13. sitzung der adhoc-ag benthos und benthische lebensräume umsetzung des marbit für das wrrl-...

13. Sitzung der Adhoc-AG „Benthos und benthische Lebensräume“

Umsetzung des MarBIT für das WRRL- /HELCOM Monitoring

WRRL / HELCOM Monitoring Arbeitstreffen

LUNG - Mecklenburg - Vorpommern Dezember 2010Veronika Grimm, Alexander Weidauer, Andreas Schmidt

[email protected]; [email protected]; [email protected]



Gliederung:

1. Aufbau eines Software Systems zur Bildung des MarBIT in der Umgebung der IfAÖ - Benthos - Datenbank

2. Ergebnisse und Präsentation aus den Berechnungen 2007/2008 bzw. 2009

3. Analyse des bestehenden Regelsystems und Diskussion von systematischen Fehlern sowie Ansätze zur Korrektur

4. Möglichkeiten zur Zusammenarbeit im Rahmen regionalerAnpassungsstrategien Klimawandel RADOST



Aufbau eines Software Systems in der Umgebung der IfAÖ - Benthos - Datenbank

Aufbau eine Software zur Bestimmung des MarBIT aus der Benthos - DB

Basierend auf den Regeln MarBIT Referenzdokument:

Ostsee – Makrozoobenthos - Klassifizierungssystem

für die Wasserrahmenrichtlinie Referenz-Artenlisten,

Bewertungsmodell und Monitoring,

2008

MariLIM - Th. Meyer, T. Berg, K. Fürhaupter und

Universität Rostock, Institut für aquatische Ökologie



Zusammenfassung Bewertungsmodell WRRL - MarBIT

Ökologie: Abundanz, Artenvielfalt, störungsempfindliche Arten, tolerante Arten

Habitate: Phytal Weichboden Hartboden

Wassertypen: Salinität

Bewertungseinheiten - Artenreferenzlisten

Gewässertiefe / Exposition / Hydrographie

B1 0,5–3 (β-oligohalin) und 3–5 (α-oligohalin)B2 5–10 (β-mesohalin) und 10–18 (α-mesohalin)B3 5–10 (β-mesohalin) und 10–18 (α-mesohalin)B4 10–30 (α-mesohalin und polyhalin)




Ökologie: Artenvielfalt, Abundanz, störungsempfindliche Arten, tolerante Arten

Artenvielfalt: TSI - Taxonomic Spread Index

1. Berechnen des TSIR der Referenzliste, zu der die Probe gehört.

2. Eliminieren aller Taxa aus der Probe, welche nicht auf der

Referenzliste vorhanden sind.

3. Bestimmen des TSIP der Probe.

4. Normieren des Wertes TSI = TSIP / TSIR

5. Einordnen der Probe in eine ökologische Klasse.

Abundanz: Erwartung Artenspektralkurve log-normalverteilt

1. Eliminieren aller Taxa aus der Probe, welche nicht auf der

Referenzliste vorhanden sind.

2. Bestimmen der Häufigkeiten der Abundanzen in der Probe.

3. Durchführung Lilliefors-Tests mit log-transformierten Abundanzen.

4. Einordnen der Probe in eine ökologische Klasse.





Anteil störungsempfindlicher Arten

1. Zusammenfassen von Taxa zu höheren taxonomischen Einheiten auf Referenzliste Probe.2. Ermitteln der obligatorischen Taxa auf der entsprechenden Referenzliste (Anzahl ist Ro ).3. Eliminieren aller Taxa aus der Probe, die nicht auf der Referenzliste stehen.4. Bestimmen der Anzahl der obligatorischen empfindlichen Taxa der Probe (No ).5. Bestimmen der Anzahl der restlichen empfindlichen Taxa der Probe (Nr ).6. Errechnen des Indexwertes als Isensi = ( No + 0, 5 × Nr )/ Ro .7. Bestimmen der ökologischen Klasse.

