Bewertung ökologischer Zustand

Das Bewertungssystem BALCOSIS ist als modularer, multimetrischer Index aufgebaut. Es bewertet ausschließlich die Vegetationskomponenten der äußeren, offenen Küstengewässer der Ostsee.

Auf Grund der dort herrschenden vielfältigen Substratverhältnisse kombiniert es die Bewertung von Weich- und Hartbodenvegetation. BALCOSIS deckt die repräsentativen mehrjährigen Vegetationsformen der offenen deutschen Ostseeküste ab:

  •  Seegraswiesen (Weichboden)
  • Brauntang = Fucus-Bestände (Hartboden)
  • Rotalgenbestände (Hartboden).

Innerhalb dieser Biotoptypen/Vegetationsformen steht eine unterschiedliche Anzahl an Einzelparametern für die Bewertung zur Verfügung. Insgesamt besteht BALCOSIS aus sieben Einzelparametern. Diese Bewertungsparameter spiegeln die Auswirkungen der Eutrophierung auf die einzelnen Vegetationskomponenten (Veränderung der Tiefengrenzen, Zunahme opportunistischer, eutrophierungstoleranter Arten und Verlust mehrjähriger, eutrophierungssensitiver Arten) innerhalb der einzelnen Biotoptypen wider.

Für jeden der sieben Bewertungsparameter wurde eine fünfstufige Klassifizierung erarbeitet. Dadurch kann jeder Parameter separat und unabhängig voneinander bewertet und ein ökologischer Zustand zugewiesen werden. Entsprechend wird die Bewertung nachfolgend erst für jeden Einzelparameter/Teilindex dargestellt und im Anschluss daran die Gesamtbewertung beschrieben.

Tiefengrenzen (Seegras und Brauntang)

Zostera marina und der Brauntang Fucus haben im Vergleich zu mehrjährigen Rotalgen hohe Lichtansprüche, so dass die vertikale Verbreitung natürlicherweise auf das obere Sublitoral (< 10 m) beschränkt ist. Durch die Eutrophierung verschlechterte sich das Lichtklima. Dies hat wiederum eine Verschiebung der unteren Tiefengrenze der Makroalgen und Angiospermen zur Folge, da die Lichtmenge an ihrer ursprünglichen Tiefengrenze nicht mehr ausreicht um genügend Biomasse für dauerhafte (dichte) Bestände aufzubauen. Die Tiefengrenzen sind deshalb zentrale Bewertungsparameter. Bewertet wird nur die Tiefe des jeweiligen Vegetationsbestandes mit mindestens 10 % Bedeckung, da Einzelpflanzen zum einen nicht für eine dauerhafte Ansiedlung sprechen und zum anderen methodisch nur unter großem Aufwand erfassbar sind.

Aus den pegelkorrigierten Tiefengrenzen wird die bewertungsrelvante Tiefengrenze als Mittelwert (MW) dieser Werte bestimmt (Tab. 2). Sollten nicht fünf Grenzwerte vorliegen (z. B. weil die Bestände vor Ort zu klein waren und so ein Transekt kein Seegras bzw. Fucus spp. aufwies), wird der Mittelwert aus der reduzierten Anzahl an Werten gebildet. Ein einzelnes Transekt ohne Seegras- bzw. Fucus spp.-Vorkommen geht also NICHT mit 0,0 m in die Mittelwertbildung ein. Nur wenn an einer Bewertungsstation Fucus- oder Seegrasvorkommen historisch beschrieben sind, die Tiefengrenzenkartierung aber für alle fünf Transekte keine Vorkommen über 10 % Bestandsdichte ermitteln kann, wird der Parameter mit 0,0 m und einem EQR von 0 bewertet. Durch Anwendung des 5-stufigen Bewertungssystems können die berechneten Mittelwerte einer ökologischen Zustandsklasse zugeordnet werden (Tab. 1).

Tab. 1 Fünfstufiges Bewertungsschema der Bewertungsfaktoren Tiefengrenze von Zostera und Fucus.

Ökologischer Zustand

Tiefengrenze Zostera marina/Fucus spp.

sehr gut

Referenzwert: 9,4 m
≥ 8,5 m

gut

7,0 – 8,5 m

mäßig

4,5 – 7,0 m

unbefriedigend

0,5 – 4,5 m

schlecht

< 0,5 m

Tab. 2: Beispiel für die Berechnung und Bewertung der Tiefengrenze.

