*III-2: Bioindikationsmethoden, passive Verfahren - Zoologie

Enchytraeen (Oligochaeta) als Bioindikatoren J6rg R6mbke

ECT ()kotoxikologie GmbH, Sulzbacherstraf~e 15-21, D-65812 Bad Soden

1 Einleitung

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Wie die Regenwfirmer geh6ren Enchytraeen - klein (1-30 mm), meist weif~lich geffirbt - z u den Ringelwiir- mern (Oligochaeta, Annelida). Sie sind mit mindestens 400 Arten weltweit verbreitet, wobei die taxonomische Bear- beitung dieser Tiere augerhalb Nord- und Mittel-Europas v611ig unzureichend ist. Auf~er in marinen und limnischen Sedimenten sind Enchytraeen in den meisten nicht zu trockenen B6den zu finden (PETERSEN & LUXTON 1982). Die Zahl der an einem Standort vorkommenden Arten schwankt zwischen 3 bis 30, wobei selten mehr als 6 Arten dominant sind (--9 Abb. 1).

Wirkungskataster Beitragsserien

Abb. 1: REM-Bild einer Enchytraee (Cognettia spbagnetorum)

Enchytraeen konnen in B6den gemfit~igter Breiten sehr hohe Dichten erreichen. An sauren, mesofauna-dominier- ten Standorten, z. B. in deutschen Buchenw~ildern, werden im Jahresdurchschnitt 50 000 bis 100 000 Individuen pro m 2 gefunden (PETERSEN & LUXTON 1982). An solchen Standorten stellen die Tiere ihrer Biomasse nach die wich- tigste Tiergruppe. Aber auch in basischen, makrofauna-do- minierten BOden (insbesondere Regenwfirmer) sind En- chytraeen mit Dichten von ca. 20 000-50 000 Individuen nicht vernachl{issigbar. Aufgrund ihrer hohen Biomasse bei gleichzeitig hoher Aktivit~it erreichen sie relevante Anteile am Energiekreislauf (DUNGER 1983; ROMBKE 1991).

Enchytraeen sind saprophag, d. h. sie ernfihren sich von an- zersetztem organischen Material einschlief~lich der daran lebenden Bodenmikroorganismen. Artspezifisch nehmen sie in unterschiedlichem Verh/iltnis Laubstreu, Bodenparti- kel und insbesondere Kotballen anderer Bodentiere auf (ZACHARIAE 1965). Der Abbau des Bestandesabfalls wird von ihnen teils direkt (Fraf~), besonders aber indirekt durch

die F6rderung der Mikroflora beeinfluf~t (BECK et al. 1988). Daneben ver/indern sie die mechanischen Bodenei- genschaften positiv, z.B. dnrch die hohe Stabilit~it ihrer Kotkrfimel.

2 Enchytraeen als Bioindikatoren

Enchytraeen k6nnen sowohl als Indikatoren fiir bestimmte Standortverh/iltnisse - insbesondere Bodeneigenschaften (DIDDEN 1993) - wie auch fiir anthropogene Stret~faktoren eingesetzt werden (BECK et al. 1988). Daneben werden sie zunehmend als Testorganismen ffir die Prfifung von Um- weltchemikalien oder Pflanzenschutzmitteln im Labor vor- geschlagen (ROMBKE 1989). Da die Populationsdynamik und das Artenspektrum dieser Wiirmer in Mitteleuropa - am besten an Waldstandorten, doch auch fiir Wiesen sowie anthropogen beeinfluf~te Okosysteme - recht gut bekannt sind, l~it~t sich der Zustand einer bestimmten Versuchsfl~iche hinsichtlich ihrer Enchytraeenbesiedlung, d.h. strukturell, und damit mittelbar in Hinsicht auf den Dekompositions- prozefg, d. h. funktionell, einsch~itzen (BEYLICH et al. 1994).

Als Parameter dienen dabei prim~ir Ver~inderungen des Ar- tenspektrums sowie verschiedene funktionelle Meggr61~en. So lassen sich auf der Basis von Abundanz- bzw. Biomasse- werten verschiedene energetische Parameter, wie die Respi- ration, reiativ gut abschatzen (PERSSON & LOHM 1977). Auch Effekte, die das VerMltnis juveniler zu adulter Tiere oder die Tiefenverteilung betreffen, k6nnen Hinweise auf Beeinflussungen der Enchytraeenz6nose geben.

