Lena Ulber, Christoph von Redwitz, Frank Gottwald, Sven Wehke und Stefan Meyer
Zusammenfassung
Auf Ackerflächen bildet die Segetalflora neben den Kulturpflanzen die einzige pflanzliche Nahrungsquelle und Habitatstruktur für verschiedene Tierarten. Damit stellt sie für die Biodiversität in Kulturlandschaften eine der wichtigsten taxonomischen Gruppen dar. Viele Untersuchungen belegen einen extremen Rückgang der floristischen Diversität in ackerbaulich genutzten Ökosystemen. Jedoch existiert bislang kein langfristiges Monitoring, das die Diversität der gesamten Segetalflora auf Ackerflächen bundesweit in räumlich wie zeitlich hoher Auflösung erfasst. Im vorliegenden Beitrag wird ein Monitoringkonzept vorgestellt, das vorschlägt, die Artenzusammensetzung der Segetalflora in Deutschland jährlich in allen Hauptackerkulturen auf repräsentativen Stichprobenflächen zu erfassen. So können Auswirkungen zukünftiger Bewirtschaftungsänderungen (z. B. Anstieg der ökologisch bewirtschafteten Ackerfläche) aufgezeigt und die Effekte derzeitiger Strategien (z. B. EU-Farm-to-Fork-Strategie, Aktionsprogramm Insektenschutz) evaluiert werden. Das Monitoringkonzept zielt darauf ab, belastbare und aussagekräftige Indikatoren zu etablieren, die die Entwicklungen der Segetalflora unter dem Einfluss der landwirtschaftlichen Produktion sowie des Landnutzungs- und des Agrarstrukturwandels abbilden.
Ackerwildkraut – Agrarlandschaft – Biodiversität – Monitoring – Pflanzenschutz – UnkrautAbstract
On arable land, species of the segetal flora, alongside cultivated plants, form the only plant food source and habitat structure for various animal species. This makes them one of the most important taxonomic groups for biodiversity in cultural landscapes. Numerous studies have shown an extreme decline in floristic diversity in arable ecosystems. However, to date there is no long-term monitoring programme that records the diversity of the entire segetal flora on arable land nationwide in high spatial and temporal resolution. This article presents a monitoring concept that proposes an annual survey of the species composition of the segetal flora on representative sampling areas for the major crop species in Germany. In this way, the effects of future changes in the management of arable land (e. g. increase in organically or non-chemically farmed arable land) can be identified and the effects of current strategies such as the EU Farm to Fork Strategy or the German Insect Protection Action Programme can be evaluated. The monitoring concept aims to establish reliable and meaningful indicators that capture the development of the segetal flora under the influence of agricultural production as well as land use and agricultural structural change.
Arable plants – Agricultural landscape – Biodiversity – Monitoring – Plant protection – WeedInhalt
1 Einleitung
Die Intensivierung der landwirtschaftlichen Produktion in Form enger Fruchtfolgen, erhöhter Gaben von Stickstoffdünger und hocheffektiver Kontrolle der Segetalflora mit Herbiziden hat in den letzten Jahrzehnten zu einem starken Verlust der floristischen Diversität in ackerbaulichen Systemen geführt (Meyer et al. 2013; wir schließen in den Begriff „Segetalflora“ alle Nicht-Kulturpflanzen auf Äckern ein und verwenden diesen wertneutralen Begriff anstelle der bisher zum Teil häufiger gebräuchlichen Termini „Ackerwildkräuter/-gräser“, „Ackerbegleitflora“, „Beikräuter“ oder „Unkräuter“). Neben potenziell negativen Auswirkungen auf den Ertrag der Kulturpflanzen (Zwerger, Ammon 2002) sind mit der Segetalflora aber auch nützliche ökologische Funktionen wie die Förderung verschiedener Tiergruppen und die Bereitstellung ökosystemarer Dienstleistungen wie biologischer Schädlingskontrolle und Bodenschutz assoziiert (Marshall et al. 2003; Storkey, Westbury 2007).
Obwohl fast ein Drittel der Landesfläche Deutschlands ackerbaulich genutzt wird, existiert bislang noch kein umfassendes und einheitliches floristisches Monitoring für diesen Biotoptyp. Im Rahmen der ökologischen Flächenstichprobe wird ausschließlich in Nordrhein-Westfalen das Vorkommen von Gefäßpflanzen im Lebensraum Acker regelmäßig erhoben (Dröschmeister 2001; König 2010). Das Monitoring von Landwirtschaftsflächen mit hohem Naturwert (High Nature Value Farmland − HNV-Farmland) des Bundesamtes für Naturschutz (BfN) identifiziert anhand einer definierten Kennartenliste Landwirtschaftsflächen und -strukturen mit einer hohen Arten- und Strukturvielfalt (Hünig, Benzler 2017). Es erfasst aufgrund der Fokussierung auf die vorgegebene Kennartenliste jedoch nur einen sehr begrenzten Teil des gesamten Artenspektrums auf Ackerflächen. Das vom BfN aktuell konzipierte Ökosystem-Monitoring (ÖSM) fokussiert sich bei der Arterfassung auf weniger intensiv bewirtschaftete Flächen mit einer diverseren Segetalflora und liefert daher ebenfalls nur begrenzt Aussagen darüber, welche floristische Artenvielfalt und Abundanzen auf praxisüblich intensiv genutzten Ackerflächen im Mittel auf Landschaftsebene vorhanden sind. Eine differenzierte Bewertung der langfristigen Trendentwicklung der floristischen Diversität in verschiedenen ackerbaulichen Kulturen auf nationaler Ebene unter Berücksichtigung der intensiv genutzten Ackerflächen ist daher mit den bestehenden Monitoringansätzen nicht möglich.
