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 zum Teil 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 zum Beispiel 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 in den Malaisefallen gefangenen Tiere nach SSYMANK et al. (2018) in Anlehnung an die Krefeldstudie ermittelt. Von 240 der 480 Malaisefallenproben wurde mittels DNA-Metabarcoding die Art bestimmt. Hierbei werden spezifische mitochondriale Genabschnitte (CO1-Gen) sequenziert und anschließend durch Abgleich mit einer Referenzdatenbank einer Art zugeordnet. Die restlichen 240 Malaisefallenproben wurden auf Ordnungs- bzw. teilweise Familienebene in Gruppen sortiert und die einzelnen Individuen gezählt. Dadurch erhielt man Häufigkeitsangaben für die Ordnungen. Die Familie der Schwebfliegen wurde anschließend von Experten nach morphologischen Merkmalen auf Art bestimmt, da diese Gruppe gut untersucht ist und wichtige Ökosystemfunktionen übernimmt, wie zum Beispiel Bestäubung und Schädlingsregulation. Die vier Bodeneinzelproben aus einer Reihe wurden bei jeder Leerung jeweils zu einer Sammelprobe zusammengeführt, sodass am Ende bei jeder Leerung pro Fläche vier Bodenfallensammelproben vorlagen. Im Labor wurden die Bodenfallenproben nach morphologischen Merkmalen auf Ordnungs- bzw. teilweise Familienebene in Gruppen sortiert und die gefundenen Tiere gezählt. Die Laufkäfer und die Spinnentiere wurden anschließend von Experten auf Art bestimmt.

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.

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 hatte der Streifen jedoch keinen Einfluss.

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

Die jeweiligen Werte der vier verschiedenen Biodiversitätsindikatoren korrelierten 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, waren 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 waren höher als in der Feldmitte (unabhängig vom Vorhandensein eines Streifens), die Gesamtartenzahl lag 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. 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 für die Gesamtindividuen der Fluginsekten und für die Ordnung der Lepidoptera. 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 hatte 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 etwa 83 % aller nachgewiesenen Arten aus, wobei die Zweiflügler mit ca. 34 % der Arten am stärksten zur Artenvielfalt beitrugen. Die Schmetterlinge profitierten besonders stark vom Vorhandensein eines Streifens: die durchschnittliche Artenzahl stieg um 47 %. Weitere Ordnungen, die nur wenig zur insgesamten Artenvielfalt beitrugen, aber auch zu den Gewinnern eines Gewässerrandstreifens zählten, waren z.B. die Heuschrecken (Orthoptera) und Köcherfliegen (Trichoptera).

In einer Malaisefalle wurden zwischen 38 und 939 Individuen pro Tag gezählt. Im Durchschnitt wurden in der Feldmitte 199 ± 120 Individuen pro Tag, am Gewässerrand ohne Streifen 251 ± 149 Tiere und mit Streifen 347 ± 184 Tiere pro Tag gefangen. Die statistische Analyse ergab für die Gesamtindividuen, sowie auch für die Ordnungen der Diptera, Hymenoptera, Coleoptera und Lepidoptera eine signifikant höhere Aktivitätsdichte für die Variante Gewässerrand mit Streifen im Vergleich zur Variante ohne Gewässerrandstreifen sowie auch zu den anderen zwei untersuchten Feldmittevarianten (mit und ohne Streifen). Aus den Daten ergibt sich für einen Gewässerrandstreifen eine im Mittel 38 % höhere Individuenanzahl im Vergleich zu Flächen ohne einen Gewässerrandstreifen.

