Laufkäfer in Buchenwald und Fichtenforst
AFB I–IIIn einem Mittelgebirge soll geprüft werden, wie sich ein naturnaher Buchenwald und ein benachbarter, gleich alter Fichtenforst in ihrer Laufkäferfauna unterscheiden. Laufkäfer sind überwiegend nachtaktive, am Boden jagende Käfer. M1 zeigt das Fanggerät, M2 die Ergebnisse.
| Art | Buchenwald | Fichtenforst |
|---|---|---|
| Abax parallelepipedus | 40 | 18 |
| Pterostichus oblongopunctatus | 30 | 126 |
| Carabus problematicus | 20 | 6 |
| Nebria brevicollis | 15 | 0 |
| Cychrus caraboides | 10 | 0 |
| Carabus nemoralis | 5 | 0 |
| Summe | 120 | 150 |
- Beschreiben Sie das Vorgehen der Untersuchung (M1) und die Bedingungen, die einen Vergleich der beiden Flächen erlauben.
- Berechnen Sie für beide Flächen die Dominanz der jeweils häufigsten Art und den Simpson-Index (M2).
- Werten Sie die Ergebnisse im Hinblick auf die Biodiversität der Laufkäfer beider Flächen aus.
- Ein Förster argumentiert: „Im Fichtenforst gehen mehr Laufkäfer in die Fallen als im Buchenwald. Für Laufkäfer ist der Forst also mindestens gleichwertig.“ Beurteilen Sie diese Aussage.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Barberfallen sind Becher, die bündig mit der Bodenoberfläche eingegraben werden. Am Boden laufende Tiere stürzen hinein und werden in der Fangflüssigkeit konserviert; ein Dach hält Regen und Laub ab. Die Fänge werden regelmäßig entnommen, die Käfer bestimmt und je Art gezählt — es handelt sich um eine qualitative und quantitative Erfassung. Vergleichbar werden die Flächen, weil auf beiden gleich viele Fallen gleicher Bauart zufällig verteilt, im selben Zeitraum gleich lange betrieben und gleich oft geleert wurden; die Flächen liegen benachbart und sind gleich alt, sodass Klima und Jahreszeit übereinstimmen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Buchenwald (\(N = 120\)): häufigste Art Abax parallelepipedus mit \(40 : 120 \approx 33\,\%\). \(p_i = 0{,}333;\ 0{,}25;\ 0{,}167;\ 0{,}125;\ 0{,}083;\ 0{,}042\); \(\sum p_i^2 \approx 0{,}111 + 0{,}063 + 0{,}028 + 0{,}016 + 0{,}007 + 0{,}002 = 0{,}226\); \(D \approx 0{,}77\).
Fichtenforst (\(N = 150\)): häufigste Art Pterostichus oblongopunctatus mit \(126 : 150 = 84\,\%\). \(p_i = 0{,}84;\ 0{,}12;\ 0{,}04\); \(\sum p_i^2 = 0{,}7056 + 0{,}0144 + 0{,}0016 = 0{,}7216\); \(D \approx 0{,}28\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Im Buchenwald kommen sechs Arten vor, im Fichtenforst nur drei. Im Buchenwald verteilen sich die Individuen relativ gleichmäßig (häufigste Art ein Drittel), im Forst beherrscht eine Art mit 84 % den Fang. Entsprechend ist der Simpson-Index im Buchenwald fast dreimal so hoch: Die Wahrscheinlichkeit, zwei Käfer verschiedener Arten zu ziehen, liegt bei 77 % gegenüber 28 %. Der Buchenwald weist also eine deutlich höhere Artenvielfalt der Laufkäfer auf. Drei Arten fehlen im Forst ganz; sie finden dort offenbar keine geeigneten Bedingungen (z. B. andere Streu, Bodenfeuchte, Beutetiere).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Die Aussage ist nicht haltbar. Die Gesamtzahl gefangener Käfer ist kein Maß für Biodiversität; entscheidend sind Artenzahl und Verteilung, und beide sind im Forst deutlich geringer (\(S = 3\) statt 6, \(D = 0{,}28\) statt \(0{,}77\)). Die hohe Zahl geht fast nur auf eine Art zurück. Zudem messen Barberfallen die Aktivität der Tiere: Käfer, die in lichter, trockener Streu mehr umherlaufen, werden häufiger gefangen, ohne häufiger zu sein. Einschränkend gilt: Es handelt sich um eine Stichprobe aus einem Monat und einer Tiergruppe; für ein Gesamturteil über den Wert des Forstes müssten weitere Monate, Jahre und Organismengruppen untersucht werden. Für Laufkäfer spricht das Ergebnis aber klar gegen die Gleichwertigkeit.
