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Studie: Biodiversität in österreichischen Ackerbaugebieten im Hinblick auf die Freisetzung und den Anbau von gentechnisch veränderten Kulturpflanzen

Die von Kathrin Pascher, Dietmar Moser, Stefan Dullinger, Leopold Sachslehner, Patrick Gros, Norbert Sauberer, Andreas Traxler und Thomas Frank verfasste Studie mit dem Titel „Biodiversität in österreichischen Ackerbaugebieten im Hinblick auf die Freisetzung und den Anbau von gentechnisch veränderten Kulturpflanzen" ist in der "Roten Reihe" des BMG erschienen (Band 1/10, ISBN 978-3-902611-36-9).

(23.06.2010)

Zusammenfassung

Das Projekt BINATS (BIodiversity-NATure-Safety) wurde mit einer vierjährigen Laufzeit (2006-2009) vom Bundesministerium für Gesundheit und vom Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft beauftragt.

Das im Rahmen von BINATS entwickelte Biodiversitäts-Netzwerk wurde speziell für die landesweite Risikoabschätzung und das Erkennen beziehungsweise Überprüfen von potenziell unbeabsichtigten Effekten von gentechnisch veränderten Kulturpflanzen (GVP) in der Agrarlandschaft Österreichs konzipiert. BINATS ist das erste nationale Monitoring- und Evaluierungsnetzwerk innerhalb der EU-Mitgliedsstaaten, welches methodisch speziell auf die GVP-Thematik ausgerichtet wurde. Damit können einerseits die potenziellen Risken von gentechnisch veränderten Organismen noch vor dem Inverkehrbringen von GVP besser abgeschätzt werden und andererseits liegt nun endlich auch eine Datenbasis vor, um mögliche unerwartete - oder Langzeiteffekte von GVP überhaupt feststellen zu können. 

Die Hauptaufgaben von BINATS waren:

  • die Entwicklung eines Monitoringprogramms für Biodiversitätseffekte von GVP, dessen Basisdaten zukünftig im Idealfall für beide Monitoringansätze - überwachende Beobachtung und auch fallspezifisches Monitoring - herangezogen werden können
  • die Auswahl von geeigneten, repräsentativen Indikatoren für das Erfassen von GVP-Effekten auf die Biodiversität basierend auf einer Kosten-Nutzen-Kalkulation
  • die Bereitstellung von Testflächen, die repräsentativ für verschiedene Bodentypen, klimatische Gegebenheiten und Anbauintensitäten in Österreich sind
  • die Überprüfung des entwickelten Erhebungsdesigns auf Eignung und Praktikabilität im Freiland
  • die Standardisierung des Designs für zukünftige Erhebungen der Biodiversität im Agrarraum
  • die Erhebung von Basisdaten als Vergleichswerte zur Identifizierung zukünftiger Biodiversitätstrends in Abhängigkeit von GVP-Anbau und anderen landwirtschaftlichen Veränderungen
  • die Implementierung eines flexiblen „Monitoringsystems", in das für eine erweiterte Aufnahme zusätzliche Indikatoren integriert werden können
  • die Durchführung einer ersten Risikoanalyse von bestimmten GVP (v.a. Raps), die auf dem Auftreten und der Häufigkeit von verwandten Arten basiert.

Die Entwicklung des Konzepts für ein Monitoringprogramm impliziert eine Reihe von grundlegenden Entscheidungen. Da komplexe Variablen wie die Biodiversität grundsätzlich nicht direkt überwacht werden können, musste eine Auswahl von geeigneten Indikatoren getroffen werden. Im Rahmen von BINATS wurden Indikatoren gesucht, die erstens größere funktionale Gruppen repräsentieren (Primärproduzenten, Herbivoren, Bestäuber, etc.), die zweitens eng mit der Diversität möglichst vieler nicht-erfasster Taxa korreliert sind und außerdem sensibel und rasch auf anthropogene Veränderung in Agrarlandschaften reagieren (z.B. Biotoptypenvielfalt und Landschaftsstruktur) und die drittens auch aufgrund von Risikohypothesen besonders GVO-relevant sind. Basierend auf einem Screening verschiedener möglicher Indikatoren, die diese Anforderungen erfüllen, und einer Kosten-Nutzenkalkulation wurden schließlich die folgenden vier Indikatoren ausgewählt:

Landschaftselemente und Gefäßpflanzen (gehören in Monitoringprogrammen mittlerweile zum Standard), sowie Tagfalter und Heuschrecken. Bei den zoologischen Indikatoren mussten Parameter wie Relevanz als Biodiversitätsindikator, Aussagekraft bezüglich der GVO Thematik, Eignung für ein Dauermonitoring, Aufwand der Feldbegehungen, Akzeptanz der Landwirte (z. B. Bodenfallen), Kenntnisstand, Verfügbarkeit von Experten, etc. evaluiert werden.