3 Methodik

Eine ausfiihrliche und aktuelle Darstellung aller Aspekte der Bearbeitung yon Enchytraeen ist DUNGER & FIEDLER (1989) zu entnehmen.

3.1 Probenahme

Optimal fiir die Untersuchung eines Standorts ist eine mo- natliche Beprobung, doch ffir Monitoringzwecke reichen im allgemeinen 4-6 Probenahmen pro Jahr aus. Kiirzere Abst~inde sind zur Untersuchung von Akuteffekten, z. B. von Chemikalien, notwendig. Aufgrund des starken Ein- flusses klimatischer Faktoren auf die ,,normale" Popula- tionsdynamik der Enchytraeenz6nose sollten solche Unter- suchungen immer fiber mehrere Jahre hinweg durchgeffihrt werden.

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Obwoh! gr6flere Individuen mit Federstahlpinzetten direkt aus Streu- oder Bodenproben gesammelt werden k6nnen, ist eine solche qualitative Erfassung nur ftir spezielle Pro- bleme, wie z. B. zur Kl~irung taxonomischer Fragen oder der Beschaffung von Testorganismen, zu empfehlen. In allen anderen Untersuchungen erfolgt die Probenahme mit Probenstechern (aufklappbar; Innendurchmesser z. B. 5,6 cm, meist zwischen 5 bis h6chstens 8 cm; mit leicht nach innen geneigtem Schneiderand, um eine Verdichtung der Probe zu verhindern). Die Proben werden noch im Freiland in mehrere jeweils 3-5 cm dicke Schichten zerteilt (--9 Abb. 2).

effizienz keine Trockenextraktoren mehr verwendet. Start dessen ist eine Naig-Extraktionsapparatur nach dem O'CONNOR-Prinzip (O'CONNOR 1955), modifiziert z. B. nach GRAEFE (1984), zu empfehlen. Jede Einzelprobe wird in ein Sieb (Durchmesser 15 cm; Maschenweite ca. 1 mm) umgeftillt und vorsichtig zerkrtimelt (---) Abb. 3). Jedes Sieb wird in eine bis zur Oberkante der Probe mit Wasser ge- ftillte Auffangschale geh/ingt.

Abb. 3: Strcuprobc im Ausrrcibtmgssicb

Abb. 2: Aufgeklapptcr Bodenstecher mit einer Probe aus einem Wiesengeliinde

Da sich die meisten Enchytraeen (> 90 %) in den ober- fl/ichennahen Bodenschichten aufhalten, ist im allgemeinen eine Beprobungstiefe von 12-20 cm Tiefe ausreichend; doch k6nnen, je nach Fragestellung und Biotop, deutlich tiefere Proben notwendig werden. Aufgrund der aggregier- ten Verteilung der Tiere, auch auf homogen erscheinenden Probenfl~ichen, sind statistisch absicherbare Ergebnisse erst ab sehr hohen Replikatzahlen (10-25) m6glich (A~RAHAM- SF.N & STRAND 1970). Dabei sollte darauf geachtet werden, dal~ die durchschnittliche Individuenzahl pro Probe minde- stens 10 betr/igt, da sonst entweder die Replikatzahl oder die Probengr6fle welter erh6ht werden mtissen.

Wegen des mit einem solchen Probenprogramms einherge- henden Aufwands (Ausz/ihlung und Lebendbestimmung tausender Individuen!) ist fiir Monitoringprogramme, die tiber mindestens drei Jahre hinweg durchgeftihrt werden, eine Reduktion zu empfehlen. Auf Dauerbeobachtungs- fl~ichen sollten im Frtihjahr, Sommer, Herbst und Winter jeweils 3-5 Parallelproben mittels Probenstecher genom- men werden. Jeder Einstich wird mit einem Messer in 4 Schichtproben (jeweils 4 cm dick; Gesamttiefe 16 cm) un- terteilt.

