Forschungs- und Innovationsprojekt
Evaluierung der Wirkung von Agrarumweltmaßnahmen (AUM) auf Insekten – Teilprojekt 1: AUM in Ackerlandschaften

Ziel dieses Teilprojekts ist es, in ackerbaulich geprägten Gebieten die Bedeutung von Gewässerrandstreifen an Fließgewässern 3. Ordnung und kleiner (insbesondere die KULAP Maßnahme Gewässerschutzstreifen (B32-34)), für die Insektenfauna zu untersuchen. Dabei werden Synergien zwischen Gewässer-/Erosionsschutzmaßnahmen und dem Schutz der Biodiversität evaluiert. Gleichzeitig dient die Fallstudie der Methodenprüfung, wie ein Insektenmonitoring in Bezug auf ELER-Agrarumweltmaßnahmen gestaltet werden kann.

In diesem Projekt sollen die für die Insektenvielfalt und -menge maßgeblichen Einflussgrößen entlang der Gewässer ermittelt werden und zur Entwicklung eines zukünftigen Leitbilds des Gewässerrandes beitragen. Die Fallstudie konzentriert sich dabei auf die Gruppe der Fluginsekten, die z.T. eine wichtige Bestäubungsfunktion in der Agrarlandschaft haben, und auf räuberische Arthropoden, die als Nützlinge eine wichtige Rolle für den integrierten Pflanzenschutz im Ackerbau spielen.

In den Jahren 2019 und 2020 wurden in vier agrarisch genutzten Regionen im Naturraum des Unterbayerischen Hügellands insgesamt vierzig Ackerflächen mit einem angrenzenden Wasserlauf ausgewählt, davon 25 mit und 15 ohne einen Gewässerrandstreifen. Die vier Regionen befinden sich im Landkreis Passau am Kleeberger Bach, im Landkreis Dingolfing-Landau an der Aiterach, im Landkreis Kelheim an der Laaber und im Landkreis Dachau an der Glonn sowie an den jeweiligen Zuflüssen dieser Gewässer. Die Kulturen in den 40 Äckern verteilten sich wie folgt: 28 Flächen Getreide (davon 25 Wintergetreide), 7 Flächen Mais, 2 Flächen Zuckerrübe, 1 Fläche Winterraps, 2 Flächen Leguminosen. Bei den Gewässerrandstreifen handelt es sich um mindestens 5 m breite Grünstreifen entlang eines Gewässers (davon 11 Flächen grasdominiert, 7 Flächen Kleegrasgemenge, 3 Flächen ruderalisiert, 3 Flächen mit Blühstreifen, 1 Fläche Leguminosen), die sich in der Nutzung, in der Flächengröße, im Alter und in der Vegetation, wie z.B. dem Gräser/Kräuter-Anteil, unterscheiden.

Auf jeder Fläche wurden zwei Malaisefallen (je eine am Gewässerrand und in der Feldmitte) und 16 Bodenfallen aufgestellt. Die Bodenfallen wurden in vier parallel zum Gewässer verlaufenden Reihen aufgestellt mit jeweils 4 Einzelfallen.
Die Fallen wurden im Sommer über drei Fangperioden à zwei Wochen aufgestellt. Die Leerung der Fanggefäße erfolgte jeweils nach einer Woche. In allen Untersuchungsgebieten fand die erste Fangperiode im Mai/Juni, die zweite im Juni/Juli und die dritte Fangperiode im August/September statt. Über den gesamten Untersuchungszeitraum und über alle Untersuchungsgebiete hinweg wurden so insgesamt 480 Malaisefallenproben und 3840 Bodenfalleneinzelproben gewonnen.

