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Effektmonitoring (SPEAR)

Schadstoffe verändern die Gemeinschaften in Fließgewässern. Wir entwickeln den Bioindikator SPEAR zur Anzeige von Schadstoffbelastung und ökologischen Effekten in Fließgewässern.

Die Belastung mit Schadstoffen prägt die Artenzusammensetzung in Fließgewässern: Je höher die Schadstoffbelastung desto geringer der Anteil sensitiver Arten (engl. Species At Risk) [1]. Diesen Zusammenhang nutzt der Bioindikator SPEAR. SPEAR basiert dabei auf einem merkmalsbasierten Konzept und sensitive Arten werden anhand von Artmerkmalen bestimmt wie Physiologie, Lebenszyklus oder Verhalten. SPEAR ist flexibel anwendbar in unterschiedlichen klimatischen Zonen und relativ unabhängig von zusätzlichen Umweltstressoren [2]. Der SPEAR-Wert einer Probestelle berechnet sich als relative Abundanz empfindlicher Arten:

SPEAR Formel

mit n = Anzahl der Taxa, xi = Abundanz des Taxon i, y = 1 wenn Taxon i als empfindlich klassifiziert ist und y = 0 wenn Taxon i als unempfindlich klassifiziert ist. Für insbesondere empfindliche Taxa ist eine Bestimmung bis Artebene vorteilhaft, andere Taxa werden auf höherer taxonomischer Ebene aggregiert, um Monitoringdaten weitestgehend zu harmonisieren.

SPEARpesticide
SPEARpesticide ist optimiert als Bioindikator für landwirtschaftliche Pestizide mit typisch kurzfristiger Pulsbelastung im Fließgewässers. Berücksichtigte Artmerkmale sind (i) physiologische Sensitivität gegenüber Insektiziden und weiteren Pestiziden mit insektizider Wirkung, (ii) Generationszeit, (iii) Vorhandensein aquatischer Stadien, sowie (iv) die Fähigkeit zur Migration und Wiederbesiedlung. Der Vorläufer von SPEARpesticide wurde im Rahmen eines UBA Vorhabens entwickelt [3,4]. Der Ansatz wurde erstmals beschrieben durch Liess & vd Ohe 2005 [1], gefolgt von weiteren Entwicklungen und Validierungen im Freiland [z.B. 5,6,7,8,9].

Download
SPEARpesticide ist als Desktopanwendung verfügbar. Diese ermöglicht eine anwenderfreundliche Auswertung wissenschaftlicher und behördlicher Monitoringdaten. Die ökologischen Beeinträchtigungen durch Pestizidbelastung werden in Anlehnung an die Wasserrahmenrichtlinie in fünf Zustandsklassen eingestuft [10].

SPEAR Calculator

Ebenfalls enthält der SPEAR Calculator ein Programm zur Berechnung von Toxic Units sowie zur Konvertierung von Monitoringdaten aus anderen Datenformaten wie ASTERICS.


Weitere Varianten und Umsetzungen des SPEAR-Konzepts
SPEARsalinity: Ökologische Bewertung erhöhter Salzbelastung in Australien [7] .
SPEARmesocosm: Ökologische Bewertung von Pestizidbelastungen in Mesokosmenstudien [11].


Ausgewählte Veröffentlichungen

  1. Liess M, von der Ohe PC 2005. Analyzing effects of pesticides on invertebrate communities in streams. Environmental Toxicology and Chemistry, 24 (4), 954-965.
  2. Liess M, Schäfer R, Schriever C 2008. The footprint of pesticide stress in communities - species traits reveal community effects of toxicants.Science of the Total Environment, 406, 484-490.
  3. Wogram J, Liess M 2001. Rank ordering of macroinvertebrate species sensitivity to toxic compounds, by comparison with that of Daphnia magna. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 67, 360-367.
  4. Liess M, Schulz R, Berenzen N, Nanko-Drees J, Wogram J 2001. Pesticide contamination and macroinvertebrate communities in running waters in agricultural areas. Umweltbundesamt Berlin, Report, 227 p.
    Volltext (PDF)
  5. Schriever C, Ball MH, Holmes C, Maund S, Liess M 2007. Agricultural intensity and landscape structure: Influences on the macroinvertebrate assemblages of small streams in northern Germany. Environmental Toxicology and Chemistry, 26 (2), 346–357.
  6. Schäfer R, Caquet T, Siimes K, Mueller, R, Lagadic L, Liess M 2007. Effects of pesticides on community structure and ecosystem functions in agricultural headwater streams of three biogeographical regions in Europe. Science of the Total Environment, 382 (2-3), 272-285.
  7. Schäfer, R.B., Kefford, B., Metzeling, L., Liess, M., Burgert, S., Marchant, R., Pettigrove, V., Goonan, P. & Nugegoda, D. 2011. A trait database of stream invertebrates for the ecological risk assessment of single and combined effects of salinity and pesticides in South-East Australia. Science of the Total Environment, 409 (11), 2055-2063.
  8. Schäfer R, vd Ohe P, Rasmussen J, Kefford B, Beketov M, Schulz R, Liess M 2012. Thresholds for the effects of pesticides on invertebrate communities and leaf breakdown in stream ecosystems. Envionmental Science and Technology, 46, 5134−5142.
  9. Rasmussen JJ, McKnight US, Loinaz MC, Thomsen NI, Olsson ME, Bjerg PL, Binning PJ, Kronvang, B. 2013. A catchment scale evaluation of multiple stressor effects in headwater streams. Science of the Total Environment. 442, 420-431.
  10. Beketov MA, Foit K, Schäfer RB, Schriever CA, Sacchi A, Capri E, Biggs J, Wells C, Liess, M 2009. SPEAR indicates pesticide effects in streams – comparative use of species- and family-level biomonitoring data. Environmental Pollution, 157 (6), 1841-1848.
  11. Liess M, Beketov M 2011. Traits and stress - keys to identify community effects of low levels of toxicants in test systems. Ecotoxiccology, 20 (6), 1328-1340.