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19.06.2024

Wie Biodiversität gemessen werden kann

Vorgestern haben die europäischen Umweltministerinnen und -minister das seit Monaten umstrittene Renaturierungsgesetz angenommen [1] [1a] [2] [3] – ein zentrales Vorhaben der EU, Ökosysteme zu schützen und wieder herzustellen. Es war bis zuletzt unklar, ob eine qualifizierte Mehrheit das Gesetz befürwortet – also die Ministerinnen und Minister von mindestens 15 Mitgliedsstaaten, die mindestens 65 Prozent der EU-Bevölkerung repräsentieren. Mit der österreichischen Ministerin Leonore Gewessler, die gegen den Willen ihrer Koalitionspartner für das Gesetz stimmte, wurde nun die nötige Mehrheit erreicht. Auf deutscher Ebene gibt es mit der Bundesinitiative Natürlicher Klimaschutz und der Nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt vergleichbare Initiativen. Um den Erfolg solcher Vorhaben zu messen, wird der Fortschritt mit dafür entwickelten Sets an Biodiversitätsindikatoren regelmäßig überprüft.

Den voranschreitenden Verlust der Biodiversität und die Zerstörung von Ökosystemen anhand von messbaren Werten zu überwachen, ist herausfordernd. Beim Klimawandel gibt es eine zentrale Kennzahl, an der sich politische Maßnahmen orientieren können: die Treibhausgasemissionen, die in CO2-Äquivalenten angegeben werden können. Im Bereich der Biodiversität werden stattdessen viele verschiedene Indikatoren genutzt, die nur Teilaspekte beschreiben – etwa einzelne Lebensräume oder Artengruppen. Welche Indikatoren besonders aussagekräftig sind, ist für Laien schwer ersichtlich.

In diesem Fact Sheet zeigen wir anhand zweier Indikatoren des EU-Renaturierungsgesetzes, wie die Beurteilung von Ökosystemen und Biodiversität mithilfe von Indikatoren funktioniert. Zudem stellen wir dar, wie sich der Verlauf dieser Indikatoren in Deutschland und der EU in den vergangenen Jahrzehnten entwickelt hat: Auf EU-Ebene zeigt sich sowohl bei Tagfaltern auf Wiesen und Weiden als auch bei Agrarlandvögeln ein starker Rückgang seit dem Start der Erhebung im Jahr 1990. Waldvogelarten konnten sich in den letzten zehn Jahren in der EU hingegen etwas erholen. Der deutsche Vogelindikator zeigt ähnliche Trends für Deutschland.

Dieses Fact Sheet kann hier als pdf heruntergeladen werden.

Übersicht

     

  • Was sind Biodiversitätsindikatoren?
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  • Der „Grassland Butterfly Index“ der EU
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  • Der „Common Bird Index“ der EU
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  • Deutscher Vogelindikator „Artenvielfalt & Landschaftsqualität“
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  • Fazit
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  • Literaturstellen, die zitiert wurden
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Was sind Biodiversitätsindikatoren?

     

  • Indikatoren, die den Zustand der Biodiversität und von Ökosystemen zusammenfassend beschreiben
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  • als Indikator gängig: Vorkommen ausgewählter Arten einer Artengruppe, die geeignet ist, ein Ökosystem zu repräsentieren (zum Beispiel Schmetterlinge) oder ein für viele Artengruppen günstiges Habitat-Merkmal (zum Beispiel Menge an Totholz im Wald)
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  • geeignete Artenauswahl herausfordernd; Indikator für einzelne Art einfacher zu erheben, aber weniger aussagekräftig
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  • bekanntester Indikator „Living Planet Index“ basiert auf Populationsgrößen von über 5000 Wirbeltierarten weltweit; wird allerdings kritisiert, da er stark generalisiert, Arten ungeachtet ihrer Rolle für Ökosysteme gleich gewichtet und schwer zu interpretieren ist [4] [5]
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Warum werden Biodiversitätsindikatoren verwendet?

