Ursachen für Insektenrückgänge in Grünland und Wald sind auf Landschaftsebene zu finden

Originaltitel: Arthropod decline in grasslands and forests is associated with drivers at landscape level

Seibold, S., M. M. Gossner, N. K. Simons, N. Blüthgen, J. Müller, D. Ambarli, C. Ammer, J. Bauhus, M. Fischer, J. C. Habel, K. E. Linsenmair, T. Nauss, C. Penone, D. Prati, P. Schall, E.-D. Schulze, J. Vogt, S. Wöllauer and W. W. Weisser.

Nature
DOI:10.1038/s41586-019-1684-3
www.nature.com/articles/s41586-019-1684-3

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1. Zusammenfassung der Studie und der Ergebnisse

Methodik:

Die Daten wurden im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzierten Projekts „Biodiversitäts-Exploratorien“ (https://www.biodiversity-exploratories.de/) erhoben, das drei Regionen in Deutschland abdeckt: Schwäbische Alb (Baden-Württemberg), Hainich-Dün (Thüringen) and Schorfheide-Chorin (Brandenburg). Arthropoden, also Insekten und Spinnen, wurden von 2008 bis 2017 jährlich im Juni und August auf 150 Grünlandflächen mittels standardisierter Kescherfänge erfasst. Im Wald wurde Flugfensterfallen eingesetzt, die fliegende Insekten über die gesamte Vegetationsperiode hinweg sammeln. Jährliche Daten für 2008 bis 2016 liegen für 30 Waldbestände vor. Weitere 110 Waldbestände wurden 2008, 2011 und 2014 besammelt, um Trends in den Insektenbeständen über eine größere Anzahl Flächen testen zu können. 

Die Grünland- und Waldflächen bilden je einen Gradienten der lokalen Landnutzungsintensität: von extensiv bewirtschafteten Schafweiden zu intensiv gedüngten Mähwiesen und von unbewirtschafteten Buchenbeständen zu bewirtschafteten Nadelholz-Altersklassenbeständen. Die lokale Landnutzungsintensität wurde durch Indices beschrieben, die im Grünland die Intensität der Beweidung, Mahd und Düngung, und im Wald die Menge geernteter Biomasse, den Anteil nicht-standortheimischer Baumarten und die Herkunft des Totholzes (natürlich oder durch Holzernte) berücksichtigen. Landnutzungsintensität in der umgebenden Landschaft wurde über den Anteil an Acker, Grünland und Wald in 1 km Umkreis quantifiziert.

Ergebnisse:

In Summe wurden über eine Million Individuen erfasst, darunter etwa 2700 Arthropodenarten. Auf Artniveau bestimmt wurden im Grünland Käfer, Wanzen, Zikaden, Heuschrecken und Spinnen und im Wald Käfer und Wanzen.

Grünland:

  • Die Biomasse (= das Gesamtgewicht aller Individuen), Individuenzahl und Artenzahl pro Fläche, sowie die Gammadiversität (= Gesamtartenzahl über alle Grünlandflächen hinweg pro Jahr) nahmen während des Untersuchungszeitraums signifikant ab.
  • All trophischen Gruppen nahmen ab (trophische Gruppen: Herbivoren = Pflanzenfresser, Prädatoren = räuberische Arthropoden; Omnivore = fressen pflanzliche und tierische Nahrung; Myceto-Detritivore = fressen Pilze oder tote Biomasse); für räuberische Arthropoden war dieser Trend jedoch nicht signifikant.
  • Die Biomasse und Artenzahl war auf intensive bewirtschafteten Flächen niedriger war als auf extensive bewirtschafteten Flächen. Die lokale Landnutzungsintensität (also Intensität der Beweidungs, Mahd und Düngung) hatte jedoch keine Einfluss auf die Richtung und Stärke des zeitlichen Trends.
  • Der Rückgang der Artenzahl nahm signifikant mit dem Anteil an Ackerland in der Umgebung zu. Das heißt, mehr Arten verschwanden auf Flächen, die von viel Ackerland umgeben waren als auf Flächen, die von wenig Ackerland umgeben waren.
  • Sowohl Arten mit geringer, als auch Arten mit starker Ausbreitungsfähigkeit nahmen in Biomasse, Individuenzahl und Artenzahl ab. Arten mit geringer Ausbreitungsfähigkeit gingen besonders auf Flächen mit hohem Ackeranteil in der Umgebung zurück.