Biomasseanteile opportunistischer Algen (im Seegras- und Rotalgenbiotop)

Von den durch die Eutrophierung erhöhten Nährstoffkonzentrationen im Wasser können Arten mit einem höheren Oberflächen/Volumen-Verhältnis und hohen Nährstoff-Aufnahmeraten stärker profitieren (Nährstoff-Opportunisten) als Arten, die sich durch den Aufbau von Reservestoffen bzw. die Aufnahme von Nährstoffen aus dem Sediment an Lebensumstände mit Nährstoffdefizit angepasst haben. Als Zeichen der Eutrophierung wird deshalb auch das explosionsartige Wachstum von feinfädigen Algen angesehen, die mehrjährige Vegetation wie Seegras und Rotalgen überwachsen, es zu Boden drücken und von der Lichtzufuhr abschneiden. Arten, die zu explosionsartigem Wachstum neigen, unterscheiden sich dabei kaum zwischen den einzelnen Biotopen, so dass auf nach Biotop getrennte Artenlisten für opportunistische Algen verzichtet wird. Da Nährstoffopportunismus bisher nur von wenigen Algenarten experimentell bestätigt wurde und für einige Arten auch widersprüchliche Laborergebnisse vorliegen, werden in einem konservativen Ansatz neben bekannten Eutrophierungszeigern (z.B. Pylaiella littoralis, Ulva) auch spezifische Neophyten (z.B. Gracillaria vermiculophylla) sowie charakteristische epiphytische Algen (z.B. Aglaothamnion/Callithamnion) aufgeführt, für die keine eindeutigen Nachweise für Opportunismus vorliegen (Tab. 3).

Tab. 3: Nährstoff-Opportunisten.

Großgruppen

Nährstoff-Opportunisten

Grünalgen (Chlorophyceae)

Chaetomorpha

Cladophora

Spongomorpha

Ulva

Braunalgen (Phaeophyceae)

Ectocarpus

Pylaiella littoralis

Rotalgen (Rhodophyceae)

Aglaothamnion

Brongniartella byssoides

Callithamnion corymbosum

Ceramium

Dasya baillouviana

Polysiphonia fibrillosa

Polysiphonia fucoides

Polysiphonia stricta

Spermothamnion repens

Bei fünf beprobten Sammelrahmen pro Station liegen bis zu fünf Ergebnislisten mit artspezifischen Trockengewichten vor. Berechnet wird der Biomasseanteil der Opportunisten. Dazu muss deren Biomasse erst für jede Probe aufsummiert werden, bevor ihr prozentualer Anteil pro Probe bestimmt wird. Im Anschluss wird aus diesen maximal fünf Biomasseanteilen der Mittelwert bestimmt (Tab. 5).

Durch Anwendung der 5-stufigen Bewertungssysteme können die berechneten Mittelwerte einer ökologischen Zustandsklasse zugeordnet werden (Tab. 4).

Tab. 4: Fünfstufiges Bewertungsschema der Bewertungsfaktoren Biomasseanteile Opportunisten für das Seegras- und das Rotalgenbiotop.

Ökologischer Zustand

Biomasseanteil opportunistischer Algen

sehr gut

Referenzwert: 0,5 %
≤ 1 %

gut

1 - 10 %

mäßig

10 - 30 %

unbefriedigend

30 -75 %

schlecht

> 75 %

Tab. 5: Beispiel für die Berechnung und Bewertung der Biomasseanteile.

Ist an einer Station der Makrophytenbestand so gering (< 10 %), dass nur eine Sammelprobe oder gar keine Makrophyten beprobt werden konnten, wird die Parameterbewertung auf schlecht mit EQR 0 gesetzt.

Dominanz (substratspezifische Bedeckung) von Fucus spp.

