Beobachtungs- und Referenzräume für das GVO - Monitoring

Frank Berhorn, Umweltbundesamt, FG IV 2.5; Frank.Berhorn@uba.de

Einleitung

Mit der Neufassung der EU-Freisetzungsrichtlinie 2001/18/EWG ist die Entscheidung für die ge-setzliche Verankerung eines Monitoring von Auswirkungen gentechnisch veränderter Organismen (GVO) gefallen. An einer inhaltlichen Ausgestaltung des Monitoring wird derzeit deutschland- und europaweit gearbeitet. Nach den EU-Vorgaben gliedert sich das Monitoring in eine fallspezifische Überwachung und eine allgemeine überwachende Beobachtung (‚general surveillance’). Dabei sind unterschiedliche zeitliche und räumliche Ebenen zu berücksichtigen, um unmittelbare und direkte sowie auch spätere und indirekte Umweltveränderungen zu erfassen (Traxler et al. 2000).

Neben der Auswahl geeigneter Untersuchungsparameter kommt der Auswahl von Beobachtungs- und Referenzräumen eine entscheidende Bedeutung für ein zukünftiges Monitoring zu. Zunächst werden die dem Text zugrunde liegenden Definitionen zu den Begriffen Beobachtungs- und Refe-renzraum dargestellt:

Beobachtungsraum: Nach bestimmten Repräsentanzanforderungen bzw. Auswahlkriterien abge-grenzter Raum als räumliche Ebene zur weiteren Auswahl flächenscharfer Untersuchungs- oder auch Referenzräume.

Referenzraum: Im Rahmen des GVO - Monitoring ist es entscheidend, dass der Referenzraum ein Bereich ist, der möglichst frei von GVO sowie deren Umweltwirkungen bleibt. Die räumliche Lage ist von der Auswahl der Beobachtungsräume abhängig. Die konkrete Biotoptypenausprägung so-wie noch auszuwählende Repräsentanzanforderungen müssen mit GVO – beeinflussten Untersu-chungsräumen vergleichbar sein. Somit bietet sich, neben dem „Ausgangszustand“ vor GVO – Ausbringung, soweit dieser überhaupt erfasst ist, der Referenzraum als weiterer Vergleichs- und Bewertungsmaßstab an.

Mit dem vorliegenden Beitrag werden Überlegungen dargestellt, die für die Auswahl von Beobach-tungs- und Referenzräumen von Bedeutung sind. Durch die Umweltbeobachtung liegen bereits langjährige Erfahrungen zur Auswahl von Beobachtungsräumen vor. Daher werden zuerst Pro-gramme vorgestellt, die für ein GVO - Monitoring methodische Bezugspunkte zur Auswahl von Beobachtungsräumen aufweisen. Nach dieser Vorstellung wird auf einzelne Aspekte und Rah-menbedingungen eingegangen, die bei der Auswahl von Beobachtungs- und Referenzräumen berücksichtigt werden müssen.

Bei der Auswahl von Beobachtungs- bzw. Referenzräumen ist zunächst zu hinterfragen, wie die Räume/Flächen bei anderen Monitoringprogrammen ermittelt und ausgewählt wurden. Gibt es Möglichkeiten, entsprechende Standorte in einem Programm zum GVO - Monitoring zu integrie-ren? Eine Darstellung inhaltlicher Verknüpfungen erfolgt derzeit im Rahmen des F u E-Vorhabens

„Konzeptionelle Entwicklung eines Langzeitmonitoring von Umweltwirkungen transgener Kultur-pflanzen“ (Züghart et al. 2001). Erste praktische Erfahrungen zur Nutzung bestehender

Untersu-chungsräume werden bereits bei der Durchführung der Modellprojekte gesammelt (vgl. Kap. 2.1.6

„Welchen Beitrag können Modellprojekte zur Entwicklung von Monitoringkonzepten gentechnisch veränderter Pflanzen leisten?“). Das niedersächsische Modellprojekt nutzt Bezugsräume der Bo-dendauerbeobachtung als Referenzräume für vegetationskundliche und bodenmikrobiologische Untersuchungen.