     

  • Erfassung der gesamten Biodiversität zu aufwendig, daher werden verallgemeinernde Werte genutzt
  •  

  • oft starke Fluktuationen bei einzelnen Arten; Artengruppen oder Ersatzparameter weniger davon betroffen; dadurch sind generelle Trends besser erkennbar [6]
  •  

  • ermöglichen Quantifizierung von Artenverlust oder Fortschritt beim Naturschutz
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  • ermöglichen, konkrete Ziele für den Naturschutz in Gesetzen und Abkommen zu formulieren und deren Erfolg zu messen
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Indikatoren in EU- und deutscher Gesetzgebung

     

  • einige Indikatoren im EU-Renaturierungsgesetz [1]:
    • Agrarfläche mit stark diversen Landschaftselementen
    • Menge an organischem Kohlenstoff in Böden
    • Tagfalter auf Wiesen und Weiden („Grassland Butterfly Index“)
    • Agrarlandvögel („Common Farmland Bird Index”)
    • stehendes und liegendes Totholz im Wald
    • Wälder mit heterogener Altersstruktur
    • Waldvernetzung
    • Waldvögel („Common Forest Bird Index”)
    • Menge an organischem Kohlenstoff im Wald
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  • Nationale Strategie zur biologischen Vielfalt in Deutschland nutzt Set aus 18 Indikatoren [7]; darunter Vögel in verschiedenen Lebensräumen, Schutzgebiete, Zustand der Gewässer, nachhaltige Forstwirtschaft, Überdüngung, Zerschneidung der Landschaft
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  • Indikatoren werden noch nicht einheitlich in EU-Staaten erhoben; wegen guter Datenverfügbarkeit betrachten wir im Folgenden die Indikatoren für Vögel und Tagfalter
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Der „Grassland Butterfly Index“ der EU

     

Wie wird der Indikator erhoben? [8]

     

  • Daten zu 17 Tagfalterarten in aktuell 18 EU-Staaten gehen in den EU-Indikator ein (separater Indikator für Gesamteuropa)
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  • Artenauswahl besteht aus häufig vorkommenden sowie seltener vorkommenden Offenland-Tagfalterarten; soll die Diversität anderer Tier- und Pflanzengruppen mitrepräsentieren
  •  

  • jeder teilnehmende Staat erhebt Rohdaten:
    • Zählung entlang rund 7000 Transekten (Strecken von 0,5 bis 3 Kilometern) in der EU
    • meist durch ausgebildete Ehrenamtliche („Citizen Science“)
    • nur während der regional spezifischen Flugzeit; meist von März/April bis September/Oktober; Anzahl der jährlichen Zählungen variiert stark zwischen Ländern; angestrebter Standard: alle ein bis zwei Wochen
    • keine Erfassung von Larven und Raupen
    • in Deutschland Zählung übers „Tagfaltermonitoring Deutschland“; 588 Transekte [9] [10]; einen eigenen deutschen Tagfalterindikator gibt es bislang nicht
  •  

  • Berechnung des Gesamtindikators:
    • nationale Stellen melden Daten nach Qualitätscheck an das „European Butterfly Monitoring Scheme“
    • zunächst werden Indikatoren für einzelne Arten berechnet; fehlende Datenpunkte werden statistisch interpoliert
    • daraus werden Gesamtindikatoren für EU/Europa berechnet; jede Art wird dabei gleich gewichtet
  •  

  • laut EU-Renaturierungsgesetz [1] soll der „Grassland Butterfly Index“, bis 2030 steigenden Trend aufweisen und danach einen noch zu definierenden Zielwert erreichen
  •  

Warum Tagfalter?