Nicht nur die Reduktion der Verbreitungstiefe ist aus den letzten Jahrzehnten für Fucus dokumentiert. Es wurde auch insgesamt ein Abundanzrückgang im oberen Sublitoral der Ostsee festgestellt, der dazu führte, dass die Brauntange der Gattung Fucus an vielen Küstenabschnitten nicht mehr die absolut dominante Komponente des Makrophytenbestandes im oberen Sublitoral darstellen. Dabei wurde ebenfalls die Eutrophierung als Hauptfaktor für den Rückgang benannt und die Zunahme an Epiphyten als eine Auswirkung mit angeführt. Deshalb war auch für Fucus der Biomasseanteil von Opportunisten als möglicher Bewertungsfaktor angedacht. Allerdings erreichen die großwüchsigen Brauntange auf Grund ihrer Morphologie im Vergleich zu anderen Algen sehr hohe Trockengewichte. Selbst bei komplett mit Epiphyten überwachsenen Fucus-Thalli liegt deren Trockengewicht grundsätzlich so deutlich über dem der übrigen Algenvegetation, dass für den Biomasseanteil keine geeignete fünfstufige Bewertung aufgebaut werden konnte.

Deshalb wird zur Bewertung des Abundanzrückgangs von Fucus (Fucus serratus und Fucus vesiculosus) dessen Bedeckungsdominanz (in Prozent) im Vergleich zur übrigen Vegetation bewertet. Der Wert der Bedeckung bezieht sich auf das zur Verfügung stehende Siedlungssubstrat (Hartboden = Blöcke, Steine, Mergel).

Bei fünf beprobten Sammelrahmen pro Station liegen bis zu fünf Bedeckungswerte für Fucus spp. vor. Zur Berechnung der Dominanz werden die Bedeckungswerte von Fucus serratus und F. vesiculosus jedes Sammelrahmens aufsummiert und mit der Hartsubstratbedeckung (Blöcke, Steine) aus jedem Rahmen verrechnet (Bedeckung Fucus spp. ÷ Bedeckung Hartboden × 100). Anschließend wird der Mittelwert aus diesen fünf (substratspezifischen) Fucus-Bedeckungen gebildet. Die Brauntange können neben Blöcken und Steinen auch auf Kies, Mergel oder Miesmuscheln wachsen, so dass sich bei der Berechnung Werte > 100% substratspezifischer Bedeckung ergeben können, solche Werte gehen per Definition mit 100 % Bedeckung in die Mittelwertberechnung ein (Tab. 7).

Durch Anwendung des 5-stufigen Bewertungssystems kann der berechnete Mittelwert einer ökologischen Zustandsklasse zugeordnet werden (Tab. 6).

Tab. 6: Fünfstufiges Bewertungsschema des Bewertungsfaktors Dominanz.

Ökologischer Zustand

Dominanz von Fucus spp

sehr gut

Referenzwert: 80 %
≥ 72 %

gut

64 – 72 %

mäßig

40 – 64 %

unbefriedigend

8 – 70 %

schlecht

< 8 %

Tab. 7: Beispiel für die Berechnung und Bewertung der Dominanz.

Ist an einer Station der Makrophytenbestand so gering (< 10 %), dass nur eine Sammelprobe oder gar keine Makrophyten beprobt werden konnten, wird die Parameterbewertung auf schlecht mit EQR = 0 gesetzt.

Artenreduktion

Neben der Zunahme an opportunistischen Algen sind die Verdrängung und der Verlust langsam wachsender, meist mehrjähriger Vegetation als weiteres Zeichen der Eutrophierung dokumentiert. Im Vergleich zum Seegras- oder Fucus-Biotop ist die Artenzahl im Rotalgenbiotop höher, so dass eine Bewertung auf Basis der Diversität ermöglicht wird. Bewertet wird das Fehlen repräsentativer, für die Vegetationsstruktur bedeutsamer Arten bzw. Artengruppen des Hartsubstratphytals mittlerer Tiefenbereiche (5-8 m). Bei den aufgeführten Arten handelt es sich durchweg um historisch stetig dokumentierte Rot- und Braunalgenarten aus diesen Tiefen. Die Referenzartenliste enthält keine Arten, die historisch vereinzelt dokumentiert wurden, da methodisch die Erfassung solch seltener Arten (und damit des gesamten Arteninventars) sehr arbeitsaufwendig und kostenintensiv ist.