Ziel des hier vorgestellten Monitoringkonzepts ist es, eine belastbare Datenbasis zu schaffen, um den Status quo sowie die Entwicklung der Segetalflora und deren Diversität in Agrarlandschaften abbilden zu können. Dabei kann auch aufgezeigt werden, wie Maßnahmen zum Schutz bzw. zur Förderung dieser Arten fortlaufend anzupassen sind. Der Einfluss einer sich ändernden landwirtschaftlichen Produktion, des Landnutzungs- und des Agrarstrukturwandels (z. B. durch gegenwärtige und zukünftige agrarumweltpolitische Strategien und Förderinstrumente, Klimawandel, Anbau neuer Kulturen) soll durch den langfristigen Charakter des Monitorings ebenfalls abgebildet und somit für eine evidenzbasierte Politikberatung genutzt werden.
Im Folgenden werden die relevanten Aspekte des Monitorings wie die Auswahl der Stichprobenflächen (siehe Abschnitt 2), die Erhebung der Segetalflora auf der Ackerfläche (siehe Abschnitt 3), die Auswertung der Daten (siehe Abschnitt 4) sowie das Daten- und Qualitätsmanagement (siehe Abschnitt 5) beschrieben. Es folgen eine Diskussion (siehe Abschnitt 6) und ein kurzer Ausblick (siehe Abschnitt 7).
2 Räumliche und zeitliche Dimensionierung des Monitorings
Das hier vorgestellte Monitoringkonzept lässt sich nach Reynolds et al. (2016) dem Monitoringtyp „Status- und Trendmonitoring“ zuordnen. Für die Konzipierung eines solchen Monitorings sind zunächst verschiedene räumliche Aspekte (Stichprobenkulisse) und zeitliche Aspekte (Zeitraum und Intervalle der Erhebungen) zu berücksichtigen und zu definieren.
2.1 Notwendiger Stichprobenumfang pro Jahr
Um Veränderungen in der Diversität der Segetalflora zwischen verschiedenen Berichtszeiträumen festzustellen bzw. um einen zeitlichen Trend nachzuweisen, muss vor der Implementierung des Monitorings der benötigte Stichprobenumfang (Anzahl der zu kartierenden Ackerflächen) für die relevanten Ackerbaukulturen abgeschätzt werden. Da hierfür flächendeckend keine digitale Datengrundlage zur Diversität der Segetalflora in Deutschland vorliegt, wurde ein Beispieldatensatz eines nationalen Segetalflora-Monitorings aus Frankreich verwendet (Fried et al. 2008). Dieser Datensatz umfasst einen langen Untersuchungszeitraum, eine umfassende geographische Spannweite sowie Erhebungen in diversen Ackerbaukulturen. Auf dieser Datengrundlage wurde eine Poweranalyse durchgeführt, um den notwendigen Stichprobenumfang abzuschätzen. Dazu haben wir als minimale Effektgröße angenommen, dass jährlich auf 2 % der deutschen Ackerflächen zwei Segetalarten hinzukommen oder verschwinden. Um einen solchen Effekt im Zentrum von Ackerflächen (ohne die Randbereiche) mit dem vorgesehenen Monitoringkonzept deutschlandweit für verschiedene Kulturen abbilden zu können, würden auf Basis des französischen Datensatzes für Deutschland ca. 80 Erhebungsflächen für Wintergetreide und ca. 65 Flächen für Mais benötigt (Power = 90 %, α-Fehler = 5 %). Über alle Kulturen hinweg wäre ein Stichprobenumfang von jährlich mindestens 325 Ackerflächen erforderlich.
Um die Qualität der zu erhebenden Daten für jedes Jahr abschätzen zu können, wurde zudem die notwendige Anzahl von Einzelpflanzen der Segetalflora pro Fläche bzw. daraus abgeleitet die Anzahl der Flächen betrachtet, die benötigt wird, um ein möglichst vollständiges Arteninventar für Deutschland abbilden zu können. Die dafür benötigte Flächenzahl lässt sich über Species-Accumulation-Curves abschätzen. Im französischen Datensatz wird nach 5.000 − 8.000 betrachteten Einzelpflanzen ein Plateau der Artenzahl erreicht, auf dem durch weitere Erhebungen kaum noch zusätzliche Arten hinzukommen. Um das Inventar der Segetalflora möglichst vollständig aufzunehmen, haben wir das Plateau bei 17.000 Einzelpflanzen abgeschnitten. Bei einer geschätzten mittleren Dichte von 40 Pflanzen/m² ergibt sich eine notwendige Anzahl von insgesamt 425 Flächen pro Jahr, die dem Anbauumfang entsprechend auf die einzelnen Kulturen(gruppen) verteilt werden.
