SPEAR_Pestizide

Version: 2023.03

SPEAR_Pestizide ist ein merkmalsbasierter Bioindikator, der die Exposition und die ökologischen Auswirkungen von Pestizidbelastungen in kleinen Bächen auf der Basis von Makroinvertebraten-Monitoring-Daten abschätzt (Liess & von der Ohe, 2005).
Dabei wird die Wirkung von Insektiziden und anderen Pestiziden auf Invertebraten bewertet. Bisher wurde der Ansatz für wiederholte, kurzzeitige Impulse von Pestiziden validiert, die typisch für kleine Fließgewässer in Agrarlandschaften mit Einzugsgebieten bis zu 30 km² sind. Es ist zu beachten, dass SPEAR_Pestizide auf den Zeitraum des Jahres kalibriert ist der aufgrund der Anwendung von Pestiziden die stärksten ökologischen Effekte aufweist (Anfang Mai bis Mitte Juni). Entsprechend soll die Beprobung der Makroinvertebratengemeinschaft in diesem Zeitraum erfolgen. SPEAR_Pestizide kann jedoch auch verwendet werden, um langfristige Veränderungen in der Gemeinschaftsstruktur über andere Zeiträume des Jahres aufzuzeigen. Um einen aussagekräftigen SPEAR_Pestizide zu erhalten, sollte eine Probe mindestens 10 verschiedene Taxa enthalten. Im Allgemeinen ist das Ergebnis von SPEAR_Pestizide aufgrund der Verwendung von ökologischen Merkmalen weitgehend unabhängig von anderen abiotischen Parametern im betrachteten Fließgewässerabschnitt (z.B. Nährstoffe, Strukturgüte, Fließgeschwindigkeit, Refugien) (Liess et al., 2008, Knillmann et al. 2018, Liess et al. 2021, siehe Erklärung unten).

Eingabe

Monitoring-Daten

Fügen Sie hier Ihre Überwachungsdaten ein.
Vor der ersten Verwendung löschen Sie bitte den Beispieldatensatz.

Name₁, Name₂ and Name_3: Probenahmebezeichnung. Eine Probenahme kann durch einen Namen oder optional durch eine Kombination von maximal drei Namen identifiziert werden (z.B. Deutschland, Leipzig, 2014).
Taxa: Familien-, Genus- oder Artname der gesammelten Makroinvertebraten.
Abundanz: Abundanz der Makroinvertebraten.

Icon:
[X] Taxa Name fehlt: Der Name des Taxon fehlt, siehe Spalte „Taxa”.

Taxa-Verknüpfung

Über die Tabelle „Taxa-Verknüpfung” sind alle Taxa der „Monitoring-Daten” mit den Einträgen der „Merkmals-Datenbank” von SPEAR_Pestizide verknüpft, welche der Taxonomie der „Operationellen Taxaliste” des AQEM-Projekts entspricht („Operationelle Taxaliste”, www.freshwaterecology.info). Neu eingefügte Taxa der ”Monitoring-Daten” werden automatisch auf Basis einer Ähnlichkeitssuche verknüpft.
Verknüpfungen können manuell angepasst werden. Taxa, die nicht verlinkt sind, werden bei der Berechnung des SPEAR_Pestizide ignoriert.

Schaltfläche „Verknüpfungen zurücksetzen”: Nach einem Reset werden alle benutzerdefinierten Verknüpfungen gelöscht und durch die Standardverknüpfungen auf Basis der automatischen Ähnlichkeitssuche ersetzt (siehe oben).
Schaltfläche „Nicht in Monitoring-Daten enthaltene Taxa löschen”: Diese Aktion löscht alle Zeilen mit unbenutzten Taxa, d. h. Taxa, die nicht in der aktuellen Tabelle „Monitoring-Daten” vorhanden sind.