Auf Grund der deutlichen Salzgehaltsunterschiede entlang der deutschen Ostseeküste muss westlich und östlich der Darßer Schwelle mit unterschiedlichen Referenzartenlisten gearbeitet werden. Allerdings ist auf Grund der natürlichen Artenreduktion östlich der Darßer Schwelle die Anwendung des Bewertungsparameters durch die sehr kurze Artenliste für einen fünfstufigen Bewertungsansatz grenzwertig. Arten, die in Tab. 8 durch einen Schrägstrich getrennt sind, werden nicht separat gezählt, sondern gelten als eine Einheit. Fehlt also z. B. Fucus serratus an einer Station, Fucus vesiculosus ist jedoch vorhanden, so wird dies nicht als Reduktion bewertet. Anders ist es dagegen, wenn beide Arten fehlen (Tab. 8).

Tab. 8: Referenzartenlisten.

Großgruppen

Westlich der Darßer Schwelle

Östlich der Darßer Schwelle

Braunalgen (Phaeophyceae)

Chorda filum/Halosiphon tomentosum

Chorda filum/Halosiphon tomentosum

Fucus serratus/Fucus vesiculosus

Fucus serratus/Fucus vesiculosus

Laminaria digitata/Saccharina latissima

Saccharina latissima

Rotalgen (Rhodophyceae)

Ahnfeltia plicata

Ahnfeltia plicata

Coccotylus truncatus/Phyllophora pseudoceranoides

Coccotylus truncatus/Phyllophora pseudoceranoides

Cystoclonium purpureum

 

Delesseria sanguinea

 

Furcellaria lumbricalis

Furcellaria lumbricalis

Membranoptera alata

 

Phycodrys rubens

 

Rhodomela confervoides

Rhodomela confervoides

 

11 Arten/Artengruppen

7 Arten/Artengruppen

Als Basis für die Bewertung des Artenspektrums werden neben den Biomasseproben auch die Bedeckungsabschätzungen im Sammelrahmen und die Transektbeschreibung verwendet. Die Arten, die zu den repräsentativen Arten gehören, werden in der Auswertedatei des Tiefenbereichs markiert und gezählt, wobei Arten, die in allen drei Datenerhebungen auftauchen nur einfach gezählt werden. Berechnet wird, wie viele Arten der Referenzartenliste an der Station fehlen (als Anteil in Prozent) (Tab. 10).

Durch Anwendung des 5-stufigen Bewertungssystems kann der berechnete Wert einer ökologischen Zustandsklasse zugeordnet werden (Tab. 9).

Tab. 9: Fünfstufiges Bewertungsschema des Bewertungsfaktors Artenreduktion.

Ökologischer Zustand

Artenreduktion

Westlich der Darßer Schwelle

Östlich der Darßer Schwelle

sehr gut

Referenzwert = Grenzwert: alle Arten = 11 Arten vorhanden

Referenzwert = Grenzwert: alle Arten = 7 Arten vorhanden

gut

9 – 10 Arten

6 Arten

mäßig

6 – 8 Arten

4 – 5 Arten

unbefriedigend

1 – 5 Arten

1 – 3 Arten

schlecht

0 Arten

0 Arten

Tab. 10: Beispiel für die Berechnung und Bewertung der Artenreduktion.

Biomasseanteil von Furcellaria lumbricalis

Die Art Furcellaria lumbricalis ist eine charakteristische mehrjährige Rotalgenart der Ostsee. Anders als die meisten anderen mehrjährigen Rotalgen ist sie nicht nur in der westlichen Ostsee verbreitet, sondern kommt auch in der zentralen Ostsee bis nach Estland und den Süden Finnlands vor. Historisch wird die Art als stetiger Bestandteil der Hartbodenvegetation zwischen 3 bzw. 5 und 20 m angegeben. Da Furcellaria deutlich kleinwüchsiger als Seegras oder Fucus spp. ist und häufig komplett von Epiphyten überwachsen wird, ist die Tiefengrenze methodisch nur durch aufwendige Taucharbeit bestimmbar. Außerdem fehlen entlang der deutschen Ostseeküste in den meisten Wasserkörpern Hartsubstrate, die den gesamten Tiefenbereich von Furcellaria abdecken. Da für diese Art auch ein mengenmäßiger Rückgang dokumentiert ist, wurde nicht die Tiefenverteilung als Bewertungsparameter herangezogen, sondern der Biomasseanteil der Art (in Prozent).

