13 weist Gütersloh als ein Gebiet mit überwiegend mäßiger Luftgüte (Güteklasse 3) und mäßigem bis sehr starkem Eutrophierungseinfluss aus. Die signifikante Zunahme der Referenzarten wird hinsichtlich ihres Beitrags zur Luftgütebewertung durch die ebenfalls häufiger gewordenen Eutrophierungszeiger kompensiert. Damit hat sich die Gesamtbewertung seit 2004 kaum verändert. Der Eutrophierungseinfluss gemäß VDI 3957 Blatt 13 ist sogar gestiegen. Beim Vergleich der Ergebnisse mit der einer fast gleichzeitigen Flechtenerhebung in Düsseldorf wird erkennbar, dass der Eutrophierungseinfluss auf die Natur in Gütersloh sogar stärker ist als in der Großstadt am Rhein. Diese Beobachtung wird durch die punktgenau modellierten Daten des Umweltbundesamtes zur Stickstoff-Hintergrundbelastung in Deutschland bestätigt.



Verkehrsreiche Standorte sind arm an epiphytischen Flechten. Eine verkehrsbezogene Luftgütekarte auf Grundlage der Häufigkeit von Phaeophyscia-Flechtenarten zeigt die Wirkungen des Verkehrs auf die Flechtenvegetation im unmittelbaren Nahbereich der Straße.

Gütersloh weist zwar eine schwach ausgeprägte zentrale Wärmeinsel mit einer Temperaturdifferenz von rund 2,5 bis 3 Kelvin auf, doch die Häufigkeitsverteilung der Arten folgt nicht dem andernorts üblichen Muster, nach dem diese zum relativ trockenen Stadtzentrum hin seltener werden müssten. Stattdessen befinden sich die UTM-Rasterquadrate mit den meisten Moos- und Flechtenarten innerhalb des Stadtgebietes, und auch die Häufigkeit der Arten mit hoher Begleitartenzahl ist positiv mit der relativen Nachttemperatur korreliert. Aufgrund der räumlichen Verteilung der Artenvielfalt und Frequenzsumme eutrophierungstoleranter Flechten wird als Erklärung für diese Beobachtung angenommen, dass sich in den Siedlungsgebieten um die Stadtmitte herum die negativen Wirkungen eutrophierender Luftschadstoffe aus dem Umland (Landwirtschaft) und dem Verkehrssektor (Innenstadt, Autobahn) addieren.

Sowohl die Anzahl als auch die Häufigkeit so genannter Klimawandelzeigerarten gemäß VDI 3957 Blatt 20 hat seit 2004 statistisch hochsignifikant zugenommen und gilt als ein Beleg für Wirkungen des aktuellen Klimawandels auf die Natur in Gütersloh.
Die Handlungsempfehlungen beinhalten Maßnahmen zur Reduktion der Wirkungen des motorisierten Verkehrs und zur Minderung negativer Wirkungen auf das Stadtklima sowie zur langfristigen Anpassung der Stadt bzw. der Stadtnatur an das sich ändernde Klima.

Das gesamte Gutachten und ältere Untersuchungen entnehmen Sie den angefügten PDF-Dateien:

Luftbelastung in Gütersloh 2004 und 2016
ermittelt mit epiphytischen Flechten und Moosen als Bioindikatoren (Stapper 2016)

Luftbelastung in Gütersloh 2004 ermittelt mit epiphytischen Flechten und Moosen als Bioindikatoren (Stapper 2004)

Ergebnisse der Gutachten zur Luftgüte im Stadtgebiet von Gütersloh 1985-88

Ergebnisse der Gutachten zur Grünkohluntersuchung 1992/93 und Grünlandaufwuchsuntersuchung 1998

Stadt Gütersloh, Fachbereich Umweltschutz; Letzte Änderung: 30.11.2017