     

  • Tagfalter (tagsüber fliegende Schmetterlinge) haben oft spezielle Ansprüche an ihr Habitat, zum Beispiel bestimmte Pflanzenarten; reagieren aufgrund ihrer kurzen Generationszeit schnell und empfindlich auch auf kleinräumige Veränderungen [11]
  •  

  • Kombination von Spezialisten- und Generalisten-Arten kann mehrere Merkmale eines gesunden Grünland-Habitats abbilden [8]:
    • Beispiel Spezialist: Thymian-Ameisenbläuling (,Phengaris arion’) benötigt speziellen Thymian oder Oregano für Eiablage sowie ein Ameisenvolk einer bestimmten Art, bei dem er parasitiert [12]
    • Bespiel Generalist: Hauhechel-Bläuling (‚Polyommatus icarus‘) ist bei Pflanzenwahl für Nahrung oder Eiablage weniger wählerisch [13]
  •  

  • Tagfalter sind eine charakteristische Artengruppe mit hohem Wiedererkennungswert; Citizen Science einfach umzusetzen, da Tagfalter beliebt und recht einfach zu erfassen
  •  

  • unter Insekten gut erforschte Gruppe; Tagfalter werden schon lange in der EU erfasst, Zeitreihen sind lang genug für robuste Beurteilung der Trends [11]
  •  

  • Wiesen und Weiden sind für die Biodiversität wichtige und bedrohte Lebensräume; viel Veränderung durch Landwirtschaft und Landnutzungsänderung
  •  

„Grasland Butterfly Index“ in der EU: aktueller Trend

Abbildung 1: Verlauf des „Grassland Butterfly Index“ der EU seit 1990 berechnet bis 2020 [8]. Der Referenzwert 100 ist auf das Jahr 1990 festgelegt. Der graue Bereich beschreibt das 95%-Konfidenzintervall. Enthält Daten aus Belgien, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Irland, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Niederlande, Österreich, Rumänien, Schweden, Slowenien, Spanien, Tschechien und Ungarn.

     

  • negativer Trend des Tagfalterindikators in EU-Staaten von 1990 bis 2020 erkennbar [8]
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  • als Gründe gelten Intensivierung der Landwirtschaft (unter anderem Düngung und Insektizide), Fragmentierung der Lebensräume und Klimawandel [15]
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  • statistisch signifikanter Rückgang bei 5 von 17 Arten festgestellt, Zunahme nur bei einer Art, Populationen bei 3 Arten stabil und Entwicklung bei 8 Arten unsicher [8]
  •  

Herausforderungen und Unsicherheiten

     

  • starke natürliche Populationsschwankungen von Jahr zu Jahr bei Insekten; Trends dadurch erst langfristig zu erkennen; lange Zeitreihen darum wichtig
  •  

  • Trends im „Grassland Butterfly Index“ müssen vorsichtig interpretiert werden [8]:
    • Zeitreihen an verschiedenen Berechnungszeitpunkten können sich stark unterscheiden (vergleiche blaue und grüne Linie in Abbildung 2), da Länder dazukommen oder ausgeschlossen werden; zudem Änderungen in der Berechnungsmethodik
    • große Unsicherheitsintervalle, unter anderem durch geringe räumliche Abdeckung in manchen (vor allem neu dazukommenden) Ländern
    • sehr gutes Monitoring in Großbritannien [11]; jedoch im Datenstand 2020 (grüne Linie) nach dem Brexit nicht mehr inbegriffen; führt zu größeren Unsicherheitsintervallen
  •  

Abbildung 2: Verlauf des „Grassland Butterfly Index“ der EU. Dargestellt sind die Zeitreihen der Berechnungen aus 2018 [14] und 2020 [8]. Gestrichelte Kurven beschreiben das 95%-Konfidenzintervall. Die Zeitreihe aus 2018 (vor dem Brexit) beinhaltet noch Daten aus Großbritannien. Daten aus Italien sind erst ab dem Datenstand 2020 inbegriffen. Grafik macht deutlich: Verlauf der Zeitreihe kann rückwirkend korrigiert werden, wenn neue Länder hinzukommen oder ausgeschlossen werden oder die Methodik angepasst wird.