Schwebfliegen übernehmen eine zentrale Rolle im Agrarökosystem. Die adulten Tiere haben eine wichtige Bestäubungsfunktion, die Larven einiger Art haben eine regulatorische Bedeutung. Die Familie der Schwebfliegen ist gut untersucht und zu dieser Gruppe ist Expertenwissen vorhanden, wodurch sie als Indikatorarten bezeichnet werden können. Insgesamt wurden in den 80 Malaisefallen über einen Fangzeitraum von jeweils 3 Wochen 19.496 Schwebfliegenindividuen gezählt. In der Feldmitte wurden im Schnitt 6,6 ± 3,5 Tiere pro Tag gefangen, am Gewässerrand ohne Streifen 9,9 ± 4,8 und am Gewässerrand mit Streifen 21,0 ± 15. Die statistische Analyse ergab einen signifikanten Unterschied in der Individuenzahl eines Gewässerrandes mit Streifen im Vergleich zu den anderen drei untersuchten Varianten, im Mittel lag die Schwebfliegenanzahl bei Vorhandensein eines Gewässerrandstreifens um 112 % höher. Im Durchschnitt wurden an einem Fallenstandort 10,63 ± 4,58 Arten festgestellt. In der Feldmitte waren es im Mittel 7,50 ±1,93, am Gewässerrand ohne Streifen 11,70 ± 3,90 und im Gewässerrandstreifen 15,0 ± 4,15 Schwebfliegenarten. Dabei ist die mittlere Artenzahl an einem Gewässerrand mit Streifen im Mittel um ca. 28 % signifikant höher als im Gewässerrand ohne Streifen.

Über die 40 Untersuchungsflächen mit jeweils 16 Einzelbodenfallen und einen Fangzeitraum von 44 bzw. 45 Tagen pro Falle wurden insgesamt 399.524 Individuen gezählt. Die Anzahl der Gesamtindividuen in den Bodenfallen und somit die Aktivitätsdichte der primär an der Bodenoberfläche aktiven Arthropoden nahmen vom Ufer zum Feldinneren ab. Da Bodenfallenfänge abhängig von der Aktivität der Tiere sind, kann eine geringere Individuenzahl in den Bodenfallen auch eine Folge von geringer Aktivität sein. Die Aktivität ist unter anderem vom Raumwiderstand, dem Nahrungsangebot und dem Mikroklima abhängig. Im Gewässerrandstreifen ist der Raumwiderstand erhöht, wodurch sich die Aktivität reduzieren kann.

Insgesamt wurden 17.675 Laufkäfer aus drei Wochen Fangzeitraum auf Artniveau durch Fachexperten bestimmt. Die Anzahl gefangener Individuen und somit die Aktivitätsdichte der Laufkäfer nahm mit zunehmendem Abstand zum Gewässer zu. Die Variante ohne Gewässer­rand­streifen lag dabei leicht über der Variante mit Streifen, doch war dieser Unterschied nicht statistisch signifikant. Im Schnitt wurden über alle Varianten und untersuchten Standorte 16 ± 4,6 Arten gefunden. Unterschiede zwischen der Variante mit und ohne Streifen waren für keinen Abstand zum Gewässer statistisch signifikant. Einzig die Artenzahl am Ufer ohne Streifen (im Mittel 19,1 Arten pro Fläche) unterschied sich signifikant von der Feldmitte mit Streifen (im Mittel 14,2 Arten pro Fläche).

Insgesamt wurden 32.484 Spinnentiere, davon 296 Individuen aus der Gruppe der Weberknechte und 42 Individuen aus der Ordnung der Pseudo­skorpione, aus drei Wochen Fangzeitraum auf Art bestimmt. Die gefangenen Individuenzahlen der Spinnentiere und somit ihre Aktivitätsdichte waren in der Variante mit Streifen in der Feldmitte und am Gewässerrand etwas höher als in der Variante ohne Streifen, diese Unterschiede war aber nicht statistisch signifikant. Im Schnitt wurden über alle untersuchten Flächen und Varianten 16,2 ± 4,6 Arten gefangen. Unterschiede zwischen der Variante mit und ohne Streifen waren für keinen Abstand zum Gewässer statistisch signifikant. Die Artenzahl war in der Feldmitte statistisch signifikant niedriger als im Ufer ohne Gewässerrandstreifen. Ein Effekt des Abstands vom Gewässer war bei den Artenzahlen erkennbar, mit höherer Artenvielfalt am Ufer als in der Feldmitte.