Zur vollständigen Beantwortung der Frage nach der Auswahl von Referenzräumen bedarf es, ne-ben der nachfolgend dargestellten kurzen Übersicht, einer intensiven Recherche der angewandten Auswahlmethoden der jeweiligen Programme.

Auf Bundesebene gibt es eine große Zahl umweltbezogener Beobachtungsprogramme. So be-schrieben Klitzing et al. (1998) 38 Programme verschiedener Ressorts mit 50 Beobachtungsnet-zen, 788 Parametern und 495 Parameterausprägungen. Viele der Beobachtungsprogramme be-fassen sich mit rein stofflichen Fragestellungen, wodurch sich die Aufnahmen auf spezielle, auf das Programm ausgerichtete Parameter beschränken. Darum bestehen auch unterschiedliche räumliche Schwerpunkte der vorhandenen Beobachtungsräume bzw. der Beprobungsflächen. In Hinblick auf eine Auswahl von Beobachtungs- und Referenzräumen für das Monitoring von GVO scheinen daher von den bundesweiten Programmen anderer Ressorts nur wenige als nutzbar.

Nachfolgend wird exemplarisch das Vorgehen bei der Bodendauerbeobachtung und der Ökologi-schen Flächenstichprobe (ÖFS) dargestellt.

Boden - Dauerbeobachtungsflächen (BDF)

Die Boden-Dauerbeobachtung versteht sich als Instrument zur langfristigen Überwachung der Veränderung von Bodenzuständen und Bodenfunktionen und ist ein Instrument zur Umsetzung des Bundes-Bodenschutzgesetzes¹.Wichtige Ziele der bodenkundlichen Dauerbeobachtung sind die Ermittlung von Bodenmerkmalen und –eigenschaften sowie die anthropogene Belastung der Böden. Es sollen langfristig Bodenveränderungen infolge standort-, belastungs- und nutzungsspe-zifischer Einflüsse erfasst werden, wobei regionale Einflüsse berücksichtigt werden. Aus Gründen der Repräsentanz soll zukünftig die Auswahl der Standorte nach den Empfehlungen der ad-hoc-AG der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Bodenschutz (LABO 2000) nach Kriterien erfolgen, die die Landschafts-, Boden-, Nutzungs- und Belastungsrepräsentanz kennzeichnen. Derzeit ist, wie nachfolgend weiter ausgeführt, keine bundesweite Repräsentanz entsprechend dieser Kriterien vorhanden.

Die Boden-Dauerbeobachtung wird überwiegend von den Bundesländern durchgeführt. In vielen Ländern ist die Betreuung von Boden–Dauerbeobachtungsflächen (BDF) in Abhängigkeit vom Ö-kosystemtyp, in dem die BDF eingerichtet wurde, geregelt. Nach den von Spatz (2001) ausgewer-teten Informationen von den Bundesländern besitzen die angelegten BDF eine „länderspezifische“

Repräsentanz. Als häufigstes Auswahlkriterium zur Ermittlung der Landschaftsrepräsentanz wur-den naturräumliche Gliederungen und Erkenntnisse über die Bowur-denregionen/-Gesellschaften ge-nutzt. So wurde beispielsweise auch bei der Flächenauswahl für die Boden- Dauerbeobachtung in

1 Gesetz zum Schutz vor schädlichen Bodenveränderungen und zur Sanierung von Altlasten Bundes-Bodenschutzgesetz (BBodSchG) vom 17. März 1998 (BGBl. I S. 502) Inkrafttreten am 1. März 1999

Bayern vorgegangen. Die Auswahl der Räume zur Anlage von konkreten Standorten der landwirt-schaftlich genutzten BDF wurden zunächst anhand der standörtlichen Landschaftsgliederung Bay-erns, die sich in insgesamt 121 Standorteinheiten aufteilt, ermittelt. Anhand von Bodenkarten im Maßstab 1: 25 000 und der Ortskenntnis der örtlichen Ämter für Landwirtschaft und Ernährung wurden dann konkrete Standorte ausgewählt.