     

  • es ist zu erwarten, dass die Datenlage künftig immer besser wird; im Rahmen des SPRING Projektes wurden Monitoring-Programme in allen verbleibenden EU-Staaten etabliert; räumliche Abdeckung innerhalb von Ländern wird ebenfalls dichter [8]
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  • zur Berechnung von nationalen Trends ist in vielen Ländern die Erfassungsdichte und -häufigkeit noch zu gering; Zusammenführung der Daten verschiedener Länder zu einem Indikator herausfordernd
  •  

Der „Common Bird Index“ der EU

Wie wird der Indikator erhoben? [16] [17] [18]

     

  • Erfassung von 168 häufigen Vogelarten in aktuell 25 EU-Staaten (separater Indikator für Gesamteuropa)
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  • darunter 39 Arten für Agrarland und 34 Arten für Waldgebiete; diese bilden Teilindikatoren für Agrarland und Wald
  •  

  • jeder Staat erhebt Daten für eine Auswahl der dort typischen Arten:
    • jährliche, standardisierte Erfassung der Arten auf Transekten, über Punktzählungen oder mithilfe der Kartierung von Territorien
    • Transekte und Punktzählungen meist zweimal im Jahr, Territorien öfter erfasst [19]
    • hauptsächlich über ausgebildete Ehrenamtliche („Citizen Science“)
    • fehlende Datenpunkte statistisch extrapoliert
  •  

  • Berechnung des Gesamtindikators:
    • Nationale Monitoringstellen berechnen Indikatoren für einzelne Arten auf Länderebene; in Deutschland: „Dachverband Deutscher Avifaunisten“
    • Meldung an EU-Monitoringstelle „Pan-European Common Bird Monitoring Scheme“
    • Zusammenführung zu länderübergreifenden Indikatoren für einzelne Arten; Länder mit größeren Populationen der jeweiligen Art werden stärker gewichtet
    • Zusammenführung zu Gesamtindikatoren für mehrere Länder und mehrere Arten
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  • laut EU-Renaturierungsgesetz [1] soll der Teilindikator für Agrarlandvögel in EU-Staaten bis 2030, 2040 und 2050 um festen Prozentsatz ansteigen (Artikel 11.3); Teilindikator für Waldvögel soll bis 2030 steigenden Trend aufweisen und einen noch zu definierenden Zielwert erreichen (Artikel 12.2)
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  • deutsche Variante ist der Indikator „Artenvielfalt und Landschaftsqualität“
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Warum Vögel?

     

  • Vögel können aufgrund ihrer speziellen Ansprüche an ein Habitat die Intaktheit eines Lebensraumes gut repräsentieren [20]
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  • Beispiel: das Rebhuhn ist ein Agrarlandvogel, der einen Mix ein- und mehrjähriger Blühbrachen benötigt [21]
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  • Citizen Science ist einfach umzusetzen, da Vögel beliebt und recht einfach zu erfassen sind; dadurch ist gute Datenlage gewährleistet
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  • Trends sind stabiler als bei Insekten; weniger natürliche Schwankungen wegen größerer Körpergröße, geringerer Reproduktionsrate und geringerer Sterblichkeit
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  • große Vielfalt an Arten; kommen in allen Lebensräumen vor
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„Common Bird Index“ in der EU: aktueller Trend

Abbildung 3: Verlauf des „Common Bird Index“ und seiner Teilindikatoren für Wald und Agrarland von 1990 bis 2022 [15]. Gestrichelte Kurven beschreiben das 95%-Konfidenzintervall. Der Referenzwert 100 ist auf das Jahr 1990 festgelegt. Die Zeitreihen beinhalten Daten aus Belgien, Bulgarien, Dänemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Rumänien, Schweden, Slowakei, Slowenien, Spanien, Tschechien, Ungarn und Zypern.