Anteil toleranter Arten (Fehlen wird als Verschmutzung interpretiert)

1. Zusammenfassen von Taxa zu höheren taxonomischen Einheiten auf Referenzliste Probe2. Ermitteln der Anzahl toleranter Taxa auf der entsprechenden Referenzliste (Rt ).3. Bestimmen des Anteils der toleranten Taxa der Referenzliste (rt ).4. Eliminieren aller Taxa aus der Probe, die nicht auf der Referenzliste stehen.5. Bestimmen der Anzahl der toleranten Taxa der Probe (Nt ).6. Keine toleranten Taxa und N <= 5; Itolerant =0,0. Keine toleranten Taxa und N > 5; Itolerant = 0,3 ansonsten Punkt 7.7. Bestimmen des Anteils der toleranten Taxa an der Probe (nt ).8. Bestimmen des Verhältnisses von Probenanteil zu Referenzanteil (Itolerant = rt /nt ).9. Bestimmen der ökologischen Klasse.





Transformation der Indizes

stückweise Linearisierung der einzelnen Indizes

ermöglicht eine gleichmächtige Metrik zur

Zusammenfassung zum Gesamtindex





Heißt, das zwei berechnete Indizes je nach Sortierung nicht in die Bewertung einfließen!Je nach Probelage vergleichen wir : Toleanz + Sensitivität oder Artenvielfalt + Abundanz oder Toleanz + Abundanz oder Artenvielfalt + Sensitivität ...

Zusammenfassen der Einzelhabitate nach Habitatdominanz durch gewichtete Mittel

Zusammenfassen der Einzelindizes als Median - EQR

Sortieren der Indizes Mindex

:={ITSP

, IA, I

S , I

T}

Streichen von Minima und Maxima M'index

:={ITSP

, IA, I

S , I

T}

Bilden des Median Median(M'index

):=(IA+ I

S) / 2





Anregung: Definition des EQR als Abstandsmaß vom Idealzustand (alle Indizes = 1 )

unterschiedliche Metriken denkbar z.B. eulkidische




Software wurde aus Open Source Komponenten aufgebaut:

Betriebssystem OpenSuse 11.1 Linux

Datenbank PostgreSQL 8.3 / PostGIS 1.4

Programmlogik Java 6.22

Entwicklungsumgebung Netbeans 6.8

Statistik GNU-R 2.10 Packages nortest, rserve

Statistik Entwicklungsumgebung RKWard 0.4.9

Textverarbeitung LaTeX 2.9




Durchgeführte Arbeiten:

Aufbau des Regelwerkes für den MarBIT

Korrektur und absolute Verortung des Taxons mit Hilfe der Datenbank

Reengineering des Projektes 2008 von Alexander Darr jetzt IOWAnalyse der bereits geleisteten Arbeiten - Fehlerkorrekturen

Implementierung des Regel- und Softwaresystems.

Aufbau eines Template - Systems zur flexiblen Erzeugung von Steckbriefen für das jeweilige Jahr

Berechnung der Steckbriefe 2007/2008 in zwei Varianten und 2009




Ergebnis und Perspektive

Software mit detaillierten Protokollierungsmöglichkeiten

Möglichkeiten zur komplexen Erweiterung der Statistik

Implementierung eines einfach zu handhabenden Regelsystems

Frei gestaltbares Systems zur Erzeugung von Steckbriefen

Software arbeitet plattformübergreifend Linux / Windows / Mac OSKomponenten sind kostenfrei

Komponenten zur GIS - fähigen Ausgabe sind eingebettet

Perspektive: Gestaltung des Werkzeugs als Open Source für das WWW




Schwierigkeiten bei der Erschließung und Unklarheiten:

- unzureichende Beschreibung der Algorithmen im Referenzdokument

- unvollständige Angaben zur Lage der Taxa im Artenbaum

- veraltete taxonomische Bezeichnungen in den Referenzartenlisten

- fehlende Referenzdatensätze zur Evaluierung der Indizes für Kontrolle und Korrektur der Implementierungen

- für ein BLMP - Projekt fehlender öffentlicher Zugang zu Daten, Listen und Informationen - antizipiert fehlende Revision der Ressourcen

- Unklarheiten über die Aussagekraft der Indizes im Vergleich zu etablierten Größen und Indizes wie Diversität , Äquität, Hulbert-Index, BCI, BQI ...