Die derzeitigen BDF - Messnetze der Länder sind ursprünglich nicht als deutschlandweite syste-matische Stichprobenerhebung angelegt worden. Eine landesweite Auswertung des Bodenzu-stands ist mit den gegenwärtigen BDF-Daten daher nur punktbezogen möglich (Spatz 2001).

Um einen dauerhaften Betrieb der BDF zu gewährleisten, sind neben der langfristigen Verfügbar-keit der Flächen auch die konstante Beibehaltung der Nutzung bzw. einer charakteristischen Nut-zungsfolge sowie die Erfassung der Bewirtschaftungsmaßnahmen erforderlich (LABO 2000).

Die Ökologische Flächenstichprobe (ÖFS)

Die „Ökologischen Flächenstichprobe“ (ÖFS) ist ein Konzept, mit dem erstmals bundesweit aussa-gekräftige und verlässliche Informationen und Daten über die Veränderungen in der Landschaft erhoben werden können. Dieses Beobachtungsinstrument wurde gemeinsam von dem Statisti-schen Bundesamt und dem Bundesamt für Naturschutz konzipiert.

Die nachfolgenden Ausführungen stammen, soweit nicht anders vermerkt, aus einem Übersichts-artikel von Dröschmeister (2001). Als Untersuchungsräume der ÖFS wurde zunächst der Offen-land- und Waldbereich berücksichtigt. Erhebungen im urbanen Raum sind bisher nicht berücksich-tigt. Die Auswahl der Beobachtungsflächen erfolgt nach einer geschichteten Zufallsstichprobe. Als Schichtungsgrundlagen werden zwei inhaltlich unterschiedliche Flächengliederungen herangezo-gen:

Standorttypen: Die Standorttypen sind hinsichtlich der Ausprägung abiotischer Umweltfaktoren (Klima, Boden, Orographie) homogenen räumliche Einheiten. Eine Raumgliederung in 6 Land-schaftstypen und 21 Standorttypen wurde mittels einer Clusteranalyse definiert (Schröder et al.

2001). Auf die Vorgehensweise bei der Raumgliederung wird weiter unten eingegangen.

Bodenbedeckungstypen: Eine Zuweisung des Bodenbedeckungstyps erfolgte auf Grundlage von Satellitendaten (CORINE-Landcover 1990/91) durch die Zusammenführung von Einheiten in die Gruppen Wald, Offenland, Urbaner Raum und Wasserflächen.

Beide Schichtungsgrundlagen liegen für Deutschland flächendeckend vor und werden für die Zie-hung der Stichprobenflächen miteinander verschnitten. Durch diese Verfahrensweise sind bun-desweite Hochrechnungen der Ergebnisse möglich. Mit den angestrebten 800 Stichprobenflächen lassen sich bundesweit belastbare Aussagen zu den wichtigsten Fragen der ÖFS erzielen.

Zunächst erfolgt auf den 1 km² großen Stichprobenflächen eine Biotoptypenkartierung, die eine Beurteilung der Landschaftsqualität zulassen. Für ausgewählte Biotoptypen werden im Anschluss Unterstichproben ermittelt, auf denen Artenerhebungen durchgeführt werden.

Die Maximalversion sieht die Erfassung der Gruppen Farn- und Blütenpflanzen, Moose, Vögel, Amphibien, Tagfalter, Heuschrecken, Laufkäfer, Libellen und Wassermollusken vor (AKNU 1999).

Ein solches Erfassungsprogramm ist für eine auf fundierte Daten beruhende Beurteilung von Ent-wicklungen der Biodiversität erforderlich. Dieser Erfassungsrahmen musste insbesondere aus fi-nanziellen Gründen einschränkt werden. Nun ist in einer Minimalversion des ÖFS - Konzeptes die Erfassung der Vögel auf der gesamten Stichprobenfläche und die der Heuschrecken auf ausge-wählten Grünlandlflächen sowie die Erhebung der Farn- und Blütenpflanzen in ausgeausge-wählten Bio-toptypen vorgesehen.