Bei dem verwendeten Fallentyp handelt es sich um die Malaisefalle nach Prof. Barták. Diese zeltartigen Netze mit Fangbehälter sind eine gängige Methode zur Erfassung eines breiten Artenspektrums flugfähiger Insekten und kommen in zahlreichen wissenschaftlichen Untersuchungen zum Einsatz. Das Bundesamt für Naturschutz (BfN) empfiehlt im Methodenleitsatz zum Aufbau eines bundesweiten Insektenmonitorings die Verwendung von Malaisefallen (BfN 2019). Die in die Malaisefalle einfliegenden Tiere wandern nach oben, landen in der Kopfdose und werden dort in der Fangflüssigkeit direkt konserviert. Bei der Fangflüssigkeit handelt es sich um eine Mischung aus 80%igem Ethanol und Ethylenglykol im Verhältnis 2:1. Der Zusatz von Ethylenglykol wurde verwendet, da dieses schwer flüchtig ist und somit auch bei hohen Temperaturen bzw. starker Sonneneinstrahlung kaum verdunstet.

Bei den verwendeten Bodenfallen handelt es sich um sogenannte Barberfallen. Dies sind in den Boden versenkte Gefäße (hier Trinkbecher), deren Rand ebenerdig abschließt. Über der Bodenfalle wurde ein Gitter befestigt mit einer Maschenweite von 1,5 cm in der Diagonale. Dadurch soll verhindert werden, dass Wirbeltiere, insbesondere Mäuse, in die Falle geraten. Zusätzlich wurde eine Abdeckung aus Plexiglas befestigt. Als Fangflüssigkeit wurde 25%ige Salzlösung verwendet.

Während in den Proben auch andere Arthropoden, wie z.B. Spinnentiere enthalten waren, handelt es sich bei dem Großteil der Tiere um Insekten, weshalb im Folgenden vereinfacht nur noch von Insekten gesprochen wird. Im Labor wurde das Abtropfgewicht der gefangenen Tiere nach SSYMANK et al. (2018) in Anlehnung an die Krefeldstudie ermittelt. Dazu wurde die Probe in ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,5 mm überführt und sobald der Zeitabstand zwischen zwei Tropfen, die vom Sieb tropften, größer als 10 Sekunden war, das Gewicht bestimmt. Von 240 der 480 Malaisefallenproben wurde mittels DNA-Metabarcoding die Art bestimmt. Hierbei werden die Insekten einer Malaisefallenprobe klein gemahlen und homogenisiert. Aus diesen Mischproben werden dann spezifische mitochondriale Genabschnitte (CO1-Gen) extrahiert und sequenziert. Die Gensequenzen werden anschließend mit einer Referenzdatenbank verglichen und einer Art zugeordnet. Die restlichen 240 Malaisefallenproben werden aktuell auf Ordnungsebene sortiert und die einzelnen Individuen gezählt. Ausgewählte Tiergruppen, wie z.B. Schwebfliegen, Netzflügler und Bienen, werden anschließend von Experten nach morphologischen Merkmalen auf Artebene bestimmt, da diese Gruppen gut untersucht sind und wichtige Ökosystemfunktionen, wie z.B. Bestäubung und Schädlingsregulation übernehmen. Die Aufteilung der Malaisefallenproben erfolgte dabei so, dass aus jedem phänologischen Probenahmezeitraum je eine Leerung dem DNA-Metabarcoding und eine der klassischen Sortierung zugeordnet wurde.

Für die statistische Auswertung mit der Software R wurde ein gemischtes multivariates Regressionsmodell verwendet. Dabei waren die Schläge eingebettet in der Region als zufällige Faktoren berücksichtigt, während der Gewässerrandstreifen, der Standort der Falle (ob am Gewässerrand oder in der Feldmitte) und bei der Analyse der Biomasse noch zusätzlich der Zeitraum als feste Faktoren eingeflossen sind. Interaktionen der festen Faktoren wurden ebenfalls miteinbezogen. Für die Biomasse wurde dabei eine Gaußsche Verteilung und für die Artenzahlen eine negativ binomiale Verteilung angenommen.