Icons:
[I] Identifiziert durch: Farbcodierte Informationen über die Qualität der Taxa-Verknüpfung. Grün = Der Taxonname ist perfekt identifiziert und mit der „Merkmals-Datenbank” verknüpft. Orange = Nur das erste Wort des Taxonnamens ist identifiziert und das Taxon ist entsprechend verknüpft. Rot = Der Taxonname ist NICHT identifiziert und der Dateneintrag wird daher von der Berechnung des SPEAR_Pestizide ausgeschlossen. Blau = Die Verknüpfung des Taxon mit der „Merkmals-Datenbank” wird vom Benutzer manuell gesetzt.
[X] Nicht verknüpft: Das Taxon ist nicht verknüpft, siehe Spalte „Taxa der Merkmals-Datenbank”. SPEAR_Pestizide basiert auf der Taxonomie der „Operationellen Taxaliste” („Operationelle Taxaliste”, www.freshwaterecology.info). Bei abweichenden Einträgen, z. B. bei Synonymen, kann die Verknüpfung nicht immer automatisch erfolgen.
[L] Taxon in Monitoring-Daten nicht vorhanden: Das Taxon ist nicht in der Tabelle „Monitoring-Daten”. Falls gewünscht, können alle nicht verwendeten Taxa über die Schaltfläche „Nicht in Monitoring-Daten enthaltene Taxa löschen” aus der Tabelle gelöscht werden.

Taxa Merkmale & Klassifizierung

Bei diesem Schritt werden die Makroinvertebraten-Taxa der „Monitoring-Daten” anhand ihrer ökologischen Merkmale in pestizid-empfindliche „Species at risk” und pestizid-unempfindliche „Species not at risk” eingeteilt. Zu den berücksichtigten ökologischen Merkmalen gehören:

Sensitivität: (Relative) Physiologische Empfindlichkeit eines Taxons gegenüber organischen Schadstoffen einschließlich Pestiziden. Die Sensitivitätswerte sind auf die akute Sensitivität (LC50) von Daphnia magna normiert. Dabei erhalten Arten, die empfindlicher als Daphnia magna sind einen Wert größer 0, Arten, die unempfindlicher sind einen Wert < 0. (siehe auch Von der Ohe & Liess (2004)). Standardmäßig wurde für ein pestizid-empfindliches Taxon einen „Sensitivitätswert” von >= -0,36 festgelegt. Dieser Schwellenwert kann unter „Erweiterte Einstellungen” geändert werden (siehe unten).
Generationszeit: Generationszeit eines Taxons. Einheit: Jahre pro Generation. Standardmäßig benötigt ein pestizid-anfälliges Taxon eine 'Generationszeit' von >= 0,5 Jahren (dieser Schwellenwert kann unter „Erweiterte Einstellungen” geändert werden, siehe unten).
Refugium: Abhängigkeit eines Taxons von Rückzugsgebieten und seine Fähigkeit, von dort abzuwandern, wenn solche Gebiete in oberen Bachabschnitten vorhanden sind. Dieses neu integrierte ökologische Merkmal minimiert den positiven Einfluss von Refugien in den oberen Fließgewässerabschnitten von Probenahmestellen. Zufluchtsgebiete sind definiert als (i) bewaldete oder grasbewachsene Bachabschnitte mit vermutlich geringem oder keinem Einfluss von Pestiziden, (ii) mit Mindestabmessungen von 100 m Breite und 300 m Länge, (iii) die mindestens doppelt so lang waren wie jeder landwirtschaftlich genutzte Bachabschnitt im weiter flussaufwärts gelegenen Abschnitt und (iv) eine maximale Entfernung zur Probenahmestelle von 10 km flussaufwärts aufwiesen. Kodierung: 1: Keine Refugientaxa, 0: Refugientaxa. Für weitere Informationen siehe Knillmann et al. (2018).
Exposition: Potenzielle Exposition eines Taxons gegenüber Pestiziden in der aquatischen Umwelt (0 = Exposition ist nicht gegeben, z. B. bei frühem Auftreten oder hoher Migrationsfähigkeit, 1 = Exposition während der Hauptanwendungszeit von Pestiziden ist wahrscheinlich).

Die Tabelle ”Taxa Merkmale & Klassifizierung” listet Merkmals-Werte und die entsprechende ”SPEAR-Klasse” der verknüpften Taxa auf. Merkmalswerte können editiert werden.

Schaltfläche „Merkmalswerte zurücksetzen”: Nach einem Reset werden benutzerdefinierte Merkmalswerte gelöscht und durch die Standard-Merkmalswerte aus der Tabelle „Merkmals-Datenbank” (siehe unten) ersetzt.
Schaltfläche „Nicht in Taxa-Verknüpfung enthaltene Taxa löschen”: Diese Aktion löscht alle Zeilen mit unbenutzten Taxa, d. h. Taxa, die in der aktuellen Tabelle „Monitoring-Daten” nicht vorhanden sind.