     

  • insgesamt negativer Trend: Rückgang von 14 Prozent von 1990 bis 2022; bei Agrarlandvögeln Rückgang um 40 Prozent [16]
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  • Indikator zeigt langfristigen Trend; Schwankungen von Jahr zu Jahr schwierig zu interpretieren; entstehen zum Beispiel durch Wetterbedingungen wie besonders kalte Winter [22]
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  • Waldvögel-Populationen haben sich in den letzten Jahren stabilisiert
  •  

  • Agrarlandvögel gehen seit 1990 in fast allen EU-Ländern stark zurück, bedingt durch [23]:
    • intensive Landwirtschaft (Nutzung von Pestiziden und Düngemitteln, Verlust und Degradierung von Wiesen und Weiden sowie Kleinstrukturen in der Landschaft)
    • Prädatoren
    • Urbanisierung
    • Klimawandel; einige Arten profitieren jedoch davon
  •  

  • im Gegensatz zum „Grassland Butterfly Index“ sind die Trends über verschiedene Berechnungsjahre relativ stabil
  •  

  • Daten werden immer zuverlässiger, da regelmäßig neue Länder Daten liefern; auch die Artenlisten werden immer wieder erweitert oder überarbeitet
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Deutscher Vogelindikator „Artenvielfalt & Landschaftsqualität“

     

  • Erfassung von 51 typischen Vogelarten, die die wichtigsten Landschafts- und Lebensräume in Deutschland repräsentieren (Agrarland, Wälder, Siedlungen, Binnengewässer, Küsten und Meere, Alpen); ebenfalls über Citizen Science [24]
  •  

  • Hauptindikator der Nationalen Strategie zur Biologischen Vielfalt [5]
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  • setzt sich aus den Teilindikatoren der einzelnen Lebensräume zusammen; diese werden nach ihrem Anteil an der Gesamtfläche Deutschlands gewichtet und zum Gesamtindikator verrechnet [25]; Indikatoren für Küsten und Meere sowie Alpen fließen nicht in den Gesamtindikator ein Zielwerte des Indikators [24]:
    • Gesamtindikator und Teilindikatoren geben Werte in Prozent in Relation zu Zielwerten für das Jahr 2030 an
    • diese sind die Mittelwerte der Zielwerte der entsprechenden Indikator-Vogelarten und werden auf 100% normiert
    • Zielwerte für einzelne Arten von Expertengremium festgelegt; basieren auf erwarteten Bestandsänderungen durch geplante politische Strategien
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  • EU-Indikator nutzt keine Zielwerte und erfasste Arten unterscheiden sich; Indikatoren daher nur qualitativ vergleichbar
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Deutscher Vogelindikator: aktueller Trend

Abbildung 4: Verlauf des deutschen Indikators „Artenvielfalt und Landschaftsqualität“ mit seinen Teilindikatoren für Wald, Agrarlandschaften, Binnengewässer und Siedlungen von 1990 bis 2019. Referenzwert 100 für den Gesamtindikator und die Teilindikatoren sind die Zielwerte für 2030.

     

  • ähnliche Trends wie beim EU-Indikator:
    • insgesamt negativer Trend
    • starker Rückgang bei Agrarland-Arten seit 1990 (von 180 auf 70 Prozent Zielerreichungsgrad); Gründe auch hier intensive Landwirtschaft und Fragmentierung der Landschaft
    • leichte Erholung bei Teilindikatoren Wald und Siedlungen von 2009 bis 2019
  •  

Fazit

     

  • Indikatoren, die auf Artengruppen basieren, können die Biodiversität und den Gesamtzustand von Ökosystemen abbilden
  •  

  • Artenauswahl, Erfassung und statistische Zusammenführung der Daten verschiedener Länder zu einem Indikator ist herausfordernd und von Unsicherheiten geprägt
  •  

  • Monitoring ist auf bürgerliches Engagement in Form von Citizen Science angewiesen; beliebte Artengruppen wie Vögel und Tagfalter eignen sich daher besonders
  •  

  • Datenlage in Europa verbessert sich stetig; immer mehr Staaten nehmen am Monitoring teil; deshalb schwanken Verläufe von Jahr zu Jahr aber auch stark; vor allem beim weniger etablierten „Grassland Butterfly Index“
  •  

  • trotzdem übergreifender Trend in Tagfalter- und Vogelindikatoren erkennbar: Habitate in Agrarlandschaften in Deutschland und der EU am stärksten vom menschenverursachten Biodiversitätsverlust geprägt
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Literaturstellen, die zitiert wurden

[1] Europäische Union (15.03.2024): Regulation of the European Parliament and of the Council on nature restoration.