Die Werte der Insektenbiomasse pro Probe schwankten zwischen 0,4 g/Tag und 8,25 g/Tag, wobei die Streuung am Gewässerrand mit einer Standardabweichung von 1,6 g/Tag höher ausfiel als in der Feldmitte mit einer Standardabweichung von 1,1 g/Tag. In der Feldmitte wurden im Mittel 1,9 g/Tag gefangen, unabhängig davon, ob ein Gewässerrandstreifen vorhanden war oder nicht. Am Gewässerrand hingegen wurden 2,5 g/Tag ohne Streifen und 3,5 g/Tag mit Streifen gemessen. Aus dem gemischten multivariaten Regressionsmodell ergibt sich ein signifikanter Zusammenhang. Die erhobenen Daten zeigen, dass im Gewässerrandstreifen im Mittel eine um 40% höhere Insektenbiomasse gefangen wurde, als wenn kein Streifen vorhanden war. Auf die Insektenbiomasse in der Feldmitte hat der Streifen jedoch keinen Einfluss.

Die Artenzahlen wurden für vier verschiedene Biodiversitätsindikatoren aus den Metabarcoding-Daten abgeleitet:

Die jeweiligen Werte der vier verschiedenen Biodiversitätsindikatoren korrelieren stark. Im Folgenden wird als Indikator für die Artenvielfalt der Insekten das geschätzte Artenminimum herangezogen, da es den Ungenauigkeiten bei der Klassifikation und den verschiedenen Tiergruppen am ehesten gerecht wird.

Die Werte der OTUs, die gerne als Indikator für die Biodiversität verwendet werden, sind deutlich höher als die anderen drei Indikatoren, da hier noch kein weiteres Clustering stattgefunden hat. Unterschiedliche OTUs können auch der gleichen taxonomischen Einheit zugeordnet werden, dadurch ist die Anzahl höher als die reale Artenanzahl.
Die über alle vier Regionen aufsummierten Artenzahlen am Gewässerrand sind höher als in der Feldmitte (unabhängig vom Vorhandensein eines Streifens), die Gesamtartenzahl liegt weiter darüber. Daraus lässt sich schließen, dass es zwar Arten gibt, die nur in der Feldmitte vorkamen, jedoch deutlich mehr Arten, die nur am Gewässerrand gefangen wurden.

Die über den insgesamt 3-wöchigen Fangzeitraum pro Fläche aufsummierte Artenzahl schwankte zwischen 134 und 263 Arten in der Feldmitte und 183 und 360 Arten am Gewässerrand, wobei die Streuung am Gewässerrand mit einer Standardabweichung von 44 Arten deutlich höher ist als in der Feldmitte mit einer Standardabweichung von 22 Arten. In der Feldmitte lag die Artenvielfalt im Mittel bei 177 Arten je Fläche, unabhängig davon, ob ein Gewässerrandstreifen vorhanden war oder nicht. Am Gewässerrand hingegen wurden durchschnittlich 228 Arten je Fläche ohne Gewässerrandstreifen und 265 Arten mit Streifen erfasst. Aus dem gemischten multivariaten Regressionsmodell ergibt sich ein signifikanter Zusammenhang. Die erhobenen Daten zeigen, dass im Gewässerrandstreifen im Mittel 16 % mehr Arten gefangen wurden, als wenn kein Streifen vorhanden war. Auf die Artenvielfalt in der Feldmitte hat der Streifen jedoch keinen Einfluss.

Die Artengruppen mit der höchsten Artenvielfalt waren in abnehmender Reihenfolge: Zweiflügler, Hautflügler, Käfer, Schmetterlinge und Schnabelkerfen. Die Arten dieser Ordnungen machten zusammen im Schnitt ca. 96 % aller nachgewiesenen Arten aus. Die Schmetterlinge profitierten besonders stark vom Vorhandensein eines Streifens: die durchschnittliche Artenzahl stieg um 45 %. Weitere Ordnungen, die nur wenig zur insgesamten Artenvielfalt beitrugen, aber auch zu den Gewinnern eines Gewässerrandstreifens zählen, sind z.B. die Heuschrecken (Orthoptera) und Köcherfliegen (Trichoptera).

Die mittlere Insektenbiomasse einer Fläche in [g/Tag] korreliert positiv mit der Anzahl gefangener Arten einer Fläche (Korrelationskoeffizient r=0,5). Mit steigender Insektenbiomasse pro Standort erhöht sich auch die Artenzahl. Es gibt allerdings einzelne Flächen, die hohe Artenzahlen aufweisen, obwohl die Insektenbiomasse relativ gering ist.