Wald:

  • Die Biomasse, Artenzahl pro Fläche und die Gammadiversität (= Gesamtartenzahl über alle Waldflächen hinweg pro Jahr) nahmen während des Untersuchungszeitraums signifikant ab. Der zeitliche Trend für die Individuenzahl war zwar auch negativ, jedoch nicht statistisch signifikant.
  • Myceto-/detritivore, omnivore und räuberische Artengruppen gingen zurück.
    Herbivore nahmen mit der Zeit zu.
  • Die Stärke der zeitlichen Trends war unabhängig von der lokalen Landnutzungsintensität. Allerdings war der Rückgang in der Artenzahl auf Flächen schwächer, auf denen natürliche oder menschliche Faktoren zum Absterben von Bäumen geführt hatten. Der Grund hierfür ist vermutlich eine höhere Vielfalt an Lebensräumen (z.B. mehr Totholz, höhere Deckung der Krautschicht, stärkere Besonnung).
  • Der Anteil an Acker und Grünland in der Umgebung hatte keine Effekt auf die zeitlichen Trends der Insekten. Allerdings war die Spannbreite dieser Variablen für Waldflächen geringer (0-30%) als für Grünlandflächen (0-90%), sodass ihre statistische Aussagekraft als begrenzt angesehen werden muss.
  • Arten mit starker Ausbreitungsfähigkeit nahmen über die Zeit ab. Arten mit geringer Ausbreitungsfähigkeit nahmen hingegen über die Zeit zu.

Schlussfolgerungen:

  • Der Rückgang der Arthropodenbestände betrifft nicht nur Offenlandlebensräume sondern auch Wälder.
  • Arthropod haben nicht nur in ihrer Biomasse abgenommen, sondern auch in Individuenzahl, Artenzahl und Gammadiversität. Dies weist darauf hin, das Populationen kleiner werden, was zum Verschwinden mancher Arten aus ganzen Region führt.
  • Der Rückgang der Arthropodenbestände betrifft alle trophischen Gruppen außer den Herbivoren in Wäldern.
  • Die lokale Landnutzungsintensität erklärt die Stärke der Rückgänge nicht. Es gib jedoch Hinweise darauf, dass ein Anstieg an Lebensraumvielfalt in Wäldern die Rückgänge dämpft.
  • Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Ursachen der Arthropodenrückgänge im Grünland mit der Landwirtschaft, insbesondere Ackerbau, in der umgebenden Landschaft zusammenhängen. Die Ursachen der Rückgänge im Wald bleiben jedoch unklar. Dass jedoch vor allem Arten mit starker Ausbreitungsfähigkeit rückläufig sind, deutet darauf hin, dass auch im Wald die Ursachen der Rückgänge auf Landschaftsebene zu finden sind.

2. Was kann nun getan werden?

Empfehlungen für Wissenschaft und Monitoring:

  • Bestehende Studien und Monitoringprogramme fokusieren stark auf einzelne Lebensräume oder Regionen. Benötigt wird ein nationales oder internationales Monitoringprogramm, dass alle wichtigen Lebensraumtypen sowie Gradienten der Landnutzungsintensität auf lokaler Ebene und Landschaftsebene berücksichtigt. Methoden sollten mit bestehenden Programmen (z.B. Entomologischer Verein Krefeld, Biodiversity Exploratories, etc.) abgestimmt werden, um die Vergleichbarkeit der Daten zu gewährleisten.

  • Bisherige Erkenntnisse zu den Ursachen der Insektenrückgänge sind dadurch beschränkt, dass Daten zu potential Einflussfaktoren fehlen. Wissenschaftliche Studien, inklusive Experimente auf Landschaftsebene, sind nötig, um die Ursachen der Insektenrückgänge zu identifizieren. Außerdem sollten Daten der Behörden, z.B. zu Pestizideinsätzen, der Wissenschaft zugänglich gemacht werden.

