Eignung unterschiedlicher Monitoring-Methoden als Grundlage zum Risk Assessment für Agrarsysteme : am Beispiel einer biozönologischen Reihenuntersuchung und einer Einzelfallstudie

Toschki, Andreas; Schäffer, Andreas

doi:28709

Eignung unterschiedlicher Monitoring-Methoden als Grundlage zum Risk Assessment für Agrarsysteme : am Beispiel einer biozönologischen Reihenuntersuchung und einer Einzelfallstudie = Suitability of different monitoring methods applied as basis in Risk Assessment for arable landscapes : using a biocoenological serial investigation and a plot design study as examples

Toschki, Andreas (Author)

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Andreas Toschki

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

UmfangXI, 147 S. :Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Schäffer, Andreas (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-06-10

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-25221
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50282/files/Toschki_Andreas.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Monitoring (Genormte SW) ; Spinnen (Genormte SW) ; Käfer (Genormte SW) ; Gentechnisch veränderter Organismus (Genormte SW) ; Milben (Genormte SW) ; Klassifikation (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; Oribatida (frei) ; Carabidae (frei) ; monitoring (frei) ; oribatid mites (frei) ; carabid beetles (frei) ; spiders (frei) ; GMO (frei) ; classifikation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
In der vorliegenden Arbeit wurden über den Vergleich zweier unterschiedlich angelegter Freilandstudien, verschiedene Aspekte der Risikobewertung dargestellt und daraus Rückschlüsse für ein Monitoring von Lebensgemeinschaften in der Agrarlandschaft gezogen. Die erste Studie wurde im Rahmen eines Forschungsprojektes zur Risikobewertung von gentechnisch verändertem Mais durchgeführt. Die zweite Studie wurde ergänzend zu einem Forschungsprojekt zur Bewertung der Auswirkungen von Pflanzenschutzmitteln in der Agrarlandschaft durchgeführt. Studie 1: Effekte des Anbaus von Bt-Mais auf die Lebensgemeinschaften epigäischer Raubarthropoden (Araneae, Carabidae). In einer über drei Jahre laufenden Freilandstudie wurde der Effekt von transgenem Bt-Mais (Mon 810) auf Nichtziel-Arthropoden – Carabiden und Araneen – untersucht. In der Wachstumsperiode, d.h. nach dem Auflaufen des Mais bis zur Ernte, wurden mit Hilfe von Bodenfallen und Fangrahmen die Abundanzen von Carabiden und Araneen in drei verschieden Varianten – (1) Bt-Mais (Mon 810), der das Cry1Ab Protein aus Bacillus thuringiensis exprimiert, (2) der isogenen Linie und (3) der isogenen Linie, die mit Insektizid behandelt wurde – erfasst und verglichen. Die Daten der Abundanzen wurden mittels verschiedener statistischer sowie deskriptiver Methoden ausgewertet, um mögliche Effekte der Varianten deutlich zu machen und deren Stärke beurteilen zu können. Im direkten Vergleich der Varianten wurden nur für das Jahr 2001, sowohl für Carabiden als auch für Araneen deutliche Unterschiede in der Bt-Mais-Zönose festgestellt. Der Unterschied konnte ursächlich auf mikroklimatische Standortunterschiede in den einzelnen Varianten zurückgeführt werden, die als Folge eines starken Maiszünsler-Befalls auftraten. Somit ist diese Veränderung nicht als negativer Effekt des Bt-Mais auf die Nichtziel-Arthropoden gewertet worden. Unabhängig vom Vergleich der untersuchten Sorten konnte ein deutlicher Effekt des mehrjährigen Maisanbaus auf die Ackerzönose festgestellt werden. Studie 2: Klassifikation von Hornmilbenzönosen (Acari, Oribatida) in grasigen Ackerfeldrainen des