Historische Angaben zur Biomasse von Furcellaria lumbricalis sind sehr unspezifisch, so dass sich der Referenzwert im Wesentlichen an Daten der 1950er Jahre aus der westlichen Ostsee orientiert. Östlich der Darßer Schwelle ist Furcellaria lumbricalis die einzige bestandsbildende mehrjährige Rotalge, weshalb die Biomasseanteile aufgrund fehlender Konkurrenz dort deutlich höher, bei nahezu 100 % anzusetzen sind. Entsprechend wurde für Bestände westlich und östlich der Darßer Schwelle unterschiedliche Referenzwerte und Klassengrenzen für das fünfstufige Bewertungssystem festgelegt.

Bei fünf beprobten Sammelrahmen pro Station liegen bis zu fünf Ergebnislisten mit artspezifischen Trockengewichten vor. Berechnet wird der Biomasseanteil von Furcellaria lumbricalis an der Gesamtbiomasse, der direkt für jede Probe bestimmt werden kann. Im Anschluss wird aus diesen maximal fünf Biomasseanteilen der Mittelwert bestimmt. Die Berechnung entspricht der der opportunistischen Algen und wird deshalb nicht noch einmal beispielhaft aufgeführt.

Durch Anwendung der 5-stufigen Bewertungssysteme können die berechneten Mittelwerte einer ökologischen Zustandsklasse zugeordnet werden (Tab. 11).

Tab. 11: Fünfstufiges Bewertungsschema des Bewertungsfaktors Biomasseanteile von Furcellaria lumbricalis.

Ökologischer Zustand

Biomasseanteil von Furcellaria lumbricalis

Westlich der Darßer Schwelle

Östlich der Darßer Schwelle

sehr gut

Referenzwert: 40 %
≥36 %

Referenzwert: 95 %
≥85 %

gut

32 -36 %

76 - 85 %

mäßig

20 - 32 %

47 - 76 %

unbefriedigend

4 - 20 %

9 - 74 %

schlecht

< 4 %

< 9 %

Gesamtbewertung

Zur Bildung des Endwertes des BALCOSIS-Systems müssen die sieben Einzelparameter miteinander verrechnet werden. Da die Einzelparameter unterschiedliche Messgrößen bewerten (Biomasseanteile, Artenzahl, Tiefengrenzen) und unterschiedliche Klassengrenzen und Wertebereiche abdecken, müssen sie, bevor eine Verrechnung miteinander möglich ist, einheitlich auf ein Intervall von 0-1 normiert werden. Die Klassengrenzen für die Einzelparameter und die berechneten Bewertungsergebnisse werden dabei auf feste, vordefinierte Intervalle transformiert (Tab. 12).

Tab. 12: Bewertungsklassen der Ecological Quality Ratio (EQR) nach WRRL.

Klasse

EQR-Wert

sehr gut

0,8 – 1

gut

0,6 – 0,8

mäßig

0,4 – 0,6

unbefriedigend

0,2 – 0,4

schlecht

0 – 0,2

Die so berechneten normierten Einzelwerte gehen alle in die Endbewertung ein, jedoch mit einer unterschiedlichen Gewichtung. Da für die Zostera-Tiefengrenze eine bessere wissenschaftliche Datenlage vorliegt, geht diese mit einer zweifachen Gewichtung in das Endergebnis ein. Die Gesamtbewertung ergibt sich durch Bildung des Mittelwertes aus den gewichteten Einzelwerten (maximal acht Werte). Dieser Wert stellt gleichzeitig den EQR (Ecological Quality Ratio) dar, der nach Vorgabe der Landesämter mit drei Stellen nach dem Komma anzugeben ist. Sollten bestimmte Bewertungsparameter nicht erfasst worden sein (weil sie z. B. natürlicherweise nicht im Wasserkörper vorkommen), so ändert sich nichts am Gewichtungsverfahren. Der Mittelwert wird in diesem Fall aus einer entsprechend reduzierten Werteliste gebildet (Tab. 13).

Tab. 13: Darstellung der Bewertungsroutine zur jährlichen Wasserkörperbewertung.