Anregungen zur Überwindung:

- Finden einer einheitlichen Nomenklatur für Taxa und Artenbaum in Zusammenarbeit z.B. LUNG, MariLIM, IfAÖ und IOW

- Aufbau/ Vervollständigung einer WEB - Infrastruktur am LUNG mit den notwendigen Informationen, Tabellen, Referenzlisten

- Aufbau eines Open Source Projektes, das eine transparente Pflege und Weiterentwicklung des MarBIT multilateral ermöglicht.

- Erarbeitung eines Satzes von Referenzdatensätzen zum Controlling und einer öffentlich zugänglichen WEB - Applikation

- Studie zur Vergleichbarkeit mit anderen etablierten Größen und Indizes basierend auf Musterdaten für eine transparante Interkalibrierung


RADOST und WRRL- /HELCOM Monitoring

Gliederung:

1. Aufbau eines Software Systems zur Bildung des MarBIT im der Umgebung der IfAÖ - Benthos - Datenbank





WRRL- und HELCOM-Monitoring des Landes Mecklenburg-Vorpommern

Teilvorhaben: Infauna des Weichbodens und Epifauna des Phytals



Habitat Weichbodenvan-Veen-Greifer6 Stationen (60 Proben)



Habitat WeichbodenSammelrahmen14 Stationen (140 Proben)



Habitat PhytalSammelrahmen11 Stationen (110 Proben)



Bewertungseinheit zugehörige Wasserkörper der WRRL

innerste Gewässer Saaler Bodden, Kleines Haff

innere Gewässer Bodstedter Bodden, Kleiner Jasmunder Bodden, Peenestrom

mittlere Gewässer Barther Bodden

Buchten Wismarbucht Nord, Salzhaff

Flussmündungen Unterwarnow

Rügensche Gewässer Großer Jasmunder Bodden, Kubitzer Bodden, Strelasund, Greifswalder Bodden

Mecklenburger Bucht südliche Mecklenburger Bucht bis Warnemünde (Klützhöved, Kaltenhof/Poel), südliche Mecklenburger Bucht bis Darß (Dierhagen)

Darß bis Polen Prerowbucht (Zingst), Nord- und Ostrügensche Gewässer (Prorer Wiek), Pommersche Bucht (Zinnowitz)