Da zum einen die Datenerhebung in Frankreich nicht mit der hier für das Monitoring vorgeschlagenen Methodik durchgeführt wurde und sich zum anderen die Anbaubedingungen zwischen Deutschland und Frankreich teilweise deutlich voneinander unterscheiden, wird aufgrund der potenziell höheren Varianz im deutschen Datensatz ein etwas größerer Stichprobenumfang von deutschlandweit insgesamt 500 Ackerflächen pro Jahr vorgeschlagen.
2.2 Verteilung der Stichprobenflächen
Damit die erhobenen Daten die Diversität der Segetalflora in Deutschland repräsentativ abbilden, muss die Verteilung der Stichprobenflächen definiert werden. Dazu werden im Folgenden zwei Ansätze skizziert, wobei sich die deutschlandweite Aufteilung der Gesamtflächenanzahl in beiden Fällen proportional nach dem Gesamtumfang der Ackerfläche der einzelnen Bundesländer richten sollte. Die Untersuchungseinheiten pro Ackerfläche (siehe Abschnitt 3) sind dabei unabhängig von der Größe der Ackerfläche, sodass kleine Schläge (Schlag = zusammenhängende einheitlich bewirtschaftete Ackerfläche) in gleicher Weise wie größere berücksichtigt werden.
Der erste Ansatz sieht eine geschichtete zufällige Flächenstichprobe vor, die sich hinsichtlich der Anzahl der deutschlandweit zu untersuchenden Ackerflächen am Anbauumfang der Hauptkulturen in den jeweiligen Bundesländern orientiert (Option 1). Der zweite Ansatz basiert auf einer Nutzung der Flächenstichprobe des HNV-Farmland-Monitorings des BfN (Option 2).
Option 1: Ausgewählte Flächen pro Bundesland mit definierter Anzahl an Flächen pro Kultur
Die Erhebungen fokussieren sich auf die fünf Hauptkulturen (größte Anbaufläche in ha) eines jeden Bundeslandes im Vorjahr der Kartierung bzw. die Kulturen, die im Vorjahr zusammen mindestens 70 % der Ackerfläche eines Bundeslandes abdeckten. Dabei wird zwischen ökologischem und konventionellem Anbau differenziert und die Hauptkulturen werden separat für die beiden Bewirtschaftungsweisen definiert. Die Anzahl der pro Bundesland zu kartierenden Ackerflächen wird proportional zu den Anbauumfängen dieser Hauptkulturarten und Anbauformen in dem jeweiligen Bundesland aufgeteilt. Die Anzahl der ökologisch bewirtschafteten Stichprobenflächen hängt daher von der Anbaufläche des Ökolandbaus im jeweiligen Bundesland ab und in Kulturen mit einem größeren Anbauumfang wird eine größere Anzahl an Ackerflächen kartiert. Damit die einzelnen Kulturen in flächenmäßig kleineren Bundesländern ausreichend repräsentiert sind, wird eine Mindestanzahl an Flächen pro Hauptkultur und Bundesland festgelegt.
Die Anzahl der Flächen pro Kultur und Bundesland wird jährlich an die jeweiligen Anbauverhältnisse und -formen angepasst, sodass die Flächenanzahl pro Kultur und Anbauform im Laufe der Zeit variiert. Es werden innerhalb der definierten Kulisse jedes Jahr Ackerflächen untersucht, die zufällig neu ausgewählt werden (unverbundene Stichprobe).