Empfehlungen für den praktischen Naturschutz:

  • Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Ursachen der Arthropodenrückgänge auf Landschaftsebene wirken. Das bedeutet, dass Naturschutzmaßnahmen auf größerer Ebene – Region, Land oder EU – koordiniert werden müssen und dass Regelungen von EU bis Länderbene angepasst werden müssen. Außerdem, müssen lokale Naturschutzmaßnahmen die umgebende Landschaft stärker einbeziehen.

  • Der individuelle Beitrag verschiedener Einflussfaktoren zu den Rückgänge der Arthropoden bleibt unklar. Trotzdem können basierend auf den bestehenden Erkenntnissen folgende Empfehlungen gegeben werden, um dem Rückgang der Arthropoden entgegenzuwirken:

    • Weniger Einsatz von Pestiziden; kein Einsatz von Pestiziden innerhalb und in der Umgebung von Schutzgebieten.

    • Grünlandbewirtschaftung sollte desyncronisiert werden, d.h. eine Grünlandfläche nicht komplett zur gleichen Zeit mähen oder nicht alle Grünlandflächen in einem Gebiet zur gleichen Zeit mähen

    • Lebensraumverfügbarkeit in landwirtschaftlichen Räumen erhöhen, z.B. in Form von Brachen, Feldrändern, Hecken, etc.; Diese Lebensräume sollten mehrere Jahre Bestand haben, damit sie von Insekten besiedelt und genutzt werden können. Wenn Saatgutmischungen verwendet werden, sollten heimische Arten und autochthones Saatgut verwendet werden.

    • “Landschaftsdiversität” erhöhen, also möglichst verschiedene Landnutzungsformen und Feldfrüchte nebeneinander; Größe von Flächen mit einheitlicher Landnutzung bzw. mit gleicher Feldfrucht möglichst reduzieren, da durch Randstrukturen entstehen.

    • Stickstoffeinträge reduzieren, insbesondere innerhalb und im Umfeld von Schutzgebieten.

    • Waldbewirtschaftung sollte Lebensraumvielfalt erhalten und erhöhen; insbesondere Lücken im Kronendach und ausreichende Totholzvorräte sind wichtig für die Biodiversität von Insekten.

    • Natürliche Störungen (z.B. durch Windwurf, Trockenheit, Insekten, Feuer, Schneebruch oder Überschwemmungen) können helfen, Lebensraumvielfalt zu erhöhen und wieder herzustellen; Verzicht auf Räumung betroffener Flächen, also das Belassen geschädigter Bäume im Wald, sollte gefördert werden, insbesondere in Laubholz- oder Kiefernbeständen, wo keine Insektenmassenvermehrungen zu befürchten sind.

  • Räumliche Fokusierung von Maßnahmen:

    • Um eine Flächenwirkung der Maßnahmen zu erreichen, muss die Landnutzung auf der gesamten Fläche so angepasst werden, dass negative Auswirkungen auf Insekten reduziert werden und mehr Lebensraum geschaffen wird.

    • Innerhalb von Schutzgebieten, sowie in ihrer Umgebung, müssen Maßnahmen intensiviert und ausgedehnt werden, um Pufferzonen zu schaffen und um Lebensraumverfügbarkeit und Konnektivität zu erhöhen.

  • Was jeder Einzelne tun kann:

    • Unsere Ergebnisse weißen darauf hin, dass die Ursachen der Arthropodenrückgänge auf Landschaftsebene wirken und – zumindest für Grünland – mit landwirtschaftlicher Nutzung in Zusammenhang stehen. Das Hauptaugenmerk der Maßnahmen sollte daher darauf liegen, Landnutzungspraktiken zu ändern. Jeder Einzelne ist jedoch Konsument und kann durch sparsameren Umgang mit Ressourcen den Druck auf Ökosysteme reduzieren. Insbesondere sollte durch verstärkte Nachfrage nach Nahrungsmitteln, die unter Berücksichtung von Naturschutzaspekten produziert wurden, die Absatzmöglichkeiten verbessert werden.

    • Gärten, Firmengelände und öffentliche Grünflächen (z.B. Weg- und Straßenränder, Parks, etc.) sollten stärker nach ökologischen Gesichtspunkten bewirtschaftet und gestaltet werden: z.B. seltener mähen, heimische Pflanzen, Totholz belassen, etc.