• 310 Proben• 20 Transekte• 18 Wasserkörper



Ökologische Zustandsklassen der Wasserkörper



Wasserkörper 2007/2008 2009

Wismarbucht Nord 2 2

Salzhaff 3 3

Breitling/Unterwarnow 3 3

Saaler Bodden 5 5

Bodstedter Bodden 4 3

Barther Bodden 3 4

Großer Jasmunder Bodden 3 4

Kubitzer Bodden 2 2

Kleiner Jasmunder Bodden 4 5

Strelasund 2 3

Greifswalder Bodden/Vilm 3 2

Greifswalder Bodden/Lubmin 3 3

Peenestrom 5 5

Kleines Haff/Ueckermünde 4 4





Klützhöved 3 3

Kaltenhof/Poel 3 3

Dierhagen 3 4

Zingst 3 2

Prorer Wiek 3 3

Zinnowitz 3 2





Wismarbucht Nord 2 2

Salzhaff 3 3

Breitling/Unterwarnow 3 3

Saaler Bodden 5 5

Bodstedter Bodden 4 3

Barther Bodden 3 4

Großer Jasmunder Bodden 3 4

Kubitzer Bodden 2 2

Kleiner Jasmunder Bodden 4 5

Strelasund 2 3

Greifswalder Bodden/Vilm 3 2

Greifswalder Bodden/Lubmin 3 3

Peenestrom 5 5

Kleines Haff/Ueckermünde 4 4





Weichboden Phytal

2008 2009 2007 2009

Anzahl Taxa 9 7 26 -

Gesamtabundanz [Ind./m²] 1.064 284 1.202 -

MarBIT

Anzahl bewertungsrelevanter Taxa 2 2 7 -

Artenvielfalt * 0,19 (5) 0,19 (5) 0,30 (4) -

Abundanzverteilung * 0,00 (5) 0,00 (5) 0,20 (4) -

Störungsempfindliche Taxa * 0,00 (5) 0,00 (5) 0,57 (3) -

Tolerante Taxa * 0,32 (4) 0,32 (4) 0,59 (3) -

MarBIT - Wert 0,10 0,10 0,44 -

MarBIT - Klasse 5 5 3 -

2007/2008 2009

EQR 0,09 0,05

Klasse 5 5

Saaler Bodden




Greifswalder Bodden bei Vilm

Weichboden Phytal

2008 2009 2007 2009

Anzahl Taxa 39 33 33 45

Gesamtabundanz [Ind./m²] 3.587 4.068 6.627 8.384

MarBIT

Anzahl bewertungsrelevanter Taxa 13 15 16 19

Artenvielfalt * 0,54 (3) 0,60 (3) 0,40 (3) 0,44 (3)

Abundanzverteilung * 0,20 (5) 0,73 (2) 0,20 (5) 0,66 (2)

Störungsempfindliche Taxa * 0,53 (3) 0,63 (2) 0,29 (4) 0,47 (3)

Tolerante Taxa * 0,74 (2) 0,78 (2) 0,65 (2) 0,65 (2)

MarBIT - Wert 0,53 0,68 0,35 0,56

MarBIT - Klasse 3 2 4 3

2007/2008 2009

EQR 0,49 0,65

Klasse 3 2



Vielen Dank für die Aufmerksamkeit


Analyse des MarBIT für das WRRL- /HELCOM Monitoring

Gliederung:







Analyse des bestehenden Regelsystems und Diskussion

Analyse der globalen Referenzliste der Taxa:

- Analyse basiert auf Vergleich von IfAÖ Datensätzen 1993 - 2010

- Alle wichtigen Arten sind vertreten, bis auf zwei Einträge

__________________________________________________________________

Klasse Art Funde Mittlere Streuung 1993-2010 Abundanz Abundanz__________________________________________________________________

Malacostraca Saduria entomon 271 23.45 391.82

Gastropoda Cingula striata* 101 60.01 17.44

__________________________________________________________________

* Zuordnung wird auf der Ebene Genus Rissoa subsummiert und Cingula fällt dabei heraus




Analyse der globalen Referenzliste der Taxa:

MarBIT Nomenklatur IfAÖ Nomenklatur________________________________________________________

'Anaitides groenlandica' 'Phyllodoce groenlandica''Anaitides mucosa' 'Phyllodoce mucosa''Anaitides maculata' 'Phyllodoce maculata''Cerastobyssum hauniense' 'Parvicardium hauniense''Cheirocratus sundevallii' 'Cheirocratus sundevalli''Cirrophorus eliasoni' 'Paradoneis eliasoni''Cirrophorus lyra' 'Paradoneis lyra' 'Dyopedos monacanthus' 'Dyopedos monacantha''Gattyana cirrosa' 'Gattyana cirrhosa''Hinia reticulata' 'Nassarius reticulatus''Hydrobia stagnalis'** 'Hydrobia ventrosa' 'Lagis koreni' 'Pectinaria koreni' ...weitere Einträge

- Veraltete Artenbezeichnungen wurden mit Hilfe von WoRMS aufgelöst und Artennamen können in Konfiguration über Thesaurus umbenannt werden.




Vergleich der lokalen und globalen Referenzliste der Taxa:

- Analyse basiert auf Vergleich lokaler und globaler Referenzliste 2009

- Vergleich zeigt einen systematischen Fehler bei der Ausweisung von zu wenigen Arten auf der lokalen Referenzliste und führt zu niedrigen Indizes.