Option 2: Flächenstichprobe auf Basis der HNV-Flächen
Der zweite Ansatz sieht eine Nutzung der bestehenden Flächenstichprobe des HNV-Farmland-Monitorings bzw. des ÖSM vor (Ackermann et al. 2020; Bruelheide et al. 2022). Im Rahmen dieser Programme werden deutschlandweit ca. 1.700 Stichprobenflächen (SPF – quadratische Flächen von 1 km² Größe) in einem Vierjahreszeitraum regelmäßig untersucht, sodass pro Jahr zwischen 400 und 500 SPF kartiert werden. Es handelt sich dabei um eine doppelt geschichtete Zufallsstichprobe mit den Schichten Nutzungs- und Standorttypen. In einer SPF befinden sich meist mehrere Ackerflächen, sodass aus logistischen Gründen mehrere Flächen pro SPF in das hier vorgestellte Monitoring einbezogen werden könnten. Die Anzahl der Ackerflächen, die pro SPF kartiert werden, sollte dabei zwischen den SPF nicht zu stark variieren. Die auf den Ackerflächen innerhalb einer SPF angebauten Kulturen sind dabei zufällig verteilt, sodass, anders als in Option 1, keine zielgerichtete Erfassung in definierten Kulturen stattfinden kann. Die Anzahl und Auswahl der zu untersuchenden SPF bzw. Ackerflächen pro SPF könnte sich aber analog zu Option 1 an der Ackerfläche und den Hauptkulturen in den Bundesländern sowie den Anteilen konventioneller bzw. ökologischer Nutzung orientieren. Bei einer Kartierung von 425 SPF pro Jahr wären die gesamten 1.700 SPF nach einem vierjährigem Turnus komplett beprobt. Wenn aus Gründen der Effizienz mehrere Ackerflächen je SPF kartiert werden, müsste sich der Umfang der beprobten Flächen u. U. erhöhen oder es muss akzeptiert werden, dass die ursprünglich geplante Repräsentativität der Stichprobe (in Bezug auf die zwei zugrundeliegenden Schichten Nutzungs- und Standorttypen) verringert wird (Bruelheide et al. 2022). Dasselbe ist bei Betrachtungen auf Landesebene zu beachten.
3 Erfassungsmethoden der Segetalflora auf Ackerflächen
Das Monitoringkonzept fokussiert auf die Diversität der Segetalflora im Schlaginnenbereich, der den größten Anteil an der Gesamtackerfläche darstellt. Für diesen Bereich wurde auch die Abschätzung der Stichprobengröße (Power-Analyse) durchgeführt. Auf den gesamten Randbereich entfällt in der heutigen, oftmals strukturarmen Landschaft nur ein sehr geringer Flächenanteil (< 5 % der Gesamtackerfläche; Leuschner et al. 2014), sodass dieser, ebenso wie die Vorgewendeflächen (auf dem Acker befindliche Fläche, die zum Wenden von Landmaschinen genutzt wird), nicht repräsentativ für die meist homogen bewirtschafteten Schlaginnenbereiche ist. Da im Randbereich der Ackerflächen aber generell eine höhere floristische Vielfalt anzutreffen ist (Wietzke et al. 2020), werden im Rahmen des Monitoringkonzepts auch hier Erhebungen durchgeführt, um die (noch vorhandene) floristische Vielfalt abschätzen zu können.
3.1 Lage der Transekte auf der Fläche
Die Erfassung der floristischen Diversität auf den jeweiligen Ackerflächen erfolgt durch Begehung von drei Transekten (100 m × 1 m). Da Ackerflächen durchaus noch eine Heterogenität bezüglich der Standortverhältnisse (Boden, Feuchte, Relief) aufweisen können (Li et al. 2021), werden im Schlaginnenbereich zwei Transekte angelegt. Der erste Transekt (Abb. 1, rosa) wird parallel zur Bearbeitungsrichtung am Ackerrand der Fläche angelegt und beginnt mit der ersten Saatreihe der Kultur. Auf größeren Schlägen wird dieser Randtransekt von der Mitte einer Längsseite des Ackers ausgehend 100 m am Rand entlang angelegt. Bei kleineren Schlägen mit Längsseiten < 100 m kann der Randtransekt entsprechend auf den Randbereich von zwei Längsseiten der Ackerfläche aufgeteilt werden (Abb. 2), sollte aber nicht über die Ecken am Ackerrand reichen. Im Übergangsbereich zwischen Pflugkante und erster Saatreihe ist durch ein höheres Licht- und Raumangebot oft eine höhere floristische Diversität inklusive Vorkommen seltener Arten festzustellen (Fried et al. 2009). Andererseits ist diese Zone aufgrund der räumlichen Variabilität und des Vorkommens von Pflanzenarten der angrenzenden Säume schwer systematisch zu erfassen. Daher wird hier im Monitoring nur eine ergänzende Artenliste von bemerkenswerten Segetalarten (i. d. R. Arten der Roten Liste der Gefährdungskategorien 1 = vom Aussterben bedroht, 2 = stark gefährdet, 3 = gefährdet, G = Gefährdung unbekannten Ausmaßes sowie R = extrem selten) parallel zu den etablierten Randtransekten erstellt.
Abb. 1: Beispiel für die Lage der drei Transekte (100 m × 1 m) zur Erfassung der Diversität der Segetalflora auf einer Ackerfläche. Zwei Transekte (blau und gelb) werden im Schlaginnenbereich und ein Transekt (rosa) wird am Schlagrand angelegt.
Fig. 1: Example of the location of the three transects (100 m × 1 m) for recording the diversity of the segetal flora on an arable field. Two transects (blue and yellow) are located in the inner area of the field and one transect (pink) is located at the field edge.
Abb. 2: Beispiel für die Lage der drei Transekte (100 m × 1 m) zur Erfassung der Diversität der Segetalflora auf einer größeren und einer kleineren Ackerfläche. Zwei Transekte (blau und gelb) werden im Schlaginnenbereich und ein Transekt (rosa) wird am Schlagrand angelegt. Bei kleineren Ackerflächen (Fläche oben rechts) können die Transekte aufgeteilt werden.
