Quellenmonitoring

Quellen sind besondere Lebensräume mit ganz spezifischen Eigenschaften. Ihre Wassertemperatur schwankt im Jahresverlauf nur um wenige Grad, so zum Beispiel auf Herrenroint zwischen 3 und 6 C° und in der Schapbachquelle von 4 bis 6 C°. An diese Bedingungen sind sehr spezialisierte Tierarten angepasst, die auch als Zeiger für Veränderungen genutzt werden können. Bisher beprobte die Quellgruppe des Nationalparks etwa 60 Quellen zumindest einmal, außerdem untersucht sie jährlich ungefähr 20 Quellen zweimal chemisch-physikalisch und etwa vier Quellen einmal pro Jahr intensiv.Dabei wurden etwa 700 Tierarten nachgewiesen, von den circa zehn Arten neu für die Wissenschaft waren.

 

Projektleiter:

Dr. Reinhard Gerecke

 

Aufgabenstellung

Die in den Jahren 1994 - 1998 durchgeführten Untersuchungen sollen in diesem Jahr schwerpunktmäßig an der Schapbachquelle und den Herrenrointquellen weitergeführt werden. Dabei soll untersucht werden, ob sich die in den drei letzten Jahren ermittelte Faunenausstattung im Jahr 1998 geändert hat. Zudem sollen die wichtigsten abiotische Parameter (Temperatur, Niederschlag, Strahlung) an den genannten Quellen kontinuierlich gemessen werden, um auch hier zeitliche Schwankungen zu ermitteln und mit der Schwankung der Faunenausstattung zu vergleichen.

 

In den Jahren 1999 - 2002 wird die umfangreiche Tiergruppe der Chironomiden von Elisabeth Stur und Sofia Wiedenbrug bearbeitet

 

Fünf Jahre Quellforschung im Nationalpark Berchtesgaden

Reinhard Gerecke, Helmut Franz, Isabel Schrankel

1. Quellforschung - wozu?

So unerschöpflich uns der Reichtum der Wässer erscheint, die sich vom 'Dach Europas' in alle Richtungen ergießen und von großen Flüssen in die Ebene hinausgetragen werden, so gering war bis vor wenigen Jahren unsere Kenntnis des Lebens am Ursprungspunkt dieser Gewässer, in den alpinen Quellen. Zu selbstverständlich erschien es, Quellen als Austrittsstellen reinen Grundwassers zu betrachten, die es einfach nur nach Belieben anzuzapfen und auszubeuten gilt, zu schwierig erschien es andererseits der biologischen Forschung, sich auf diese heiklen Lebensräume einzulassen: Quellen sind kleine, oft fast punktförmige Austrittsstellen von Grundwasser, mit einer oasenartigen Zusammenstellung physikalischer, chemischer und biologischer Eigenschaften, die sie von allem unterscheiden, was die Natur um sie herum zu bieten hat. Nicht zufällig bilden sie die ersten freien Flecken mit frischem Grün während der Schneeschmelze, und manche niedrigwüchsigen Pflanzen vermögen nur in ihrer nächsten Umgebung sogar immergrün die kalte Jahreszeit zu überstehen. Quellen sind höchst empfindlich gegen Eingriffe, und sie treten uns in einer kaum überschaubaren Vielfalt unterschiedlichster Gestalten entgegen.

 

Als wir 1993 mit Untersuchungen über die Lebewelt der Quellen im Nationalpark Berchtesgaden begannen, konnte die Quellbiologie bereits auf eine 80jährige Geschichte zurückblicken. Wir wussten aus verstreuten Untersuchungen in anderen Teilen Europas und in anderen Kontinenten, dass uns an der Schnittstelle zwischen Grund- und Oberflächenwasser eine interessante Organismenwelt begegnen würde. Da aber aus dem Alpenraum noch kaum Informationen verfügbar waren, waren erste Fragen eher einfacher Natur:

 

Welche Tierarten leben in Alpenquellen?

 

Welche Arten sind speziell an Quellen gebunden, welche kommen auch in anderen Gewässertypen vor?

 

Lassen sich die Quellen des Nationalparks nach ihrer Beschaffenheit in verschiedene Typen klassifizieren? Gibt es Unterschiede nach der Höhenzonierung?

 

Neben dem Schutz natürlicher Lebensräume und einer wirksamen Öffentlichkeitsarbeit gehört diese Art der Forschung zu den Kernaufgaben eines jeden Nationalparks: Besser als in solchen Schutzgebieten lassen sich sonst nirgends Kenntnisse gewinnen über die natürliche Vielfalt in ausgewählten Lebensräumen. Dieses Wissen kann dann Maßstäbe setzen in der kultivierten Landschaft Europas, in der solche Stellen oft nicht oder nur unzureichend geschützt sind.