3.2 Extraktion im Labor

Der Probentransport ins Labor erfolgt in Plastikringen oder -dosen. Im Gegensatz zu frtiheren Untersuchungen werden fiir Enchytraeen wegen der geringen Austreibungs-

Die Siebe, einschliel~lich der Auffangschalen, werden dutch ein Wasserbad auf ca. 10-15 ~ gekiihlt, um ein Absterben der Tiere im Wasser durch Sauerstoffmangel zu vermeiden. Humusreiche Bodenproben, z. B. aus der Streuschicht, ver- bleiben 1-2 Tage, humusarme Proben aus der Mineral- schicht 3-7 Tage in der Apparatur. Line Beschleunigung der Austreibung dutch eine W~irmequelle (z. B. eiue 60 W Gltihbirne) tiber der Probe kann hilfreich sein, sollte aber sehr vorsichtig erfolgen (langsame Steigerung tiber minde- stens 3 Stun&n), da ansonsten zu viele Tiere, insbesondere Jungtiere und Fragmentationsstadien, im Boden verbleiben. Das am Boden des Auffanggef~ifles liegende Gemisch aus Mineral- und Debristeilchen sowie Enchytraeen und ande- ren kleinen Bodenorganismen wird mit etwas Wasser auf einige Petrischalen verteilt ( ~ Abb. 4).

Weitere Extraktionsmethoden bzw. Modifikationen des O'CONNOR-Prinzips (z. B. NIELSEN 1952/53; BACHELIF.R 1978) haben sich in der Praxis nicht durchsetzen k6nnen.

3.3 Bestimmung und Aufbewahrung

Die Wtirmer in den Petrischalen werden bei kleiner Ver- gr6fgerung unter dem Binokular ausgelesen und m6glichst umgehend lebend im Durchlichtmikroskop bestimmt. Ein- zelne Tiere werden zur Dokumentation in Alkohol fixiert und anschlieflend in Polyvinyl-Lactophenol (PVLP) auf Objekttr/igern eingebettet. Bei Kenntnis des Artenspek- trums eines Standorts, speziell aus sauren B6den, ist wegen der geringen Artenzahl auch die Determination yon fixier- tem Material m/3glich (O'CONNOR 1971}. Lebend nicht be- stimmte Tiere k6nnen auch nach einer - relativ aufwendi-

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Abb. 4: Enchytraeen im Auffanggeffig

in den Netzbeuteln durch Enchytraeen wird dabei prinzipi- ell genauso erfagt wie aus Bodenproben, aulger daf~ statt der Fl~iche (meist 1 qm) die Trockenmasse der Streu (meist 100 g Trockengewicht) als Bezugsrahmen gew~ihlt wird.

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gen - Fixierung in Bouin bzw. F/irbung in Paracarmin mit anschlief~ender Lagerung in Canada-Balsam determiniert werden. Die Bestimmung erfolgt nach NIELSEN & CHRI- STENSEN (1959; 1961; 1963) sowie neueren Einzelarbeiten (Zusammenstellung in: GRAFFE & ROMBKE 1985; DOZSA- FARKAS 1992a; SCHOCH-BOsKEN & ROMBKE 1993). Eine Ubersicht tiber die ftir eine sichere Artbestimmung zu be- achtenden Angaben (Parameter, Zeichnungen usw.) gibt DOZSA-FARKAS (1992b) .

Fiir die Abschfitzung der 6kologischen Rolle der Enchytra- een an einem bestimmten Standort ist die Erfassung der Biomasse der Tiere notwendig. Da die direkte Wfigung auf- grund des niedrigen Individualgewichtes der meisten Amen, der potentiellen Verf/ilschung durch den wechselnden Darminhalt und vor allem aufgrund der schnellen Aus- trocknung sehr schwierig ist, kann die Biomasse auch indi- rekt abgesch~tzt werden:

�9 Erstellung yon artspezifischen Eichkurven zum Verh~ilt- his von IAnge und Gewicht (ABRAtlAMSEN 1973 a; b); anschlielgend Messung der L~nge der abget6teten Tiere einer Probe.

�9 Automatische Berechnung des Gewichts tiber die EDV- gesttitzte Messung des IAngen-/Volumen-Verhfilmisses yon eingebetteten Individuen sowie anschlie~ender Ver- rechnung mit der weitgehend konstanten Dichte yon En- chytraeen (ROMBKE & KREYSCH 1988) .

Ublich ist abschliel~end eine Umrechung der Fangzahlen auf Quadratmeter tiber die Flfiche des Probenstechers, in selteneren F/illen auch auf das Bodenvolumen (z. B. 100 cm3).