Fig. 2: Example of the location of the three transects (100 m × 1 m) for recording the diversity of the segetal flora on a larger and a smaller field. Two transects (blue and yellow) are located in the inner area of the field and one transect (pink) is located at the field edge. For smaller fields (top right), transects can be split.
Der zweite Transekt (Abb. 1, blau) soll parallel und mit einem Abstand von 20 bis 30 m zum ersten Transekt (rosa) den flächenmäßig dominierenden Standorttyp abbilden und in einem Mindestabstand zum Vorgewende von 10 m angelegt werden. Bei schmaleren Ackerflächen (< 40 m Breite) wird dieser Transekt in die Mitte der Fläche gelegt (Abb. 2, Fläche oben rechts, blau). Der dritte Transekt (Abb. 1, 2, gelb) wird optional im Schlaginnenbereich in einen Teilbereich mit abweichenden oder variierenden Standortverhältnissen platziert (z. B. steinige Kuppe, feuchte Senke). Beide Transekte im Schlaginnenbereich werden mit einem Mindestabstand von 0,5 m zu Fahrgassen angelegt (Abb. 3). Auf Flächen mit weitgehend einheitlichen Standortbedingungen entfällt der zweite Transekt im Schlaginnenbereich.
Abb. 3: Lage von zwei Transekten (100 m × 1 m) zur Erfassung der Diversität der Segetalflora im Schlaginnenbereich (blau) und am Schlagrand (rosa). Um eine Vergleichbarkeit mit dem Monitoring von Landwirtschaftsflächen mit hohem Naturwert (High Nature Value Farmland – HNV-Farmland) und anderen Vegetationserhebungen zu erreichen, werden beide Transekte jeweils in Abschnitte von 60 m × 1 m und 40 m × 1 m aufgeteilt. Längen und Breiten der Transekte und Flächen sind nicht maßstabsgetreu dargestellt.
Fig. 3: Location of two transects (100 m × 1 m) for recording the diversity of the segetal flora in the inner area of the field (blue) and at the field edge (pink). In order to achieve comparability with the monitoring of High Nature Value (HNV) Farmland and other vegetation surveys, both transects are split into sections of 60 m × 1 m and 40 m × 1 m respectively. The lengths and widths of transects and areas are shown at different scales.
3.2 Länge und Anlage der Transekte
Für die Erfassung der Segetalflora wird in Deutschland derzeit meist eine Fläche von 100 m2 verwendet (z. B. Meyer et al. 2013). Mit einer Aufnahme können dabei verschiedene Fragestellungen bearbeitet werden (z. B. zur Vergesellschaftung, zu Landwirtschaftsflächen mit hohem Naturwert). Im Rahmen des HNV-Farmland-Monitorings werden die Segetalarten auf einer Fläche von 30 m × 2 m (60 m2) erfasst. Um Vergleiche mit den Ergebnissen aus dem HNV-Farmland-Monitoring und aus anderen Vegetationserhebungen zu ermöglichen, wird jeder Transekt (100 m lang × 1 m breit) in Abschnitte von 60 m × 1 m und 40 m × 1 m aufgeteilt (Abb. 3). Der im Vergleich zum HNV-Farmland-Monitoring schmalere Transekt (1 m) hat den Vorteil, dass dieser während der Erfassung leichter überblickt werden kann. Die Teilung des Transekts nach 60 m wird in der Erhebung vermerkt, sodass aufgrund derselben Flächengröße (60 m²) Vergleiche mit Ergebnissen aus dem HNV-Farmland-Monitoring möglich sind. Bei sehr kleinen Flächen kann die Länge des Transekts entsprechend aufgeteilt werden (z. B. 60 m × 1 m gefolgt von 40 m × 1 m in umgekehrter Richtung, Abb. 3). Innerhalb jedes Transekts werden alle vorkommenden Arten auf der gesamten Fläche des Transekts und zusätzlich in fünf quadratischen Teilflächen von jeweils 1 m2 separat erfasst (5 × 1 m2, Abb. 3).
3.3 Erfassung der Vegetation in den Transekten und Quadraten
Entlang der Transekte und in den Quadraten werden alle vorkommenden Arten der Gefäßpflanzen mit ihrer jeweiligen Abundanz anhand der erweiterten Londo-Skala erfasst (Londo 1976; Tab. 1). Um eine bessere Vergleichbarkeit bei Vegetationserhebungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu erreichen, sollte jeweils für diejenigen Arten mit einer Deckung von ≥ 5 % das vorherrschende phänologische Entwicklungsstadium (Jungpflanzen, knospend, blühend oder fruchtend) vermerkt werden. Über diese Information zum Entwicklungsstadium kann die Angabe zur Deckung der jeweiligen Art besser eingeschätzt und mit Erhebungen, die zu anderen Zeitpunkten in der Vegetationsperiode durchgeführt wurden, verglichen werden.