3. Weitere Fragen

Werden irgend wann keine Insekten mehr übrig sein?

  • Wir beobachten gegenwärtig den Rückgang lokaler Populationen, der mittelfristig zum Aussterben von Arten führen kann.

  • Das Aussterben aller Insektenarten ist unwahrscheinlich, da manche Arten weniger unter den Ursachen der Insektenrückgänge leiden und möglicherwiese sogar davon profitieren, dass sie weniger Konkurrenz durch andere Insektenarten haben.

Spielt es eine Rolle, wenn Insekten weniger werden? Was sind die möglichen Auswirkungen der Insektenrückgänge?

  • Insekten und Spinnen stellen 2/3 aller Tierarten.

  • Insekten sind zentrale Bestandteile von Nahrungsnetzen und Ökosystemen im Allgemeinen. Sie spielen eine wichtige Rolle für Ökosystemprozesse wie z.B. Bestäubung und Abbau und dadurch für Ökosystemdienstleistungen wie z.B. Nahrungsmittelproduktion, Bodenfruchtbarkeit und Schädlingsbekämpfung.

  • The Bedeutung jeder einzelnen Art ist schwer zu quantifizieren und manche Arten sind möglicherweise funktional redundant, d.h. sie erfüllen ähnliche Funktionen. Die Redundanz von Arten spielt eine große Rolle für die Stabilität von Ökosystemen, da funktional redundante Arten trotzdem unterschiedlich auf Schwankungen und Veränderungen in den Umweltbedingungen reagieren können. Der beobachtete Rückgang der Arthropoden betrifft jedoch eine Vielzahl an Arten und somit die Artenvielfalt und Gesamtbiomasse. Deshalb ist es sehr wahrscheinlich, dass diese Rückgänge unmittelbare Auswirkungen auf Ökosysteme haben.

Wie vertrauenswürdig sind die beobachteten Trends und Muster?

  • Um zu testen, ob die Biomasse, Individuenzahl und Artenzahl pro Jahr und Versuchsfläche zurückgegangen ist, haben wir gemischte lineare Modelle verwendet. Diese Art der Statistik berücksichtigt Daten aller Jahre und hängt dadurch vom Beobachtungszeitraum ab. Das heißt, der Trend und die errechnete prozentuale Veränderung ändert sich mit jedem Jahr, das dazukommt oder weggenommen wird. In der ausgewerteten Zeitreihe (Grünland: 2008-2017; Wald: 2008-2016) wurden im Jahr 2008 besondere hohe Insektenzahlen gefunden, sodass 2008 das Jahr mit dem größten Effekt auf den Gesamttrend war. Wir sind aus mehreren Gründen davon überzeugt, dass die von uns vorgestellten Trends und Ergebnisse Teil eines echten langfristen Rückgangs der Arthropoden darstellen:  

    • Die Gammadiversität (= Gesamtartenzahl je Jahr über alle Grünland- bzw. Waldflächen hinweg) wurde über ein bootstrapping-Verfahren berechnet, das neben dem Mittelwert der Gammadiversität auch Konfidenzintervalle liefert. Für den Test, ob es statistisch signifikante zeitliche Veränderung in der Gammadiversität gab, reicht es zu vergleichen, ob Konfidenzintervalle nicht übelappen. Der Vergleich zeigt, dass es nicht nur im Vergleich zum Jahr 2008 einen Rückgang gab, sondern dass die Rückgänge über mehrere Jahre erfolgten: im Grünland vor allem in den ersten drei Jahren, im Wald über die gesamte Zeitreihe hinweg.

    • Temperaturen und Niederschläge waren ähnlich in 2008 und mehreren späteren Jahren. Trotzdem zeigten diese späteren Jahre mit ähnlicher Witterung wie in 2008 niedrigere Insektenzahlen. Es gibt somit keinen Hinweise darauf, dass die hohen Insektenzahlen 2008 auf außerordentliche Witterungsbedingungen zurückzuführen sind.

    • Die Bewirtschaftung der Versuchsflächen erfolgte unterbrechungslos durch die Landeigentümer oder Pächter. Es kam somit durch den Start des Projekts zu keinen systematischen Veränderungen in der Landnutzung. Dadurch dass die wissenschaftlichen Aktivitäten in Umfang und Ausdehnung stark begrenzt sind, betrachten wir es als sehr unwahrscheinlich, dass die wissenschaftlichen Aktivitäten größere Auswirkungen auf die Insektenpopulationen hatten. 