 

Die Notwendigkeit der Erforschung natürlicher Quellen ist erst im letzten Jahrzehnt richtig erkannt worden. Nachdem natürliche Grundwasseraustritte in weiten Teilen des europäischen Flachlands fast vollständig Drainagemaßnahmen, Trinkwasserfassungen, der Grundwasserabsenkung oder Verschmutzungen zum Opfer gefallen sind, herrscht dringender Bedarf nach fundiertem Wissen und darauf aufbauenden Leitbildern für die Rettung und Pflege der noch erhaltenen, oft nur noch oasenartig verinselten Bestände.

 

Das Interesse an solchen Untersuchungen spiegelt sich nicht zuletzt in der Zusammensetzung der Gruppe engagierter Wissenschaftler wieder, die in unserem Projekt mitarbeiten: Studenten im Rahmen ihrer Diplomarbeit, Doktoranden, freischaffende Biologen, Universitätsdozenten und Mitarbeiter Naturhistorischer Museen aus verschiedenen europäischen Ländern. Ähnliche Initiativen sind inzwischen auch in andere Alpenländern in Gang oder in Planung.

2. Was tun wir?

Grundstock unserer Freilandarbeit ist ein alljährliches Treffen im Nationalpark. Hier nehmen wir gemeinsam Proben, diskutieren Methoden und tauschen Erfahrungen aus. Die Freilandarbeit wird dabei in zwei Richtungen vorangetrieben:

 

  • 1. ein repräsentativer Anteil der Quellen in allen Teilen des Nationalparks wird schrittweise erfaßt,
  • 2. in ausgesuchten Quellen werden langfristig die Lebensbedingungen und Lebensgemeinschaften beobachtet.

 

Unsere Sedimentproben entnehmen wir jeweils aus einem kleinen Flächenausschnitt der Untersuchungsstelle. Damit wird dem Gesamtsystem kein nachhaltiger Schaden zugefügt. In der Regel entnehmen wir zwei Proben je Quelle - die eine im Umfeld des Quellmundes, die andere weiter unterhalb im Quellbach. Dabei zeigt sich, wie stark etliche Arten an den unmittelbaren Quellmundbereich gebunden sind, während sie etwa 100 m weiter unterhalb nicht mehr anzutreffen sind und von typischen Bachbewohnern abgelöst werden (Gerecke et al. 1998).

 

Die auf bestimmte Tiergruppen spezialisierten Biologen setzen außerdem jeweils ihre eigenen Methoden ein: mit Hilfe von Driftnetzen lassen sich abtreibende Organismen oder abgestreifte Puppenhäute geschlüpfter Insekten im Abfluss der Quellen sammeln. Erwachsene (adulte) Insekten, die sich aus wasserlebenden Larven entwickeln, werden aus der Ufervegetation gekeschert. Das Substrat wird mit bloßem Auge nach seinen spezifisch angepassten Bewohnern abgesucht.

 

Im Freiland können die Tiere in aller Regel nicht bis zur Art bestimmt werden. Dies ist jedoch Grundlage jeder Bewertung. Unsere Proben werden im Labor quantitativ nach Tierordnungen und -familien ausgelesen. Sie werden dann an Spezialisten verteilt und von diesen mit Hilfe von Binokular und Mikroskop in oft mühsamer Kleinarbeit bis zur Art bestimmt. Die Ergebnisse werden in jährlichen Berichten zusammengefasst. Auf dieser Grundlage wird dann über das weitere Vorgehen im folgenden Jahr entschieden. Alle Bestimmungsergebnisse werden im zoologischen Informationssystem des Nationalparks mit Fangort, Datum, Bearbeiter gespeichert. Das bearbeitete Material wird der Zoologischen Staatssammlung München zur Aufbewahrung übergeben.