Biotoptyps ruderale Glatthaferwiese. Im Rahmen einer ökologischen Reihenuntersuchung wurden in den Jahren 2002 und 2003 die Oribatiden-Zönosen im Biotoptyp ruderales Arrhenatheretum untersucht. Die Lebensgemeinschaften grasiger Feldraine sind dabei in drei ausgewählten Agrarräumen Deutschlands – (1) Jülicher Börde (2) Leipziger Tieflandsbucht und (3) Raum Mainfranken – erfasst worden. Es galt dabei, die Zönose der Oribatiden mit den Lebensgemeinschaften der Vegetation und anderer Arthropoden-Gruppen (Araneen, Carabiden) synökologisch zu verknüpfen und darauf basierend, gemeinsame Biozönose-Standort-Einheiten zu typisieren. Es konnten insgesamt 67 Oribatiden-Arten mit unterschiedlicher Stellung in der Biozönose nachgewiesen werden. Als Ergebnis der taxonübergreifenden, qualitativ-ökologischen Auswertung sind insgesamt 17 Biozönose-Standort-Einheiten klassifiziert worden. Zur Differenzierung dieser Einheiten wurden insgesamt 27 Differentialartengruppen sowie neun Grundartengruppen verwendet. Es konnten 18 Artengruppen mit Beteiligung von Oribatiden-Arten festgestellt werden. Die typisierten Biozönosen korrelieren signifikant mit edaphischen Parametern, dabei sind vor allem Bodentyp, Nährstoffgehalt und Bodenfeuchte als maßgebliche Faktoren anzuführen. Weitere bestimmende Größen sind Klima- sowie Nutzungsunterschiede. Durch multivariate statistische Analyse konnten die Ergebnisse der qualitativen Auswertung gestützt werden. Die Verteilung der Oribatiden-Arten im ökologischen Standortgradienten war ähnlich zu der von Carabiden und Araneen. Eine grundlegend abweichende Einnischung, zu der von epigäischen Arthropoden-Gruppen konnte nicht festgestellt werden. Von den gesetzlichen Vorgaben ausgehend, wurden die ökologischen Anforderungen an ein Monitoring von Lebensgemeinschaften in der Agrarlandschaft dargestellt. Es galt, die Anforderungen aus den unterschiedlichen Ergebnissen der durchgeführten Studien abzuleiten. So wurden mit den verwendeten Methoden – ökologische Reihenuntersuchung und Plot Design – qualitativ unterschiedliche Datensätze erzeugt, deren Vor- und Nachteile für die Risikobewertung aufgezeigt und diskutiert werden. Als Referenz für die Bewertung schädlicher Veränderungen der Biodiversität wird der gute ökologische Zustand gesehen. Die Definition dieser Systemgröße für die verschiedenen Agrarlebensräume wird dabei als zentrale Aufgabe eines iterativen, sich ergänzenden Monitoring-Prozesses im Risk Assessment gesehen. Für diesen Prozess wird insbesondere Wert auf eine nachhaltige Verknüpfung von retrospektivem und prospektivem Risk Assessment gelegt. Die Herausforderung dabei ist, die im Freiland vorkommenden, natürlichen Varianzen von Arten und Artengemeinschaften von den Varianzen eines schädlichen Effektes zu trennen. Mit diesem Hintergrund wurde diskutiert, welche Endpunkte von Agrarzönosen und somit auch welche der verwendeten Methoden sich für die Effektbewertung eignen bzw. wie sich die Erheblichkeit eines Effektes in einer Zönose darstellen lässt. Die Definition eines guten ökologischen Zustandes dient als Referenzwert für die Bewertung von Beeinträchtigungen, der gleichermaßen für alle Bereiche des Risk Assessments in Agrarlebensräumen genutzt werden kann. Eine Angleichung der Vorgehensweise für die verschiedenen Themenfelder – Zulassung und Monitoring von GVO bzw. Pestiziden, Umweltverträglichkeitsprüfung etc. – wird vorgeschlagen. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass die Möglichkeit zur Erkennung von relevanten Effekten im Zentrum einer Risikobewertung stehen sollte, da sie von besonderer Bedeutung für den anschließenden Bewertungsprozess ist.