    • Ein sehr wichtiger Grund, warum wir der Meinung sind, dass die von uns beobachteten Trends und Muster real sind, sind starke Parallelen in unserer Zeitreihe und der Zeitreihe des Krefelder Entomologischen Vereins (Hallmann et al. 2017 Plosone): die Biomasse ist in beiden Zeitreihen von 2008 bis 2010 gesunken; daraufhin folgte ein Anstieg im Jahr 2011, der zwar in der Krefelder-Studie stärker ausfällt, aber auch bei uns sichtbar ist, insbesondere im Wald; nach 2011 geht die Biomasse in beiden Zeitreihen dann wieder zurück; Dies ist ein klarer Hinweis, dass unsere Zeitreihe einen realen langfristigen Rückgang der Arthropoden repräsentiert.

  • Eine längere Zeitreihe wäre natürlich wünschenswert. Da die Ergebnisse aber dramatische Rückgänge der Arthropoden zeigen, haben wir uns entschieden, nicht länger zu warten, sondern durch deren Veröffentlichung zu Maßnahmen gegen die Arthropodenrückgänge aufzurufen.

  • Wir sind uns jedoch bewusst, dass zehn Jahre keine extrem lange Zeitreihe darstellen und wollen deshalb darauf hinweisen, dass sich insbesondere der errechnete prozentuale Rückgang mit jedem zusätzlichen Jahr etwas ändern wird. Die errechneten prozentualen Zahlen der Rückgängen sollte daher nicht überbewertet, sondern als eher als grobes Maß verstanden werden. Unbenommen davon sehen wir den Haupterkenntnisgewinn wie folgt:

    • Rückgänge finden sich nicht nur im Grünland, sondern auch im Wald.

    • Die Rückgänge betreffen nicht nur die Biomasse, sondern auch die Individuenzahl (nur im Grünland), die Artenzahl und die Gammadiversität.

    • Die Rückgänge betreffen mit wenigen Ausnahmen alle trophischen Gruppen.

    • Die Stärke der Rückgänge hängt nicht von der lokalen Landnutzungsintensität ab. Im Grünland, wurden jedoch stärkere Rückgänge auf Flächen beobachtet, die zu einem hohen Anteil von Acker umgeben waren.

    • Unterschiede zwischen Artengruppen mit unterschiedlicher Ausbreitungsfähigkeit weisen zusätzlich darauf hin, dass die Ursachen der Rückgänge auf Landschaftsebene wirken.

Könnten die Rückgänge durch den Klimawandel verursacht worden sein?

  • Innerhalb der 10 Jahre der Studie haben wir tatsächlich beobachtet, dass die Wintertemperaturen zugenommen und die Niederschläge während der Vegetationsperiode abgenommen haben.

  • Wir fanden auch Effekte der Witterung auf die Arthropodenzahlen, allerdings waren diese genau entgegengesetzt in Grünland und Wald: Wintertemperaturen und Sommerniederschläge hatten positive Effekte auf Arthropoden im Grünland, jedoch negative Effekt im Wald.

  • Auf Grund dieser Ergebnisse, sind sowohl positive als auch negative Effekt der beobachteten Klimaveränderungen auf die Arthropodenbestände zu erwarten: Im Grünland könnten die wärmeren Winter vorteilhaft für Arthropoden sein, trockenere Sommer sollten sich aber negativ auswirken. Im Wald wäre zu erwarten, dass sich trockenere Sommer positiv, wärmere Winter jedoch negativ auswirken. Wir sind gegenwärtig nicht in der Lage, die Bilanz dieser gegenläufigen Effekte der Klimaänderungen auf Arthropodenbestände zu beurteilen, und somit, ob und wenn ja wie stark, die beobachteten Trends von ihnen beeinflusst wurden.

  • In Berücksichtigung der vorliegenden Ergebnisse, sehen wir es jedoch als sehr unwahrscheinlich an, dass die beobachteten Rückgänge alleine durch Klimaveränderungen verursacht werden.

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