Taxa: Verknüpfte Taxa-Namen der „Merkmals-Datenbank” (siehe unten).
Sensitivität, Generationszeit, Refugium und Exposition: Merkmalswerte, die für die Berechnung der 'SPEAR-Klasse' pro Taxon verwendet werden. Die Klassifizierung der Merksmalswerte ist farblich codiert: Grün = Merkmalswert, der auf Pestizidempfindlichkeit hinweist; Grau = Merkmalswert, der auf Pestizidunempfindlichkeit hinweist.
Empirisch: Ein empirischer Wert für die SPEAR-Klasse (siehe unten).
SPEAR-Klasse: Endgültige Einteilung der Taxa in pestizid-empfindliche Taxa „Species at risk” (SPEAR-Klasse = 1) und pestizid-unempfindliche Taxa „Species not at risk” (SPEAR-Klasse = 0).
Ein Taxon wird als ”Gefährdete Art” (SPEAR-Klasse = 1) eingestuft, wenn alle vier Merkmale (Sensitivität, Generationszeit, Refugium und Exposition) auf eine Pestizidanfälligkeit hinweisen (grün eingefärbt). Der berechnete Wert für die SPEAR-Klasse kann durch einen empirischen Wert überschrieben werden (siehe oben). Taxa werden von der Berechnung der SPEAR-Pestizide ausgeschlossen, wenn die SPEAR-Klasse undefiniert ist.

Icons:
[S] Quelle: Farbcodierte Quelle der Merkmalswerte. Grün = Merkmalswerte werden aus der 'Merkmals-Datenbank' übernommen. Blau = Merkmalswerte wurden manuell vom Benutzer eingestellt.
[X] Merkmalswerte fehlen: Taxon wird aufgrund fehlender Merkmalswerte von der Berechnung des SPEAR_Pestizide ausgeschlossen. Voreingestellte Merkmalswerte basieren auf dem aktuellen Stand der Forschung.
[L] Taxon ist nicht verknüpft: Das Taxon ist nicht verknüpft. Falls gewünscht, können alle Taxa, die nicht in der Tabelle „Taxa-Verknüpfung” sind, über die Schaltfläche „Nicht in Taxa-Verknüpfung enthaltene Taxa löschen” gelöscht werden.

Ergebnisse

Die Berechnung des SPEAR_Pestizide erfolgt in den folgenden zwei Schritten. Zunächst wird die summierte Abundanz der pestizidgefährdeten Taxa ”Species at risk” (SPEAR Klasse = 1) durch die summierte Abundanz aller Taxa geteilt. Auf diese Weise erhält man einen Wert zwischen 0 und 1, der mit zunehmendem Pestiziddruck abnimmt. Vor der Summierung wird die Abundanz der Taxa log(4×+1)-transformiert, um den Einfluss von Populationen mit Massenentwicklungen zu verringern. Anschließend wird das so ermittelte Verhältnis auf einen Referenzwert von 1 normiert, der auf der Auswertung von deutschlandweiten Invertebraten-Daten beruht, die auch Fließgewässerstandorte ohne Pestizideinfluss einschließt. Für weitere Details zur Berechnung siehe Liess et al. 2021.

Aus den Werten des SPEAR_Pestizide lassen sich fünf Klassen der ”Umweltqualität” ableiten (EQ_Pestizide). EQ_Pestizide dient nur als Interpretationshilfe von SPEAR_Pestizide und bezieht sich auf die ökologischen Zustandsklassen nach WRRL. Entsprechend Liess et al. 2021:

EQ_Pestizide	SPEAR_Pestizide
Sehr gut (high) (I)	>= 0,8
Gut (good) (II)	>= 0,6 ... < 0,8
Mäßig (moderate) (III)	>= 0,4 ... < 0,6
Unbefriedigend (poor) (IV)	>= 0,2 ... < 0,4
Schlecht (bad) (V)	>= 0,0 ... < 0,2

Effekt und Expositionsabschätzungen

Diese Tabelle zeigt die berechneten Effekt- und Expositionsschätzungen für alle Makroinvertebraten-Probenahmen. Um die Tabelle zu exportieren, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Tabelle und wählen Sie ”Als CSV exportieren” aus dem Kontextmenü.