Festlegung und Etablierung des BINATS-Monitoringprogramms

In Übereinstimmung mit anderen Monitoringprogrammen orientiert sich das BINATS-Stichprobennetz am österreichischen Waldinventurraster. Die Stichprobenauswahl erfolgte in den österreichischen Raps- und Maisanbaugebieten. Für die Auswahl wurden alle 625x625 m2 Rasterzellen berücksichtigt, die auf einem Waldinventurrasterpunkt lagen und einen Offenlandanteil (Acker- oder Grünland) von mehr als 80% aufwiesen. Nach erfolgter Stratifizierung wurden jeweils 65 Testflächen proportional zur Stratengröße zufällig ausgewählt. Nach einer optischen Überprüfung hinsichtlich der Eignung als Testfläche (> 80% Offenlandanteil) wurden schließlich je 50 Testflächen als endgültige Stichprobe fixiert.

Basierend auf einem Methodentest im Freiland - Transekt- versus Punktmethode - wurde die Punktmethode - zehn zufällig über die Testfläche (625x625 m2) verteilte Probekreise mit einem Radius von 20 m - für die Erhebung der taxonomischen Indikatoren in den Stichprobeflächen gewählt. Vorteil dieser Methode ist, dass die Stichprobenfläche für alle Testflächen gleich groß ist und daher alle Testflächen mit derselben Intensität untersucht werden. Zusätzliche Auswahlkriterien waren die Vermeidung eines möglichen Erhebungs-Ungleichgewichts zugunsten bestimmter Lebensraumtypen, die bessere Zeiteffizienz, die präzisere räumliche Verortung, sowie das zu erwartende geringere Konfliktpotenzial mit Grundbesitzern.

Die Artenzahl der Indikatoren Gefäßpflanzen, Tagfalter und Heuschrecken, bei den zoologischen Indikatoren zusätzlich auch die Individuenzahlen, sowie die Abundanz der potenziellen Hybridisierungspartner von Raps wurden in den je zehn Probekreisen pro Stichprobenfläche erhoben. In jedem Probekreis fanden die Aufnahmen entlang eines Transektkreuzes mit einer Seitenlänge von 20 m statt.

Im Unterschied zu den taxonomischen Indikatoren wurde die Kartierung der Landschaftselemente und Habitate flächendeckend auf den 625x625 m2 großen Testflächen durchgeführt. Die Verwendung der für BINATS angepassten und gestrafften Roten Listen der gefährdeten Biotoptypen Österreichs (Essl et al. 2002, 2004, 2008; Traxler et al. 2005a) erwies sich im Freiland als praktikabel. Im Anschluss an die Freilandarbeiten wurden die Karten in ein Geographisches Informationssystem überführt.

Eine detaillierte Anleitung zur Erhebungsmethodik des BINATS-Projekts findet sich im bereits erschienenen Handbuch (Pascher, K., Moser, D., Sachslehner, L., Höttinger, H., Sauberer, N., Dullinger, S., Traxler, A. & Frank, T. 2009a: Kartierhandbuch zur Biodiversitätserfassung im Agrarraum: Gefäßpflanzen, Tagfalter, Heuschrecken, sowie Zuordnung von Landschaftsstrukturen zu ausgewählten Biotoptypen. Forschungsbericht im Auftrag der Bundesministerien für Gesundheit, Sektion II und Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, Wien).