3.4 Exkurs Netzbeutel

Zus~itzlich zu den bisher beschriebenen Verfahren ist die h/iufig verwendete Netzbeutelmethode zur Untersuchung des Streuabbaus zu erw~ihnen (ROMBKE 1994). Kleine mit Streu oder anderem organischen Material geftillte Beutel (--~ Abb. 5) oder Dosen werden im Freiland exponiert und der Abbau des Materials in Abh~ingigkeit von verschiede- nen Faktoren, u. a. der faunistischen Besiedlung, unter- sucht (BECK et al. 1988). Die Besiedlung des Streumaterials

Wirkungskataster Beitragsserien

Abb. 5: Netzbeutel cxponiert in der Laubschicht emes Moder- buchenwalds

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Collembolen als Reaktionsindikatoren

Hans Schick

GEFU (Gesellschaft fiir Umweltbewertung, Umweltplanung, Umwelttiberwachung mbH), Hardtstraf]e 90, D-69124 Heidelberg

1 Einleitung

Collembolen eignen sich gut fiir die langj~ihrige Erfassung von anthropogenen Belastungen auf Dauerbeobachtungs- fl~ichen bzw. zur vergleichenden Bewertung unterschiedli- cher Fl/ichen (---~ Abb. 1). Da sie dariiber hinaus ein wich- tiges Regulativ am Streuabbau darstel|en, geh6ren sie auch zu den v o n d e r SAG (1993) zur Untersuchung yon Dauer- beobachtungsfl/ichen empfohlenen Organismen. Sie haben eine grofle Diversit/it und kommen in hohen Abundanzen vor. Augerdem k6nnen sie standardisiert erfafgt werden und sind taxonomisch gut beschrieben. Infolge ihrer im Vergleich zu anderen Arthropoden (z.B. Milben) diinnen Cuticula haben sie engen Kontakt mit im Boden und Bo- denwasser vorhandenen Stoffen. Aufgrund unterschiedli- cher Ern/ihrungs- und Lebensweisen reagieren sie differen- ziert auf die unterschiedlichsten Ver/inderungen innerhalb des Okosystemes mit )knderungen der Individuen- und Ar- tenzusammensetzung. Darfiber hinaus entsprechen sie weitgehend den Idealanforderungen an Bioindikatoren (DUNGFR 1982) und eignen sich gut fiir 6kotoxikologische Tests (IGHSCH 1981; SPAHR 1981; WOLF-ROKOSCH 1983). Bei bisherigen Untersuchungen hat sich gezeigt, daf~ Col- lembolen auf anthropogene Belastungen mit Dominanzver-

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schiebungen und Artenriickgang reagieren (BENGSTON & RUNDGREN 1988; HAGVAR 1987; LFU 1994; MOORE & LUXTON 1988; SCH1CK 1990; SCHICK & KREIMES 1993).

2 Probenahme

Der Probenumfang bei der Untersuchung von Collembo- lenz6nosen richtet sich nach der jeweiligen Fragestellung und kann mit Hilfe einer Artenarealkurve ermittelt werden (DUNGER 1968; S('ttlCK 1990). Dar~iber hinaus sind bei der Probenahme auch jahreszeitliche Aspekte zu beriicksichti- gen. Bei Wald-Dauerbeobachtungsflfichen sollten deshalb zu drei Probenahmeterminen (Frtihjahr, Sommer, Herbst) 3-6 Proben je Flfiche entnommen werden. Zur Probeent- nahme werden auf jeder Untersuchungsfl~iche drei Teilflfichen von je zwei Metern Kantenl~inge abgepflockt. Ihre Auswahl erfolgt im Gel~inde unter Beriicksichtigung des Baumbestandes und der Bodenvegetation. Die genaue Festlegung der ftir die Probenahme bestimmten Stellen ge- schieht mittels eines Probenahmerahmens (2 x 2 m). Mit ei- nem Bodenstecher von 6,8 cm Innendurchmesser wird ein Bohrkern entnommen, der in zwei Teilproben (0 - 4 cm und 4 - 8 cm) unterteilt wird. Diese werden in eigens hierfiir entwickelte Transportdosen eingebracht und mit Kiihlbo- xen ins Labor transportiert ( ~ Abb. 2).

Abb. 1: t'olsomia quadrioculata (Springschwanz-Collembole)

3 Extraktion

Die Extraktion der Collembolen aus den Bodenproben er- folgt in einem for den hohen Probenanfal l eigens ent- wickelten High Gradient-Extractor ( ~ Abb. 3). Die im Freiland befiillten Erdtransportdosen k6nnen direkt aufge- setzt werden, wodurch eine besonders 6konomische Ar- beitsweise erm6glicht wird. Das Temperatursteuerger~it ge- w~ihrleistet den langsamen Temperaturanstieg w~ihrend des Extraktionsvorgangs und einen entsprechend dem extra-

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