Name₁, Name₂ und Name_3: Namen der Probenahme.
SPEAR_Pestizide: SPEAR_Pestizide der Probenahmen, normiert auf Referenzbedingungen (siehe Erläuterungen oben).
EQ_Pestizide: Die Umweltqualität der Probenahmen in Bezug auf die Pestizid-Belastung. EQ_Pestizide dient nur als Interpretationshilfe des SPEAR_Pestizide und bezieht sich auf die ökologischen Zustandsklassen nach WRRL: ”sehr gut” (high), ”gut (good)”, ”mäßig (moderate)”, ”unbefriedigend (poor)” und ”schlecht (bad)”
TU_geschätzt: Die geschätzte Exposition gegenüber Pestiziden, angegeben in Toxischen Einheiten (TU). Die TU einer Probenahme spiegelt das höchste log-transformierte Verhältnis einer gemessenen Pestizidkonzentration zum akuten 48h-LC50 von Daphnia magna innerhalb einer Probenahme wider. Die eigentliche Berechnung der TU_geschätzt basiert auf Liess et al. 2021, die den linearen Zusammenhang zwischen SPEAR_Pestizide und der in TU angegebenen Pestizidbelastung ermittelt haben. Die Regressionsgleichung lautet:

SPEAR_Pestizide = 0,17502 - 0,13012 * TU_geschätzt

Auf dieser Grundlage kann TU_geschätzt wie folgt berechnet werden:

TU_geschätzt = (0,17502 - SPEAR_Pestizide) / 0,13012

Effekt Grafik

Diese Grafik zeigt die Werte des SPEAR_Pestizide für die Makroinvertebraten-Proben, normiert auf Referenzbedingungen (siehe Erläuterungen oben).

Effekt-Verteilungsdiagramm

Die Umweltbelastung durch Pestizide wird als Verteilung der EQ_Pestizide für alle Makroinvertebraten-Probenahmen angegeben. Die Klassen der EQ_Pestizide dienen nur als Interpretationshilfe des SPEAR_Pestizide und beziehen sich auf das Konzept der ökologischen Zustandsklassen nach der WRRL: ”sehr gut” (high), ”gut (good)”, ”mäßig (moderate)”, ”unbefriedigend (poor)” und ”schlecht (bad)”.

Erweiterte Einstellungen

Merkmals-Datenbank

Standard-Merkmalswerte für die Berechnung von SPEAR_Pestizide. Diese Werte werden für die Berechnung des SPEAR_Pestizide der verknüpften Taxa verwendet, sofern keine benutzerdefinierten Werte in der Tabelle „Taxa Merkmale & Klassifikation” eingestellt sind.

Ordnung, Familie, Gattung, Taxon: Ordnungs-, Familien-, Gattungs- und Artname entsprechend der „Operationellen Taxaliste” des AQEM Projekts („Operationelle Taxaliste”, www.freshwaterecology.info).
Rang: Rang der taxonomischen Hierarchie.
Sensitivität: (Relative) physiologische Sensitivität eines Taxons gegenüber organischen Schadstoffen einschließlich Pestiziden. Die Werte sind auf die toxikologische Empfindlichkeit von Daphnia magna normiert. Kodierung: Weniger empfindlich als Daphnia magna < 0 < empfindlicher als Daphnia magna (für weitere Details siehe Von der Ohe & Liess, 2004). Standardmäßig benötigt ein pestizid-anfälliges Taxon einen „Sensitivitätswert” von >= -0,36. Dieser Schwellenwert kann unter „Erweiterte Einstellungen” geändert werden (siehe unten).
Generationszeit: Generationszeit eines Taxons. Einheit: Jahre pro Generation. Standardmäßig benötigt ein pestizid-empfindliches Taxon eine „Generationszeit” von >= 0,5 Jahren (dieser Schwellenwert kann unter „Erweiterte Einstellungen” geändert werden, siehe unten).
Refugium: Abhängigkeit eines Taxons von Rückzugsgebieten und seine Fähigkeit, von dort abzuwandern, wenn solche Gebiete in oberen Bachabschnitten vorhanden sind. Dieses neu integrierte ökologische Merkmal minimiert den positiven Einfluss von Refugien in den oberen Fließgewässerabschnitten von Probenahmestellen. Refugien sind definiert als (i) bewaldete oder grasbewachsene Bachabschnitte mit vermutlich geringem oder keinem Einfluss von Pestiziden, (ii) mit Mindestabmessungen von 100 m Breite und 300 m Länge, (iii) die mindestens doppelt so lang waren wie jeder landwirtschaftlich genutzte Bachabschnitt im weiter flussaufwärts gelegenen Abschnitt und (iv) eine maximale Entfernung zur Probenahmestelle von 10 km flussaufwärts aufwiesen. Kodierung: 1: Keine Refugientaxa, 0: Refugientaxa. Für weitere Informationen siehe Knillmann et al. (2018).
Exposition: Potenzielle Exposition eines Taxons gegenüber Pestiziden in der aquatischen Umwelt (0 = Exposition ist nicht gegeben, z. B. bei frühem Auftreten oder hoher Migrationsfähigkeit, 1 = Exposition während der Hauptanwendungszeit von Pestiziden ist wahrscheinlich).
SPEAR (Empirisch): Ein empirischer Wert für die SPEAR-Klasse (siehe auch SPEAR-Klasse in der Tabelle Taxa Merkmale & Klassifizierung).
Referenz: Literaturangaben zu Merkmalswerten (siehe Referenzen unten).