- Test als:

Ratio GL=N lokaleReferenz

N globaleReferenz

Weichboden 62 % Phytal 54 %

Arten sind in der Referenz lokal

unterrepräsentiert




Vergleich der lokalen und globalen Referenzliste der Taxa:Standort Weichboden

Flussmündungen 51,35 42,42 Buchten 49,02 28,85 Buchten 46,81 30,77

- 46,6752,63 41,07

- 60,71 Innerste Gewässer - 28,57 Innerste Gewässer - 38,46 Innerste Gewässer - 12,90 Innere Gewässer - 22,22 Innere Gewässer - 9,09 Mittlere Gewässer 37,14 31,58

50,00 42,4247,50 36,5937,21 60,0047,50 46,8841,94 63,6447,22 37,50

- 52,63 - 45,83

Mittelwert 46,21 38,58

Gewässertyp PhytalUntere Warnow Wismarbucht Nord Salzhaff Klütz Mecklenburger Bucht Kaltenhof/ Poel Mecklenburger Bucht Dierhagen Mecklenburger Bucht Saaler Bodden Bodstetter Bodden Kleines Haff Süd Kleiner Jasmunder B, Peenestrom Barther Bodden Großer Jasmunder B, Rügensche Gewässer Kubitzer Bodden Rügensche Gewässer Strealsund Rügensche Gewässer GWB Vilm Rügensche Gewässer GWB Lubmin Rügensche Gewässer Zingst Darss - Polen Prorer Wieck Darss - Polen Zinnowitz Darss - Polen

- Test als:

RatioGL=N lokaleReferenz

N globaleReferenz

Weichboden 62 % Phytal 54 %

Arten sind in der Referenz lokal

unterrepräsentiert




Algorithmische Schwierigkeiten:

Problem der nicht bestimmbaren Arten und die Summation der Arten unter einem übergeordneten Ordnungsschema hat Auswirkung auf die Artenspektralverteilung

In der Benthos - Datenbank können für das Projekt 120 bestimmbare Arten differenziert werden. Davon werden 38 Arten auf einer höheren Ebene zusammengefasst.

25 Arten im Genus 12 Arten in der Klasse 1 Art im Phylum

Das sind 30 % der bestimmbaren Arten, die auf der Referenzliste stehen!

Das sind 10 % der bestimmbaren Arten, die in der Benthos - DB IfAÖ 1993 - 2010 bestimmt wurden.

Balance zwischen Aufwand und Aussagekraft?





Das Streichen von Arten, die nicht auf der Referenzliste stehen, hat Auswirkungen auf die Artenspektralverteilung und den Index der Artenvielfalt.

≠Verteilungstyp A Verteilungstyp B

Das Zusammenfassen von Arten in höheren Ordnungsebenen hat Auswirkungen auf die Artenspektralverteilung und den Index der Artenvielfalt.

≠Verteilungstyp A Verteilungstyp B





Anregung: Vergleich der Berechnungen für die Indizes TSI und Lilliefors mit und ohne Streichprozedur.

Anregung: Für die Artenvielfalt und für die Artenverteilung sollte Berechnung der Indizes mit dem vollen Artensprektum (ohne Streichliste) erfolgen.

TSI hängt als Alleinstellungmerkmal fachlich in der Luft, will heißen, ist nicht vergleichbar mit den klassische Methoden wie z.B. taxonomische Bestimmtheit.

Lilliefors (Log-Normalverteilung) muss nicht auf den Verteilungstyp zutreffen (Broken Stick, geometrische Verteilung)!

Anregung: Hinzunehmen von weiteren Maßen Diversität, Äquität, Hulbert-Index ..gesamte Bandbreite der bestehenden Indizes.

Anregung: Visualisieren der Verteilungen und Test auf systematische Abweichungen in ökologische Nischen – Phytal, Hartboden, andere Struktur als

Weichboden.




Beispiel zur Visualisierung der Verteilungen und Test auf systematische Abweichungen

empirischeVerteilungsfunktion

Normalverteilung

Histogramm

Möglichkeiten der systema-

tischen Analyse über QQ Plots

Visualisierung der statistischen Testergebnisse

Darstellung derRealität, also der Abundanzränge




Anregung: Verifikation der mittleren hydrographischen Verhältnisse, z.B. Gewässergüteprogramm und Vergleich der Werte mit einem

langfristigen Mittel.