Ein Bach nach der Renaturierung
AFB II–IIIEin begradigter Bach mit befestigter Sohle wurde renaturiert: Er erhielt wieder Kurven, Kiesbänke und beschattende Ufergehölze. Vor der Maßnahme und drei Jahre danach wurden an derselben Stelle zur selben Jahreszeit die wirbellosen Tiere der Gewässersohle aufgenommen (M3). M4 liefert Zusatzinformationen.
| Tiergruppe | vorher | nach drei Jahren |
|---|---|---|
| Zuckmückenlarven | 60 | 15 |
| Wasserasseln | 30 | 5 |
| Schlammröhrenwürmer | 10 | 0 |
| Bachflohkrebse | 0 | 25 |
| Eintagsfliegenlarven | 0 | 25 |
| Köcherfliegenlarven | 0 | 20 |
| Steinfliegenlarven | 0 | 10 |
| Summe | 100 | 100 |
Steinfliegen-, Eintagsfliegen- und Köcherfliegenlarven sowie Bachflohkrebse brauchen kühles, sauerstoffreiches Wasser und einen strukturreichen Grund aus Kies, Steinen und Falllaub. Zuckmückenlarven, Wasserasseln und Schlammröhrenwürmer ertragen Sauerstoffmangel und leben auch in schlammigem Grund.
\(H = -\sum p_i \cdot \ln p_i\), \(E = H : \ln S\) · \(\ln 0{,}6 \approx -0{,}51\) · \(\ln 0{,}3 \approx -1{,}20\) · \(\ln 0{,}1 \approx -2{,}30\) · \(\ln 3 \approx 1{,}10\) · \(\ln 6 \approx 1{,}79\)
Nach drei Jahren: \(H \approx 1{,}68\), \(E \approx 0{,}94\).
- Nennen Sie die drei Ebenen der Biodiversität und die Ebene, die mit der Untersuchung in M3 erfasst wird.
- Bestimmen Sie den Shannon-Index und die Evenness für die Probe vor der Renaturierung (M3, M4).
- Interpretieren Sie die Veränderungen in Artenzusammensetzung und Diversität (M3, M4).
- In der Lokalzeitung heißt es: „Drei Jahre nach der Renaturierung ist die Biodiversität des Baches vollständig wiederhergestellt.“ Nehmen Sie zu dieser Aussage Stellung.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Genetische Vielfalt (Allelvielfalt innerhalb einer Art), Artenvielfalt und Vielfalt der Ökosysteme. M3 erfasst die Artenvielfalt (hier vereinfacht auf der Ebene von Tiergruppen) an einer Probestelle.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Vorher: \(p_i = 0{,}6;\ 0{,}3;\ 0{,}1\). \(H = -(0{,}6 \cdot (-0{,}51) + 0{,}3 \cdot (-1{,}20) + 0{,}1 \cdot (-2{,}30)) = 0{,}306 + 0{,}360 + 0{,}230 \approx 0{,}90\). \(E = 0{,}90 : \ln 3 = 0{,}90 : 1{,}10 \approx 0{,}82\) (mit ungerundeten Logarithmen ebenfalls \(\approx 0{,}82\)).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die Zahl der Tiergruppen steigt von 3 auf 6, der Shannon-Index fast auf das Doppelte (0,90 → 1,68), die Evenness von 0,82 auf 0,94: Die Individuen verteilen sich gleichmäßiger, keine Gruppe dominiert mehr so stark wie vorher die Zuckmückenlarven mit 60 %. Neu hinzugekommen sind ausschließlich Gruppen, die sauerstoffreiches Wasser und einen strukturreichen Grund brauchen; die gegen Sauerstoffmangel unempfindlichen Gruppen sind seltener geworden oder fehlen. Das spricht dafür, dass die Renaturierung Sauerstoffgehalt, Strömungsvielfalt und Strukturen am Grund (Kies, Falllaub) verbessert hat, etwa durch schnellere Strömung über Kiesbänke und kühleres Wasser unter den Gehölzen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Die Daten belegen eine deutliche Zunahme der Artenvielfalt und der Gleichverteilung sowie die Rückkehr anspruchsvoller Gruppen — die Maßnahme wirkt also in die gewünschte Richtung. „Vollständig wiederhergestellt“ ist dennoch nicht belegt: Es gibt nur eine Probestelle und je einen Termin; Tiergruppen statt Arten wurden gezählt, sodass die tatsächliche Artenzahl unbekannt bleibt; genetische Vielfalt und die Vielfalt der Lebensräume entlang des Baches wurden nicht untersucht; vor allem fehlt der Vergleich mit einem naturnahen Referenzbach, der zeigt, welcher Zustand ohne menschlichen Eingriff zu erwarten wäre. Angemessen wäre: Die Biodiversität der Wirbellosen hat sich an der Probestelle deutlich erhöht; ob der naturnahe Zustand erreicht ist, müssen Vergleiche und Folgeuntersuchungen zeigen.