 

Diese Studien dienen der grundlegenden Inventarisierung der Nationalparkquellen. Sie wurden 1996 mit Unterstützung des Max Planck Instituts für Limnologie in Schlitz durch eine Diplomarbeit an der Universität Saarbrücken ergänzt (Schrankel 1998). An zwei ausgesuchten Quellkomplexen wurden im Frühjahr, Sommer und Herbst Proben genommen, wobei jeder Substrattyp (Moos, Holz, Fallaub, Sand, Kies, Steine, Schlamm) getrennt auf seine Besiedlung untersucht wurde. Außerdem wurden vier Standorte mit sogenannten Emergenzfallen überdacht, also kleinen lichtdurchlässigen Zelten, in denen sich die aus dem Wasser schlüpfenden Insekten fangen lassen und die von Frühjahr bis Herbst wöchentlich geleert wurden. So wissen wir nun viel über die Vielfalt und relative Häufigkeit der Insektenarten auf einer definierten Fläche und über ihren jahreszeitlichen Lebensrhythmus. Zudem lassen sich mit dieser Methode Arten aufspüren, die selten auftreten und mit anderen Methoden kaum erfasst werden: in unserem Falle konnten sieben der Wissenschaft bisher unbekannte Arten der Schmetterlings- und Gallmücken (Insektenordnung Diptera) entdeckt werden, außerdem ergaben sich zahlreiche Erstfunde für die Fauna Deutschlands. Neuentdeckungen gab es allerdings auch mit anderen Methoden: deutsche Erstnachweise von Arten der Eintags- und Köcherfliegen und der Fund mindestens einer bislang unbekannten Wassermilbenart (Bader & Gerecke 1996, Weinzierl & Graf 1998).

 

Heike Howein (1998) hat in einer weiteren Diplomarbeit an der geographischen Fakultät der Universität Erlangen eine morphologische Kartierung von 100 Quellaustritten im Park durchgeführt. Sie hat uns nach morphologischen Gesichtspunkten wie Substratbeschaffenheit, Gefälle und Exposition die Datenbasis für eine fundierte Klassifizierung der Quelltypen im Park erarbeitet.

 

An zwei Quellen sind Klimastationen eingerichtet worden. Seit 1996 werden dort Wasser- und Lufttemperatur im Stundentakt erfasst. Demnächst sollen weitere Parameter wie pH-Wert und elektrische Leitfähigkeit in die Dauerbeobachtung mit einbezogen werden.

Alle Daten werden im geographischen Informationssystem des Nationalparks gespeichert. Damit können morphologische, physikalische, chemische und klimatische Besonderheiten statistisch analysiert und hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Fauna bewertet werden. Eine Studie auf einer derart gründlichen Datenbasis verspricht eine wesentliche Vertiefung unseres Verständnisses der Quellen, die über Deutschland und Europa hinaus große Beachtung finden wird.

3. Unsere Pläne

Quellen sind ideale 'natürliche Laboratorien', in denen die Auswirkung klein- und großklimatischer Veränderungen auf das Grundwasser beobachtet werden kann. Im Nationalpark Berchtesgaden bietet es sich vor allem an, die Auswirkungen zu verfolgen, die von der Zerstörung der Waldbestände durch die Stürme Anfang der 90er Jahre und den Borkenkäferfraß auf die Quellen ausgehen: Wie werden die Lebensgemeinschaften auf das veränderte Lichtklima reagieren? Wird sich das Nachwachsen der nächsten Waldgeneration in der Zusammensetzung der Fauna spiegeln? Wie ändert sich die Typologie einer Quelle bei veränderten Erosionsbedingungen?

 

Aber auch globale Veränderungen werden ihre Spuren hinterlassen: Was passiert, wenn die Jahresdurchschnittstemperatur und dazu parallel auch die Quelltemperatur ansteigt? Welche Auswirkung wird eine längere jährliche Einstrahlung auf Produktion und Artenzusammensetzung im Gewässer haben? Fragen, auf die wir heute keine Antworten haben, und die nur durch langfristige Beobachtung beantwortet werden können.

Wir wollen im Rahmen unserer auf zehn Jahre angelegten Untersuchung eine Methodik entwickeln, um Quellen für eine dauerhafte Überwachung des Grundwasserkörpers zu nutzen. Zunächst wollen wir die Vielfalt ihrer Besiedlung kennenlernen. Daraus wollen wir diejenigen Komponenten herauslesen, die sich mit geringem Aufwand langfristig beobachten lassen. Dabei wollen wir folgendes beachten:

 