Tab. 1: Erweiterte Londo-Skala zur Erfassung der Deckung der Segetalarten.
Table 1: Extended Londo scale for recording the cover of segetal species.
|
Londo-Wert
|
Deckung der Segetalarten
|
.1 | < 1 % |
.1r | < 1 % (sporadisch, meist nur ein Exemplar) |
.1p | < 1 % (wenige Exemplare) |
.1a | < 1 % (zahlreiche Exemplare) |
.1m | < 1 % (sehr zahlreiche Exemplare) |
.2 | 1 bis < 3 % |
.2r | 1 bis < 3 % (sporadisch, meist nur ein Exemplar) |
.2p | 1 bis < 3 % (wenige Exemplare) |
.2a | 1 bis < 3 % (zahlreiche Exemplare) |
.2m | 1 bis < 3 % (sehr zahlreiche Exemplare) |
.4 | 3 bis < 5 % |
.4r | 3 bis < 5 % (sporadisch, meist nur ein Exemplar) |
.4p | 3 bis < 5 % (wenige Exemplare) |
.4a | 3 bis < 5 % (zahlreiche Exemplare) |
.4m | 3 bis < 5 % (sehr zahlreiche Exemplare) |
1 | 5 bis < 15 % |
2 | 15 bis < 25 % |
3 | 25 bis < 35 % |
4 | 35 bis < 45 % |
5− | 45 bis < 50 % |
5+ | 50 bis < 55 % |
6 | 55 bis < 65 % |
7 | 65 bis < 75 % |
8 | 75 bis < 85 % |
9 | 85 bis < 95 % |
10 | 95 bis 100 % |
3.4 Zeitpunkt der Vegetationserfassung
Der Zeitpunkt der floristischen Aufnahme liegt abhängig von der angebauten Kultur ca. 4 – 6 Wochen vor dem erwarteten Erntetermin (außer Raps) und nach der letzten Maßnahme zur Kontrolle der Segetalflora (z. B. Herbizidanwendung oder Striegeln). Die dann noch vorhandenen bzw. neu keimenden Segetalarten können teilweise vor der Ernte der Kulturpflanze zur Blüte und ggf. zur Samenreife kommen und damit einen Beitrag zur Auffüllung der Samenbank im Boden der Ackerfläche leisten.
Stark variierende Kartierungszeitpunkte innerhalb derselben Kultur sind problematisch, da dann die Abundanzwerte untereinander nicht mehr vergleichbar sind. Folgende Zeitpunkte sind für die Vegetationserfassung in verschiedenen Kulturen auf Grundlage langjähriger Erfahrungen anzustreben und regional anzupassen:
● Winterraps: Anfang April bis Anfang Juni oder Kartierung auf der Rapsstoppel ab Juli,
● Wintergetreide: ab Mitte Mai bis Mitte/Ende Juni,
● Sommergetreide: Mitte Juni bis Ende Juli,
● Hackfrüchte (z. B. Mais, Zuckerrüben, Kartoffeln): Mitte/Ende Juni bis Anfang August,
● großkörnige Leguminosen (z. B. Ackerbohne, Lupine): Juni bis Juli.
Insbesondere in dichterer Vegetation im späten Frühjahr bzw. im Sommer, wenn sich vermehrt Wildschweine auf den Äckern aufhalten (z. B. in Raps- oder Maisbeständen), ist bei der Kartierung auf ausreichenden Arbeitsschutz zu achten. Das kann neben Schutzkleidung in Signalfarben auch Schrecksysteme, Drohnenbefliegungen und ggf. die Kartierung in 2er-Teams einschließen.
