Bioindikator

Ein Bioindikator, auch Indikatorart, Zeigerart oder Indikatororganismus, ist ein Lebewesen, welches auf Einflüsse des Menschen mit Veränderungen in dessen Lebensfunktionen oder dessen Vorkommen/Fehlen reagiert, sowie die vom Menschen in die Umwelt eingebrachten Stoffe speichert.

Die Reaktion auf bestimmte Belastungen, sowie Standort- und Umweltbedingungen, zum Beispiel Feuchtigkeit, Licht, Wärme, pH-Wert, Nährstoffverhältnisse des Bodens sowie Wasser- oder Luftverschmutzung wird in der Umweltbeobachtung genutzt.

Messbare Stoffwechselprodukte von Bioindikatoren werden auch als Biomarker bezeichnet. Die Aussagekraft eines Bioindikators ist umso höher, je empfindlicher er auf Veränderungen der äußeren Einflüsse reagiert. Der Wert der Nutzung von Bioindikatoren liegt in den dadurch gesparten Messungen oder Untersuchungen, die in der Regel über deutlich längere Zeiträume durchgeführt werden müssten.

Inhaltsverzeichnis

Systematik

Es gibt sensitive oder reaktive Bioindikatoren (Reaktionsindikatoren). Dies sind sensible Lebewesen, welche schnell, selektiv und hochsensibel auf Schadstoffeinträge in ihren Lebensraum reagieren (z. B. Goldfische in Chemiebetrieben, welche Grundwasserverschmutzungen höchst sensibel zeigen, eine heute nicht mehr sehr gebräuchliche Methode → Tierschutz)

Daneben gibt es die akkumulativen Bioindikatoren (Akkumulationsindikatoren). Dies sind Lebewesen, zumeist Pflanzen, welche bestimmte Schadstoffeinträge ansammeln (z. B. der Holunder als Fluorsammler) und so nachweisbar machen, ohne selbst dabei frühzeitige Schäden zu zeigen.

Man kann aktive und passive Verfahren unterscheiden. Beim aktiven Verfahren werden Bioindikatoren in eine andere Umgebung ausgesetzt (exponiert), um dort beobachtet oder später zur Analyse entnommen zu werden. Beim passiven Verfahren werden Bioindikatoren in ihrer natürlichen Umgebung beobachtet bzw. zur Analytik aus ihrer natürlichen Umgebung entnommen.

Verfahren Indikatoren Einsatz Messwert Aussageziel
Passive Verfahren Flechtenvegetation am
natürlichen Wuchsort
R Artenzahl und
-verteilung
Allgemeine Belastung
von Ökosystemen
Bodenmoose auf Freiflächen im Waldbestand (Moosmonitoring) A Akkumulation von Schwermetallen und Stickstoff Regionale Hintergrund-Belastung der letzten 2–3 Jahre
Nadelgehölze im
Waldbestand
R Morphometrie Chronische
Belastung durch
Luftverunreinigungen
Nadelgehölze im
Waldbestand
A Akkumulation
von Schwefel, Fluor,
Schwermetallen u. a.
Langfristige Belastung
mit akkumulierbaren
Schadstoffen
krautige Pflanzen, Gräser, Sträucher, Gehölze R Beginn phänologischer Entwicklungsphasen der Pflanzen zeitliche Veränderung des Phasenbeginns Klimaänderung, Phänologie
Aktive Verfahren Flechtenexposition R Nekrotisierung Allgemeine Belastung
von Ökosystemen
Tabakpflanzen R Nekrotisierung Wirkung oxidierender
Luftverunreinigungen
Klonfichten R Morphometrie Chronische
Belastung durch
Luftverunreinigungen
Klonfichten A Akkumulation
von Schwefel, Fluor,
Schwermetallen u. a.
Langfristige Belastung
mit akkumulierbaren
Schadstoffen
Graskultur
(z. B. Welsches Weidelgras)
A Akkumulation
von Schwefel, Fluor,
Schwermetallen u. a.
Aktuelle Belastung mit
akkumulierbaren Schadstoffen

R = Reaktionsindikatoren, A = Akkumulationsindikatoren

Beispiele

Natürlich vorkommende Bioindikatoren sind u. a.

  1. Wasserlebewesen zur Bestimmung der Gewässergüte (Saprobienindex)
  2. Pflanzen bzw. Pflanzengesellschaften zur Bestimmung der Bodenqualität (Gehalt an Stickstoff, pH-Wert, Wasserversorgung, …) Fachgebiet: Geobotanik

Künstlich eingebrachte Bioindikatoren sind inzwischen auch schon standardisiert. Beispiele:

  1. Flechten zur Bestimmung der Luftverunreinigung
  2. Graskultur (Luftbelastung)
  3. Bodenmoose (Luftbelastung durch Schwermetalle; Moosmonitoring)
  4. Tabakpflanzen (Ozonbelastung, Luftschadstoffe)
  5. Daphnien (Krebse) (Wasserqualität)
  6. Elritzen (Fische) (Überwachung der Trinkwasserqualität)

Verwendung

Bioindikatoren werden seit ca. 4 Jahrzehnten in der Umweltkontrolle, wie z. B. der Emittentenüberwachung (Grünkohl, Weidelgras), eingesetzt. Seit neuerer Zeit finden sie auch in der Naturschutz- und Landschaftsplanung (Erfolgskontrollen, Zustandsanalysen) sowie in der Naturschutzforschung Verwendung. Je nach Ziel und Aufgabenstellung können etliche Tier- und/oder Pflanzenarten Indikatorfunktionen übernehmen. Zeigerarten für die Charakterisierung von Still- und Fließgewässern sind zum Beispiel Libellen, da sie komplexe Ansprüche an den Lebensraum bezüglich der Strukturvielfalt der Vegetation, dem Vorhandensein verschiedener Teilhabitate und deren Vernetzung stellen. Gleichzeitig bietet sich die Möglichkeit, mit Hilfe des Nachweises von Exuvien (Larvenhäute) der aquatisch lebenden Libellenlarven, die Fortpflanzungsrate oder auch die Wasserqualität zu bewerten.