  • 1. Die Störung des Habitats bei der Probenahme sollte möglichst gering sein. Dies lässt sich auf mehreren Wegen erreichen:
    • 1.1 Eher klein dimensionierte Organismen lassen sich bereits mit einer kleinen Sedimentprobe in größerer Anzahl gewinnen. Hierzu gehören Kleinkrebse, Milben, Oligochaeten, aber auch Kieselalgen, deren Schalen im Sediment in großer Zahl angereichert sein können.
    • 1.2 Die aus einem Quellbereich abdriftenden Organismen oder deren Bestandteile lassen sich mit einem Netz absammeln. Die Puppenhäute (Exuvien) der Chironomidae - Arten werden in beträchtlicher Anzahl in der Drift erfasst, wenn die Adulttiere schlüpfen. Diese Häute lassen sich oft bis zur Art bestimmen.
    • 1.3 Im Quellbereich werden kleine Unterwasser-Trichterfallen installiert, die mit Ködern oder Licht betrieben werden. Solche Fallen sind in Gewässern anderen Typs mit großem Erfolg eingesetzt worden. Erste Versuche mit dieser Methode im Rahmen eines Projekts über die Milbenbesiedlung haben vielversprechende Ergebnisse geliefert.

 

  • 2. Die Bearbeitung der Indikatorarten sollte unproblematisch und ohne zu großen Zeitaufwand möglich sein. Dies ist ein Schlüsselproblem der Quellforschung. Hier kommen oft Tiergruppen in hohen Individuenzahlen vor, die sich nur unter Schwierigkeiten auf Artniveau bestimmen lassen, wie Kleinkrebse, Wassermilben und Dipterenlarven. In verschiedenen Gruppen hat sich aber inzwischen bereits gezeigt, dass die Probleme viel geringer sind als die Befürchtungen. Ist erst einmal der Grundbestand der Fauna bekannt, so lassen sich Ruderfußkrebse (Copepoda), Muschelkrebses (Ostracoda) oder Wassermilben (Hydrachnidia) meist ohne zusätzlichen Präparationsaufwand rasch unter der Stereolupe bis zur Art klassifizieren. Bei den Zweiflüglern (Diptera) besteht hingegen noch ein großer Klärungsbedarf. Da diese Fraktion zahlen- und artmäßig zu den häufigsten Gruppen in Quellen gehört, lässt die Nationalparkverwaltung seit Frühjahr 1999 die besonders wichtige Zweiflügler-Familie Chironomidae (Zuckmücken) bearbeiten. In einem dreijährigen Sonderprojekt wird:
    • ein leicht anwendbarer regionaler Bestimmungsschlüssel erarbeitet,
    • die Indikatorarten für bestimmte Umweltbedingungen ermittelt,
    • die Methodik zur langfristigen kontinuierlichen Probenahme definiert und
    • eine über die Berchtesgadener Alpen hinausgehenden Grundlage für die Klassifizierung der quellbewohnenden Arten dieser Familie geschaffen.

 

  • 3. Die als Indikatoren verwendeten Tierarten sollten besonders kennzeichnend für Quell-Lebensräume sein.
    • 3.1 Mengenmäßig ist die Quellfauna unseres Gebiets von wenigen Insektenordnungen dominiert, vor allem von Angehörigen der Zweiflügler (Diptera) und der Steinfliegen (Plecoptera). Beide sind im Larvalstadium schlecht zu klassifizieren, und beide sind in Berchtesgaden vorwiegend durch unspezialisierte Arten vertreten, die sich auch im anschließenden Quellbach finden. Unter den Diptera besiedeln jedoch vor allem die Zuckmücken (Chironomidae) die Quellen mit einem weit aufgefächerten, jeweils charakteristischen Spektrum unterschiedlich angepasster Arten. Aus ihrer Gesamtheit lässt sich vieles über die Bedingungen des Lebensraumes erschließen. Da ihre Anwesenheit anhand ihrer Exuvien (Larven- und Puppenhüllen) nachgewiesen werden kann, eignen sie sich besonders für ein langfristiges Monitoring.
    • 3.2 Unter den Köcherfliegen (Trichoptera) gibt es eine Reihe von Arten, die streng an Quellen gebunden sind. Nicht nur aus diesem Grund sind sie von besonderer Bedeutung bei Quelluntersuchungen: Viele Larven und Puppen dieser Insektenordnung bauen kunstvoll gebildete Köcher aus Steinchen und Pflanzenstücken, anhand derer ihre Anwesenheit noch nachgewiesen werden kann, wenn die Tiere selbst längst geschlüpft sind. Außerdem besitzen bei vielen Köcherfliegen auch Larval- und Puppenstadien hinreichend Merkmale, um eine sichere Artbestimmung auch ohne adulte Exemplare zu gewährleisten.
    • 3.3 Wenn Fragen beantwortet werden sollen, die den Energieumsatz in Quellen betreffen, müssen die Kieselalgen (Diatomeen) mit einbezogen werden. Sie reagieren äußerst empfindlich auf wechselnde Strahlungsverhältnisse und die im Wasser gelösten Nährstoffe im Jahresverlauf.
    • 3.4 Manche Tiergruppen entgehen der Aufmerksamkeit des Beobachters auf den ersten Blick, weil sie manchmal nur in unauffälliger Anzahl anzutreffen sind, oder aufgrund ihrer kleineren Körperabmessungen. Unter diesen, der sogenannten 'Meiofauna' zugerechneten Tieren, sind einige dennoch für eine langfristige Beobachtung besonders aussagekräftig:

Beschreibung

Wenig bekannt ist, dass es Milben gibt, die im Wasser leben. Noch weniger bekannt dürfte sein, dass sie unter allen wirbellosen Tiergruppen diejenige mit dem höchsten Anteil strikt an Quellen gebundener Arten sind. Durch diese enge, in vielfacher Hinsicht noch unverstandene Bindung an den unmittelbaren Bereich des Quellmundes sind sie wichtige Anzeiger für die langfristige Stabilität des Abflusses. Zudem leben unterschiedliche Arten in unterschiedlichen Substraten. Süßwassermilbenlarven sind darüber hinaus an fliegende Wirtsinsekten gebunden, an denen sie während einer Phase ihrer Entwicklung parasitieren. Anhand der Zusammensetzung ihrer Milbenfauna können unterschiedliche Quelltypen in idealer Weise unterschieden werden. Der in Europa noch weitgehend unbekannte Parasitismus der Quellmilben ist Schwerpunkt eines Forschungsprojektes, das parallel zu unseren Untersuchungen läuft und von der schweizerischen Stiftung Por Acarologia Basiliensis finanziert wird.

 

Auch Kleinkrebse (Copepoda und Ostracoda) treten oft in großen Populationen um den Quellmund auf, während sie weiter bachabwärts nicht mehr oder nur selten anzutreffen sind. Im Gegensatz zu den Milben handelt es sich bei den quellbewohnenden Kleinkrebsen aber vorzugsweise um Grundwassertiere, die auch im Lückengefüge des Grundwasserspeichers, in stagnierenden Grundwasseranstichen oder im Uferbereich von großen Seen anzutreffen sind. Gerade dadurch sind sie aber von besonderer Aussagekraft. Mehr als jede andere Tiergruppe vermögen daher die Kleinkrebse Auskunft zu geben über die Verhältnisse in dem Bereich, der uns unzugänglich bleibt: im Grundwasserspeicher vor dem Quellaustritt.

 

Das hier vorgestellte Gerüst von Überlegungen, Beobachtungen und Hypothesen soll zeigen, dass wir auf der Grundlage der Erfassung der Fauna einer Reihe von Pfaden folgen, die die Praxis im Naturschutz und in der langfristigen Umweltbeobachtung wissenschaftlich unterstützt. Wir sagen bewußt: 'Hypothesen', denn es ist offensichtlich, daß viele unserer Beobachtungen noch der Ergänzung und Bestätigung bedürfen. Darum eben soll es gehen in der zweiten Hälfte unseres 10-Jahres-Projekts.

Arbeiten aus unserem Projekt

Bader, C. & Gerecke, R. 1996: Eine neue Wassermilbenart der Gattung Atractides (Acari: Hydrachnellae: Hygrobatidae) aus dem Nationalpark Berchtesgaden (Oberbayern). Lauterbornia 26, 121-127.

 

Gerecke, R.; Meisch, C.; Stoch, F.; Acri, F. & Franz, H. 1998: Eucrenon-hypocrenon ecotone and spring typology in the Alps of Berchtesgaden (Upper Bavaria, Germany). A study of microcrustacea (Crustacea: Copepoda, Ostracoda) and water mites (Acari: Halacaridae, Hydrachnellae). in: Botosaneanu, L. [ed.]: Studies in Crenobiology: 167-182. Backhuys (Leiden)

 

Howein, H. 1998: Erfassung und strukturelle Typisierung der Quellen im Nationalpark Berchtesgaden. Diplomarbeit Universität Erlangen-Nürnberg, physische Geographie, 1-113 + Anhang

 

Schrankel, I. 1998: Faunistisch-ökologische Charakterisierung ausgewählter Quellen im Nationalpark Berchtesgaden. Diplomarbeit Universität des Saarlandes, Biogeographie, 1-79 + Anhang

 

Weinzierl, A. & Graf, W. 1998: Ein Beitrag zur Kenntnis der Köcherfliegenfauna der Berchtesgadener Alpen (Bayern). Lauterbornia 34, 199-203



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