4 Indikatoren
Der durch das Monitoring generierte Datensatz kann für die Bearbeitung verschiedener Fragestellungen verwendet werden. Dazu gehören u. a. die Analyse der Verbreitung und Abundanz einzelner Segetalarten über die Zeit oder die Analyse von für die Segetalarten relevanten Einflussgrößen mit (generalisierten) gemischten Modellen (GLMM). Das Ziel des Monitoringkonzepts ist es aber, deutschlandweit Aussagen zum Zustand und zur Entwicklung der Diversität der Segetalflora auf Äckern zu generieren, die in Form von Indikatoren berichtet werden. Ein Indikator ist z. B. die Zahl der Segetalarten pro Ackerfläche, differenziert nach ökologischen Gruppen (z. B. fakultative und obligatorische Segetalarten) sowie nach gefährdeten Arten der Roten Liste. Zudem sollen die Abundanzen der Einzelarten berichtet werden. Klassischerweise wurden hierzu Indizes wie der Eveness-Index, der Simpson-Index oder der Shannon-Wiener-Index genutzt, die jeweils einen Fokus auf unterschiedliche Aspekte der Diversität (z. B. Frequenz, Abundanz) legen. Diese Indizes haben allerdings aus unserer Sicht den Nachteil, dass ihre Skalen nicht intuitiv interpretierbar sind und jeder Index-Wert auf unterschiedliche Weise generiert werden kann. So können bspw. mit unterschiedlichen Artenzahlen gleiche Werte des Shannon-Wiener-Indexes errechnet werden. Der Einsatz von Diversitätsprofilen (diversity profiles) ermöglicht dabei eine kombinierte und leicht zu interpretierende Darstellung der Ergebnisse (Chao et al. 2014). Dabei werden zunächst die „rohen“ Indizes wie z. B. der Shannon-Wiener-Index berechnet. Diese Werte werden dann wieder in Artenzahlen umgerechnet, sog. Hill Diversities oder True Diversities. Dies geschieht unter der Annahme, dass alle Arten gleichverteilt auftreten. Diversity profiles ermöglichen die Darstellung mehrerer dieser Indizes in einer Graphik, was einen umfassenden Überblick über verschiedene Aspekte der Diversität (z. B. Vergleich von häufigen mit selteneren Arten) ermöglicht. Insbesondere bei der Segetalflora dominieren oft sehr wenige Arten aufgrund hoher Deckungen die Diversität, was dieser Aufsplitterung in der Darstellung zusätzlichen Wert gibt. Mit diesem Ansatz lassen sich somit Artenzahlen normieren und die Werte der Diversität können bspw. über verschiedene Kulturen miteinander verglichen werden. Die Indikatoren werden für Deutschland getrennt nach Bewirtschaftungsweise und Hauptkulturen berichtet. Zusätzlich können anhand des Monitorings auch Aussagen zur Ausbreitung einzelner relevanter Arten wie Neophyten, Ungräser und seltener Arten getroffen werden.
5 Daten- und Qualitätsmanagement
Eine digitale Lösung zur Aufnahme der Vegetationsdaten im Gelände kann sinnvoll sein, um eine einfache und einheitliche Datenerfassung zu ermöglichen. Um eine gleichbleibend hohe Qualität der Datenerhebung und eine Einheitlichkeit der Kartierungen über ganz Deutschland hinweg sicherzustellen, soll ein regelmäßiges Qualitätsmanagement der erhobenen Daten erfolgen. Dazu gehören jährlich wiederkehrende Schulungen und Treffen der Kartiererinnen und Kartierer, um ggf. auftretende Probleme zu diskutieren und Erfahrungen auszutauschen.
6 Diskussion
Das hier vorgestellte Monitoring soll den Zustand und die Entwicklung der floristischen Diversität unter den gegebenen Managementbedingungen auf Ackerflächen in Deutschland darstellen. Die aus dem Monitoring abgeleiteten Indikatoren zur Segetalflora können auf Basis der national erhobenen Daten berichtet und für die Bewertung verschiedener gesellschaftlicher und politischer Initiativen zur Förderung der Biodiversität auf Ackerflächen verwendet werden. Möglich wäre z. B. eine Aufnahme des Indikators „Segetalflora“ in das Indikatorenset der Nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt oder eine Integration in den Nationalen Aktionsplan Pflanzenschutz. Da Segetalarten Nahrung und Habitate für verschiedene Tiergruppen bieten, ist ihr Auftreten eng mit deren Diversität korreliert (Marshall et al. 2003; Balfour, Ratnieks 2022). Es konnte z. B. gezeigt werden, dass die Diversität blühender Pflanzen die Diversität von Wildbienen, Schmetterlingen und Schwebfliegen indiziert (Segre et al. 2023). Darüber hinaus eignet sich die Segetalflora auch als Indikator für das Mikrobiom der Rhizosphäre (Fanfarillo et al. 2023).
Das in verschiedenen agrarpolitischen Strategien festgehaltene Ziel der Förderung des ökologischen Landbaus kann ebenfalls eng mit dem hier vorgeschlagenen Konzept verknüpft werden, da z. B. eine potenzielle Erhöhung der Fläche des ökologischen Landbaus (EU-Farm-to-Fork-Strategie) im Rahmen der geplanten Stichprobenauswahl berücksichtigt wird. Somit können Trends in der Diversität der Segetalflora, die auf entsprechende Änderungen in der Landnutzung zurückzuführen sind, dargestellt und differenziert analysiert werden. Zusätzlich können anhand des Monitorings auch Aussagen zur Aus- und Verbreitung einzelner Arten wie invasiver oder seltener Arten getroffen werden.