Missfit oder Superposition von Umweltfaktoren

Passt das Referenzgebiet noch in den mittleren Umweltfaktoren des jeweiligen Jahres zusammen oder anders formuliert...

Ist die Artenzusammensetzung den Umweltfaktoren und einem Missfit zwischen angestrebter Referenzliste und Änderungen von Umweltfaktoren geschuldet.

Ist das Übergangsgewässer z.B. Grabow auf Grund von Sturm- und Einstromereignissen im Jahr 2009 ökologisch gesehen ein mittleres Gewässer?




Missfit oder Superposition von Umweltfaktoren

Mittlere Gewässer 5 - 7.9 PSU 0 - 15 m Tiefe

Daten bei der Messung 7.57 - 9.19 PSU

Nutzung z.B. von Gewässergütedaten




Verbesserung des Bewertungsmodells MarBIT - Gesamtbewertung:

Anregung: Definition des EQR als Abstandsmaß vom Idealzustand (alle Indizes = 1 )

unterschiedliche Metriken denkbar z.B. eulkidische

Median bedeutet: 2 berechnete Indizes fehlen je nach Sortierung in der Gesamtbewertung

euklidisch 0.533

Mittelwert 0.515

Median 0.510

euklidisch 0.546

Mittelwert 0.512

Median 0.575



Gliederung:






RADOST und WRRL- /HELCOM MonitoringRADOST - Regionale Anpassungsstrategien im Klimawandel

Projekt – RADOST Regionale Anpassungsstrategien für die deutsche Ostseeküste

Netzwerkbildung Herausforderungen des Klimawandels

Das Thema „Ökologie und biologische Vielfalt“ beschäftigt sich

mit der ökologischen Entwicklung des

Naturraums der deutschen Ostsee, im

Kontext des Klimawandels.

Die Arbeiten zum Thema liefern die Grundlagen

für die Bewertung dessen, was innerhalb des Themas

„Naturschutz und Nutzungen“ verhandelt wird.



& ?

Welche Arbeitsschritte sind nötig, um den

Datenfundus und das Wissen über das Ökosystem mit

Vorhersagemodellen zum Klimawandel zu verbinden?

Wie kann man die Ergebnisse dieser Modellkonstellation auswerten?



RADOST - Ziele „Ökologie und biologische Vielfalt“

Wir versuchen den Datenfundus IfAÖ – Benthosdatenbank

als Merkmalsraum für die Klassifikation von Habitatparametern zu benutzen,

diese mit den Klimaprognosen der Modelle im RADOST – Projekt zu kombinieren,

a) bestehende Artenkonstellationen und deren Verteilung im Ist-Zustand zu validieren,

b) bestehende Artenkonstellationen und deren Verteilung auf

den Prognosezustand zu extrapolieren,

für Modellorganismen zu interpretieren,

und die Ergebnisse mit derzeit vorhandenen

Schutz-, Nutzungs- und Planungskonzepten abzugleichen.



Können die Ergebnisse des WRRL- / HELKOM - Monitorings einfließen?

Methode im BLMP eingebettet

Erweitern des Unteruchungsraum auf den Wasserkörper Ostsee

von 1993 - 2010 ca. 90.000 Proben Weichbodenproben

Blick in die Vergangenheit nach WRRL ist durch Kopplung Software mitBenthos - DB zumindest für Weichboden möglich

Rückschlüsse + Modell eröffnet auch Perspektiven zurökologischen Entwicklung des Gewässerkörpers

z.B. Sensitivität des Index in der Langzeitanalyse z.B.Justierung von Methodik und

Prognose zum Erreichen von Entwicklungszielen WRRL Kontext Klimawandel



4

1

32

5 6

7

8 9

1011

Vorhandener Datenpool gruppiert in 12 bis 13 ökologischen Zonen mit einer Abdeckung von 1993 - 2010 und ca. 90.000 Infaunaproben

Danke für die Geduld und Aufmerksamkeit!

Alexander Weidauer [email protected]

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13. sitzung der adhoc-ag benthos und benthische lebensräume umsetzung des marbit für das wrrl-...

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