Datenanalyse

Insgesamt konnten in den 100 Testflächen exakt 900 verschiedene Gefäßpflanzenarten, ein Drittel der Flora von Österreich, festgestellt werden, von denen mehr als 11% in der Roten Liste als gefährdet geführt oder in den Artenschutzverordnungen der Bundesländer genannt werden. 53 verschiedene Heuschreckenarten, davon 21 zu unterschiedlichen Graden gefährdete Arten, sowie 41 verschiedene Tagfalterarten (unter diesen neun gefährdete Arten) wurden auf den 1.000 Kreuztransekten eruiert. Die ermittelte maximale Artenzahl der Gefäßpflanzen pro Testfläche (alle zehn Kreuztransekte zusammen) betrug 212, die minimale 22. Die Artenzahlen der Heuschrecken variierten zwischen 21 und eins pro Testfläche, die Tagfalter wiesen ein Maximum von 15 Arten und ein Minimum von null auf. Auf 29,9% der Probekreise bei den Heuschrecken und auf 58,3% bei den Tagfaltern konnten während der einmaligen Erhebung keine Arten beobachtet werden. Die Anzahl verschiedener Landschaftselemente und Habitate pro Testfläche reichte von minimal vier Elementen bis maximal 38, mit einem Maximum von 299 Polygonen als Indikator für die Kleinteiligkeit einer Landschaft.

Der Weiße Gänsefuß (Chenopodium album agg.) erwies sich mit 587 Nachweisen in allen 1.000 Probekreisen unter Berücksichtigung beider Erhebungsdurchgänge als die am häufigsten gefundene Gefäßpflanzenart. Die Gewöhnliche Vogelmiere (Stellaria media) war mit 518 Funden die zweithäufigste Art, gefolgt von der Ackerkratzdistel (Cirsium arvense) mit 501 Nachweisen. Bei den Heuschrecken war Chorthippus biguttulus (Nachtigall-Grashüpfer) mit 188 Nachweisen, bei den Tagfaltern Pieris rapae, der Kleine Kohlweißling, mit 170 Funden vorherrschend.

Anhand des Vorkommens und der Abundanz von Hybridisierungspartnern wurde eine erste Grobanalyse des ökologischen Risikos von GV Raps durchgeführt. Die Abundanz dieser Arten wurde mit Hilfe einer ordinalen Schätzskala auf den vorgegebenen Transektkreuzen ermittelt und der jeweilige Habitattyp notiert. Die Analysen zeigten, dass Ruderalpopulationen oder Durchwuchs von Raps in fast Dreiviertel aller Testflächen (71 von 100) vorkamen. Im Durchschnitt wurden diese auf 2,41 Probekreisen / Testfläche beobachtet. Die Pflanzen traten vor allem als Durchwuchs auf. In acht Testflächen (8%) konnten in den Probekreisen Ruderalrapspopulationen entlang von Transportrouten beobachtet werden. Auch die BINATS-Daten zeigen, dass Transportverluste eine wesentliche Rolle für das Entstehen von Ruderalrapspopulationen spielen.

Ein Fund von Maispflanzen auf einer Ruderalfläche wurde in Burgenland gemacht, deren Existenz vermutlich auf eine Ausstreuung im Zuge einer Wildfütterung zurückzuführen ist. Dafür spricht auch, dass im näheren Umfeld im Beobachtungsjahr kein Mais angebaut wurde. Die Vorkommen von blühenden und fruchtenden Maispflanzen außerhalb von Feldern könnte für die Koexistenz von gentechnisch verändertem, konventionellem und biologischem Mais auch in Mitteleuropa Relevanz besitzen.

Interessant sind die vier Funde von Unkrautrüben der Zuckerrübe (Beta vulgaris subsp. vulgaris var. altissima) in Niederösterreich. Im Falle einer Kultivierung von GV Zucker- beziehungsweise Futterrüben für Konsumzwecke könnten Unkrautrüben als Transgenquelle fungieren oder auch in Folge nicht-GV Unkrautrüben als Transgenempfänger, da diese im Gegensatz zur Konsumrübe das generative Stadium erreichen. Bis dato lagen keine konkreten Zahlen zur Häufigkeit des Vorkommens von Unkrautrüben in Österreich vor.

Ein Vergleich von regionalen Artenzahlen („Floristische Kartierung Österreichs") oder daraus abgeleiteter Diversitätsindices (Hot-Spot-Studie) mit den Artenzahlen der BINATS-Testflächen zeigte, dass im Falle der Gefäßpflanzen nicht oder nur sehr bedingt von regionalen Artenzahlen auf lokale Artenzahlen im Agrarraum geschlossen werden kann. Dieser Umstand verdeutlicht, dass die GVP Risikoeinschätzung von Großräumen nicht oder nur sehr bedingt auf die spezielle Situation von Kleinräumen umlegbar ist. Das bedeutet, dass kleinregionale Erhebungen, wie sie in BINATS durchgeführt wurden, für die Evaluierung von GVP absolut erforderlich sind.