Merkmalsschwellenwerte

Schwellenwerte für die SPEAR_Pestizide - Klassifikation von Taxa (siehe oben).
Bitte prüfen und anpassen.

Klassifikation Sensitivität:
Falls (Sensitivität >= Schwellenwert) dann 1 sonst 0

Klassifikation Generationszeit:
Falls (Generationszeit >= Schwellenwert) dann 1 sonst 0

Referenzen

Liess M, Liebmann L, Vormeier P, Weisner O, Altenburger R, Borchardt D, Brack W, Chatzinotas A, Escher B, Foit K, Gunold R, Henz S, Hitzfeld KL, Schmitt-Jansen M, Kamjunke N, Kaske O, Knillmann S, Krauss M, Küster E, Link M, Lück M, Möder M, Müller A, Paschke A, Schäfer RB, Schneeweiss A, Schreiner VC, Schulze T, Schüürmann G, von Tümpling W, Weitere M, Wogram J, Reemtsma T, 2021. Pesticides are the dominant stressors for vulnerable insects in lowland streams. Water Research. 201.
Supporting Information of Liess M, Liebmann L, Vormeier P, Weisner O, Altenburger R, Borchardt D, Brack W, Chatzinotas A, Escher B, Foit K, Gunold R, Henz S, Hitzfeld KL, Schmitt-Jansen M, Kamjunke N, Kaske O, Knillmann S, Krauss M, Küster E, Link M, Lück M, Möder M, Müller A, Paschke A, Schäfer RB, Schneeweiss A, Schreiner VC, Schulze T, Schüürmann G, von Tümpling W, Weitere M, Wogram J, Reemtsma T, 2021. Pesticides are the dominant stressors for vulnerable insects in lowland streams. Water Research. 201.
Knillmann S, Orlinskiy P, Kaske O, Foit K, Liess M, 2018. Indication of pesticide effects and recolonization in streams. Science of the Total Environment. 630, pp. 1619–1627.
Liess M, von der Ohe PC, 2005. Analyzing effects of pesticides on invertebrate communities in streams. Environmental Toxicology and Chemistry. 24, pp. 954–965.
Liess M, Schäfer R, Schriever C, 2008. The footprint of pesticide stress in communities - species traits reveal community effects of toxicants. Science of the Total Environment. 406, pp. 484–490.
Schäfer R, von der Ohe PC, Rasmussen J, Kefford B, Beketov M, Schulz R, Liess M, 2012. Thresholds for the effects of pesticides on invertebrate communities and leaf breakdown in stream ecosystems. Environmental Toxicology and Chemistry. 46, 5134–5142.
Von der Ohe PC, Liess M, 2004. Relative sensitivity distribution of aquatic invertebrates to organic and metal compounds. Environmental toxicology and chemistry, 23, pp. 150-6.
Liebmann L, Vormeier P, Weisner O, Liess M. 2022. Balancing effort and benefit–How taxonomic and quantitative resolution influence the pesticide indicator system SPEARpesticides. Science of The Total Environment
Reiber L, Knillmann S, Foit K, Liess M, 2020. Species occurrence relates to pesticide gradient in streams. Sci. Total Environ. 735, art. 138807

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