Die beiden vorgestellten Optionen für die Flächenstichprobe bieten unterschiedliche Vorteile: Option 1 erlaubt durch die flexible Wahl der Stichprobenflächen eine Fokussierung auf die Hauptkulturen. Bei Option 2 ergeben sich durch die Nutzung der bereits existierenden bundesweit repräsentativen Stichprobenflächen, auf denen auch das HNV-Farmland-Monitoring, das Monitoring häufiger Brutvogelarten und das in Erprobung befindliche ÖSM (Ackermann et al. 2020) stattfinden, methodische und inhaltliche Synergien. Während sich das HNV-Farmland-Monitoring auf die Erfassung der Segetalarten artenreicherer Ackerflächen mit ausgewählten Kennarten beschränkt, sieht das hier vorgestellte Monitoringkonzept explizit auch eine Erfassung auf intensiv bewirtschafteten, artenarmen Flächen sowie die Kartierung des gesamten Spektrums der Segetalflora vor. So würden sich bei Nutzung einer gemeinsamen Flächenstichprobe (Option 2) beide Monitoringansätze wechselseitig ergänzen und es ergäbe sich ein signifikantes Einsparpotenzial hinsichtlich der Organisation und Durchführung. Auch wären die im ÖSM erfassten Informationen zur Struktur und Fragmentierung der Landschaft und zur Biodiversität angrenzender Ökosysteme für die Interpretation der Ergebnisse des Monitorings der Segetalflora hilfreich.
Die Implementierung des entwickelten Monitoringansatzes und die damit verbundenen Kosten können zum jetzigen Zeitpunkt nur skizziert werden. Die Vegetationsaufnahmen sollten in den Bundesländern durch freiberufliche Vegetationskundlerinnen und -kundler erfolgen. Auf Basis von Erhebungen auf rund 80 Ackerflächen in Niedersachsen und Brandenburg, die im Rahmen einer Pilotphase durchgeführt wurden, ergibt sich bei der praktischen Umsetzung des Monitorings ein Zeitbedarf von ungefähr 3 h/Fläche für konventionell bewirtschaftete Schläge und von ca. 5 h/Fläche für ökologisch bewirtschaftete Schläge (inkl. Wege- und Rüstzeiten). Zusätzliche Kosten entstehen zudem für jährliche Kartierungsschulungen, die Bereitstellung eines webbasierten Dateneingabetools und Reisemittel. Abhängig von der verfolgten Option (1 oder 2) ergeben sich wie oben beschrieben Synergien in Hinblick auf den Zeitaufwand und die Kosten.
7 Ausblick
Das hier vorgestellte Monitoringkonzept bietet die Möglichkeit, wissenschaftlich belastbare Aussagen zur Entwicklung der Segetalflora unter dem Einfluss der derzeitigen und zukünftigen landwirtschaftlichen Produktion, des Landnutzungs- und des Agrarstrukturwandels und des Klimawandels zu generieren. Die Ergebnisse des Monitorings sollten systematisch in bestehende, zentrale Datenbanken und -repositorien für nationale Biodiversitätsdaten einfließen. Mit dem Monitoring können bundesweite Entwicklungen in der Landnutzung sowie die Wirksamkeit von Biodiversitätsförderprogrammen evaluiert und Vorschläge zu deren Verbesserung abgeleitet werden. Vor dem Hintergrund der Diskussionen um notwendige und praktikable Wege zur Sicherung einer nachhaltigen Landnutzung mit hoher Artenvielfalt könnte das hier vorgestellte Monitoring wichtige Grundlagen für die Entwicklung von künftigen Landnutzungsstrategien liefern.
8 Literatur
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Ackermann W., Fuchs D., Tschiche J. (2020): Ökosystem-Monitoring auf bundesweit repräsentativen Stichprobenflächen (ÖSM-I). BfN-Skripten 586. Bundesamt für Naturschutz. Bonn: 95 S. DOI: 10.19217/skr586
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Balfour N.J., Ratnieks F.L. (2022): The disproportionate value of ‘weeds’ to pollinators and biodiversity. Journal of Applied Ecology 59(5): 1.209 – 1.218. DOI: 10.1111/1365-2664.14132
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Bruelheide H., Jansen F. et al. (2022): Mindestanforderungen an ein Monitoring von Gefäßpflanzenarten auf den bundesweit repräsentativen Stichprobenflächen. Natur und Landschaft 97(6): 289 – 299. DOI: 10.19217/NuL2022-06-03
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Chao A., Chiu C.-H., Jost L. (2014): Unifying species diversity, phylogenetic diversity, functional diversity, and related similarity and differentiation measures through hill numbers. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics 45(1): 297 – 324. DOI: 10.1146/annurev-ecolsys-120213-091540
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Förderung und Dank
Das Monitoringkonzept wurde im Rahmen des Projekts „Nationales Monitoring der biologischen Vielfalt in Agrarlandschaften“ (MonViA) konzipiert. MonViA wird durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) finanziert. Wir bedanken uns herzlich bei den Kolleginnen und Kollegen des Julius-Kühn-Institut (JKI) − Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, die uns bei den Feldaufnahmen im Rahmen der Pilotphase unterstützt haben: Mandy Schweiger, Viviane Baaske, Eike Hinz, Burcu Tankir, Annika Scherb, Werner Löhr und Madeline Küttner. Wir danken außerdem dem ganzen MonViA-Team für die spannende Entwicklungszeit sowie Herrn Armin Benzler (BfN) für einen konstruktiven Austausch zum Monitoringkonzept.