Die Habitatvielfalt und die Artenzahlen der Gefäßpflanzen, Tagfalter und Heuschrecken zeigten eine positive Korrelation, was bedeutet, dass bestimmte Eigenschaften von Landschaften (wie Habitatvielfalt, Nutzungsintensität, etc.) auf verschiedene Organsimengruppen ähnlich wirken. Für alle Taxa ergab sich ein positiver Zusammenhang zwischen Habitatvielfalt, Randlinienkomplexität, sowie Anteil an extensivem Grünland. Dagegen zeigten alle Taxa einen negativen Zusammenhang mit dem Ackeranteil. Obwohl es einen theoretisch begründbaren Zusammenhang zwischen Bodentypenvielfalt und Artenzahlen gibt, war in den BINATS-Daten eine Korrelation zwischen Bodentypen- und Gefäßpflanzendiversität nicht festzustellen. Dies ist vermutlich auf den nivellierenden Einfluss der Flächenbewirtschaftungsform zurückzuführen. Durch die Bearbeitung der Böden, dem weitgehend künstlichen Grenzverlauf der Bewirtschaftungseinheiten, sowie anderer Eingriffe (Ansaat, Mahd, Herbizideinsatz usw.) kommt es zu einer Vereinheitlichung der Flora und Fauna ursprünglich verschiedener Habitate. Bezüglich Klimagradienten zeigte sich - etwas unerwartet - eine negative Korrelation der Artenzahl mit der Temperatur. Verantwortlich dürfte auch in diesem Fall eine Überprägung des naturräumlichen Gradienten durch die Landnutzung sein, da die Nutzungsintensität in klimatischen Gunstlagen (= höhere Temperaturen, z.B. Marchfeld, Pannonikum) steigt, mit entsprechend negativen Konsequenzen für die Artenvielfalt. Bei Heuschrecken war diese Trendumkehr weniger deutlich erkennbar. Die Tagfalter traten in höherer Artenzahl bei geringen und bei hohen Juli-Temperaturen auf, ein Artenabfall war bei mittleren Temperaturen erkennbar.

Resümee

Das im Rahmen von BINATS entwickelte Monitoringprogramm wurde speziell für das Erkennen und die Überprüfung von potenziellen Effekten von GVP im Agrarland konzipiert, kann aber beispielsweise auch für die allgemeine Biodiversitätserfassung im Agrarland, sowie für eine ÖPUL-Evaluierung herangezogen werden.

Mit dem Projekt BINATS wurde der Grundstein für ein langfristiges Beobachtungsnetzwerk zur systematischen Erfassung der floristischen und faunistischen Biodiversität im österreichischen Agrarraum etabliert. Das entwickelte Monitoringdesign sollte möglichst kosten-nutzeneffizient sein, damit eine regelmäßige Wiederholung realisiert werden kann. Das BINATS Design stellt ein flexibles Monitoringsystem dar, in das bei Bedarf auch zusätzliche Indikatoren und deren spezifisches Erhebungsdesign integriert werden könnten.

Erstmalig wurden mit diesem Projekt umfassende Daten zur Diversität von Landschaftselementen und Habitaten und von drei verschiedenen Organismengruppen repräsentativ über die gesamte österreichische Anbauregion erhoben, die auch für die allgemeine Biodiversitätsforschung genutzt werden können. Im Falle einer Freisetzung von GVP stehen somit umfassende standardisiert erhobene Basisdaten zur Biodiversität, sowie ausreichend Testflächen zur Verfügung. Die erhobenen Daten stellen den Grundstein (Baseline) für ein zukünftiges Monitoring dar. Um Veränderungen bezüglich der Biodiversität feststellen zu können, bedarf es der Erstellung von Beobachtungszeitreihen und somit einer regelmäßigen standardisierten Wiederholung der Datenerhebung. Erst derartige Zeitreihen werden es ermöglichen, GVP spezifische Effekte von Trends, die auf andere Ursachen zurückgehen, zu unterscheiden. Es wird daher empfohlen, die Wiederholungen dieser Basisdatenerhebung im Rhythmus von fünf Jahren durchzuführen.

Downloads

Das Kartierhandbuch zur Biodiversitätserfassung im Agrarraum entstand im Rahmen des Gesamtprojekts:

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