Bei der Beurteilung der Qualität von Gewässern nutzt man auch die im Wasser aufgefundenen Saprobien (bestimmte Arten von Pilzen, Bakterien und Protozoen) als Indikatoren. Verschiedenen Saprobien sind dabei typisch für bestimmte Verschmutzungsgrade.

Vor- und Nachteile der biologischen und der chemisch-physikalischen Methoden

Biologische Methoden

Vorteile
  • geben die Gesamtheit aller Einzelkomponenten mit Toleranzwerten an
  • lassen flächendeckende exakte Aussagen zu
  • sind für flächendeckende Aussagen nicht auf Rechenmodelle angewiesen
  • geben mit einer Stichprobe den Langzeitwert von Einzelkomponenten an
  • geben die Einhaltung, Unter- oder Überschreitung von Toleranzwerten von Einzelkomponenten an
  • liefern Informationen über Einzelwirkungen und das Zusammenwirken verschiedener Komponenten
  • einfach, verursachen geringe Kosten
  • arbeiten mit Messgeräten, die nicht ausfallen können
  • empfindlich, da sie auch geringste Schadstoffkonzentrationen über längere Zeit hinweg kumulieren und damit nachweisbar machen können
  • können bisher unbekannte Giftstoffe nachweisen
Nachteile
  • wenig präzise Quantifizierung

Chemisch-physikalische Methoden

Vorteile
  • geben ausgewählte Einzelkomponenten mit genauen Werten an
  • geben mit einer Stichprobe den momentanen Wert von Einzelkomponenten an (wenig träge)
  • geben bei Langzeitmessungen exakte Schwankungen der gemessenen Einzelkomponenten an
Nachteile
  • lassen nur punktuelle exakte Aussagen zu
  • sind für flächendeckende Aussagen auf Rechenmodelle angewiesen
  • geben keine Informationen über die Einzelwirkungen oder das Zusammenwirken verschiedener Komponenten
  • sind komplizierte, hohe Kosten verursachende Methoden
  • arbeiten mit Messgeräten, die ausfallen können

Siehe auch

Literatur

  • Hans-Günther Däßler: Einfluss von Luftverunreinigungen auf die Vegetation. 4. Auflage, 1991, ISBN 3-334-00391-4.
  • M. Laun: Erfahrungen mit dem aktiven Biomonitoring in der Anlagenüberwachung. In: B. Heuel-Fabianek, H.-J. Schwefer, J.Schwab (Hrsg.): Umweltverträglichkeit in der Abfallwirtschaft. Springer-Verlag, 1998, ISBN 3-540-63732-X, S. 131–149.
  • U. Rieken: Planungsbezogenen Bioindikation durch Tierarten und Tiergruppen - Grundlagen und Anwendung. In: Schrift.-R. f. Landschaftspflege und Naturschutz. 36, 1992, S. 187.
  • Hans-Peter Haseloff: Bioindikatoren und Bioindikation. In: Biologie in unserer Zeit. 12, Nr. 1, 1982, ISSN 0045-205x, S. 20–26 (doi:10.1002/biuz.19820120106).
  • Lore Steubing: Pflanzen als Bioindikatoren für Luftveruneinigungen. In: Chemie in unserer Zeit. 19, Nr. 2, 1985, ISSN 0009-2851, S. 42–47 (doi:10.1002/ciuz.19850190203).
  • Sylvia Reckel, Manfred Aöschner, Marion Stock: Flechten als Anzeiger der Luftqualität. In: Biologie in unserer Zeit.' 29, Nr. 6, 1999, ISSN 0045-205x, S. 364–370 (doi:10.1002/biuz.960290608).
  • Roland Klein: Zum Einsatz von Bioindikatoren zur Überwachung des Umweltzustands. In: Gefahrstoffe - Reinhaltung der Luft. 68, Nr. 10, 2008, ISSN 0949-8036, S. 430–434.
  • Lutz Genßler, Jutta Rademacher, Uwe Rammert: Arbeitskreis Bioindikation / Wirkungsermittlung - Konzeption. In: UWSF – Z Umweltchem Ökotox 13 (6) 375 – 378 (2001)
  • Ludwig Peichl: Landesweite Erhebung von Immissionswirkungen mit Bioindikatoren. In: UWSF – Z Umweltchem Ökotox 9(5) 273 – 282 (1997)
  • L. Peichl, L. Radermacher; G. Wagner: Empfehlung zum emittentenbezogenen Einsatz von pflanzlichen Bioindikatoren. In: UWSF – Z Umweltchem Ökotox 11(4) 207 – 211 (1999)
  • Roland Pesch, Winfried Schröder, Helga Dieffenbach-Fries, Lutz Genßler: Optimierung des Moosmonitoring-Messnetzes in Deutschland. In: UWSF – Z Umweltchem Ökotox 2006 (OnlineFirst): 12

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