Two field trial approaches were conducted to show different aspects of Risk Assessment and to derive conclusions for monitoring of biodiversity in arable landscapes. The first study was part of a research project concerning Risk Assessment of genetically modified maize. The second study was complementary to a research project to evaluate the impact of pesticides in arable landscapes.Study 1: Effects of cultivation of genetically modified Bt maize on epigeic arthropods (Araneae; Carabidae). A field study was conducted in Germany to determine the possible effects of transgenic maize cultivation on nontarget epigeic predator organisms. During the growing period of 2001-2003, the activity abundances of spiders and carabid beetles were recorded with pitfall traps and box traps and compared in three treatments: (1) Bt-maize (Mon 810) expressing the Cry1ab protein from Bacillus thuringiensis (Berliner), (2) an isogenic variety, and (3) the isogenic variety treated with insecticide. The results were evaluated using statistical and descriptive methods to address and appraise possible effects of treatments. Significantly different activity abundances in Bt plots compared with isogenic control plots were observed both for spiders and carabid beetles during 2001. However, in 2002 and 2003, no changes in community structure were detectable in any of the treatments. The change in the first year may have been caused by the influence of a massive cornborer infestation and accompanying large changes in microclimatic factors. Therefore the effect can not be classified as a detrimental effect of Bt-maize on non-target arthropods. Independent from this result, a clear shift in community structure could be found as a result of the exclusive cultivation of maize over the study period.Study 2: Classification of beetle mite coenoses (Acari, Oribatida) in grassy field margins of the habitat type ruderalised tall oat grass meadow´Complementary to an ecological serial investigation the Oribatid-community in the habitat “ruderalised Arrhenatheretum” was surveyed. Three different arable areas in Germany (1) Jülicher Börde (2) Leipziger Tieflandsbucht and (3) Mainfranken were selected. The aim was to link and combine the coenoses of oribatid mites synecologically with those of plants and other arthropod groups (Araneae, Carabidae) and to typify joint biocoenose/site units. 67 oribatid mite species with different positions in the community could be identified. As a result of the synoptical qualitative ecological evaluation with all taxa 17 biocoenose/site units could be classified. For the classification of the units 27 differential groups and nine fundamental groups were used. Therefrom 18 groups of species contained oribatid mites. The typified biocoenoses were significantly correlated with edaphic parameters i.e. soil typ, nutrition content, moisture as the dominant factors. Other determining factors were differences in climate and modality of land use. The results of the qualitative evaluation could be supported with multivariate statistical analyses. The distribution of oribatid mites within the gradient of environmental parameters was similar to those of Carabids and Aranees. A significantly different annidation to those of epigeic predators could not be found. According to the legal regulation, the ecological requirements for monitoring communities in arable landscapes were described. The requirements were derived from the results of the conducted studies. With the two different approaches - ecological serial investigation and plot design - were generated two different sets of data. The advantages and disadvantages of these qualitative different data types for Risk Assessment were evaluated. The good ecological status should be used as a reference to assess detrimental changes of biodiversity. The definition of this status for the different arable land-types is one of the key issues for further development of monitoring for Risk Assessment. Furthermore the utmost importance of combination of retrospective and prospective Risk Assessment is shown. The challenge is to discover detrimental effects within the natural variance of species and communities in the field. Against this background, it was discussed which methods and endpoints of coenoses in arable landscapes are suitable to demonstrate the relevance of detrimental effects on coenoses best. The definition of good ecological status provide a reference for the assessment of impairments in arable biotopes suitable for all different fields of Risk Assessment. It was proposed to harmonise the approaches for the different topics, i.e. introduction and monitoring of GMOs and pesticides, Environmental impact assessment, etc. The possibility to percept relevant effects is of utmost importance and should be the central point in Risk Assessment.

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