[1a] Rat der Europäischen Union (17.06.2024): Nature restoration law: Council gives final green light. Pressemitteilung

[2] Science Media Center (2023): EU-Trilog beschließt Renaturierungsgesetz. Rapid Reaction. Stand: 10.11.2023.

[3] Science Media Center (2023): Renaturierungsgesetz: Wie lässt sich Europas zerstörte Natur wiederherstellen? Press Briefing. Stand: 10.07.2023.

[4] Ledger SEH et al (2023): Past, present, and future of the Living Planet Index. Npj Biodiversity. DOI: 10.1038/s44185-023-00017-3.

[5] Ritchie H (13.10.2022): Living Planet Index: what does an average decline of 69% really mean? Our world in data.

[6] Soldaat LL et al. (2017): A Monte Carlo method to account for sampling error in multi-species indicators. Ecological Indicators. DOI: 10.1016/j.ecolind.2017.05.033.

[7] Bundesumweltministerium (2023): Indikatorenbericht 2023 der Bundesregierung zur Nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt.

[8] Van Swaay CAM et al. (2020): European Grassland Butterfly Indicator 1990-2020 Technical report. Butterfly Conservation Europe & SPRING/eBMS & Vlinderstichting.

[9] Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (16.05.2019): Falter im Sinkflug.

[10] Kühn E et al. (2023): Tagfalter-Monitoring Deutschland Jahresauswertung 2022. Oedippus.

[11] United Kingdom Butterfly Monitoring Scheme: Butterfly as indicators. Stand: 29.01.2024.

[12] Landesamt für Umwelt Bayern: Thymian-Ameisenbläulinng (Phengaris arion). Stand: 29.01.2024.

[13] Naturschutzbund Nordrhein-Westfalen: Der Hauhechel-Bläuling. Stand: 29.01.2024.

[14] Van Swaay CAM et al. (2018): European Grassland Butterfly Indicator 1990-2018 Technical report. Butterfly Conservation Europe & SPRING/eBMS & Vlinderstichting.

[15] Warren MS et al. (2021): The decline of butterflies in Europe: Problems, significance, and possible solutions. DOI: 10.1073/pnas.2002551117.

[16] PanEuropean Common Bird Monitoring Scheme (2023): European common bird indicators, 2023 update.

[17] European Environment Agency (08.06.2023): Common bird index in Europe.

[18] PanEuropean Common Bird Monitoring Scheme: PECBMS Methods. Stand: 29.01.2024.

[19] Brlik V et al. (2021): Long-term and large-scale multispecies dataset tracking population changes of common European breeding birds. Nature. DOI: 10.1038/s41597-021-00804-2.

[20] PanEuropean Common Bird Monitoring Scheme: Questions and Answers, Question 6.4: Is there any evidence that birds are good indicators for biodiversity as a whole? Stand: 29.01.2024.

[21] Rebhuhn Retten – Vielfalt fördern. Stand: 26.02.2024.

[22] PanEuropean Common Bird Monitoring Scheme: Questions and Answers, Question 2.3: What exactly do year to year changes in species index values stand for? Stand: 29.01.2024.

[23] Rigal S et al. (2023): Farmland practices are driving bird population decline across Europe. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.2216573120.

[24] Umweltbundesamt (13.10.2023): Indikator: Artenvielfalt und Landschaftsqualität.

[25] Achtziger R et al. (2004): Nachhaltigkeitsindikator für die Artenvielfalt – ein Indikator für den Zustand von Natur und Landschaft in Deutschland. Angewandte Landschaftsökologie.