Eine bundesweite Durchführung der ÖFS findet derzeit nicht statt. Nordrhein-Westfalen hat jedoch begonnen, auf der Grundlage von Stichproben Flächen auszuweisen und Erhebungen durchzufüh-ren. Anders als bei der bundesweiten ÖFS vorgesehen, erfolgte in NRW die Auswahl der Standor-te in Anlehnung an der „PoStandor-tenziell Natürlichen Vegetation“ und einer EinStandor-teilung in Waldgesellschaf-ten. Diese Standorte lassen sich jedoch in einem späteren bundesweiten ÖFS-Netz integrieren.

Somit liegen erste Anwendungserfahrungen und Grundlagendaten vor (Seher mdl. Mitt., König 1999).

Vorschläge zur Auswahl von Beobachtungsräumen für das GVO - Monitoring

Zur Auswahl von Beobachtungsräumen muss geklärt werden, nach welchen Kriterien oder Metho-den diese Auswahl erfolgen soll. Im Rahmen der dargelegten Vorschläge wird umrissen, wofür die einzelnen Räume repräsentativ sein müssen und wonach die Verteilung im Raum bzw. die Größe der Räume festgelegt werden kann.

Raumgliederung

Unter der Landschaftsökologischen Raumgliederung versteht man eine Klassifikation (Zusammen-fassung) einzelner Flächen nach dem Grade ihrer Ähnlichkeit hinsichtlich landschaftsökologischer Kriterien. Im F u E- Vorhaben „Konkretisierung des Umweltbeobachtungsprogramms im Rahmen eines Stufenkonzepts der Umweltbeobachtung des Bundes und der Länder“ wurde die Möglichkei-ten der räumlichen und inhaltlichen Verknüpfung von Umweltmessnetzen überprüft (Schröder et al.

2001). Die während des Vorhabens weiterentwickelte ökologische Raumgliederung kann auch für das GVO-Monitoring ein entscheidendes Kriterium zur Auswahl der Beobachtungsflächen darstel-len. Die verwendeten Grundlagenmerkmale der Raumgliederung sind:

• die „Potenziell natürliche Vegetation“ (Zielvariable)

• die Bodenarten

• die Höhe sowie

• Klimadaten (d.h. Lufttemperatur, Niederschlagssumme, Verdunstungsrate und Globalstrah-lung)

Die erstellte Raumgliederung beschreibt die landschaftsökologische Raumstruktur der nicht über-schaubaren Landschaftsräume in Deutschland. Die für ein GVO - Monitoring erforderlichen Daten zur Herstellung spezifischer Repräsentanzen (z. B. Anbauschwerpunkte) können bei Bedarf als weitere Datenschicht/ Schnittmenge berücksichtigt werden. Aufgrund des angewandten hierarchi-schen Klassifizierungsverfahrens (CART-Classification and Regression Trees) (Schröder et al.

2001) erscheint die Raumgliederung für ein GVO – Monitoring grundsätzlich für die Auswahl re-präsentativer Untersuchungsräume geeignet zu sein. Als weitere prägende Grundlage ist die der-zeitige räumliche Nutzung bzw. der prägende Nutzungscharakter einzubeziehen.

Eine Auswahl von Beobachtungsräumen für das Monitoring von GVO sollte Schritt für Schritt in immer feingliedrigerer Abfolge der Untersuchungsebenen durchgeführt werden. Abbildung 1 ent-hält einen Vorschlag zur Gliederung zu betrachtender Untersuchungsebenen.

Abb.1: Überblick Untersuchungsebenen (vgl. Traxler 1997, Bastian & Schreiber 1999)

Untersuchungsebenen Darstellungsmaßstab Informationsart

Raumklasse

Beobachtungsraum

flächenscharfer Untersuchungsraum

Stichprobe im fl. Untersuchungs-raum

z. B. 1: 500 000

z. B. 1: 100 000

z. B. 1: 5000

z. B. 1: 500

Übersicht

Detail

Raumklassen können anhand der Daten der landschaftsökologischen Raumgliederung gebildet werden. Unter Raumklassen werden Raumeinheiten verstanden, in denen die Ausprägungen der zur Raumgliederung herangezogenen Merkmale weniger unterschiedlich sind als außerhalb dieser (Schröder et al. 2001).

Beobachtungsräume sollten großräumig umgrenzt werden. Neben den beabsichtigten Ausbrin-gungsorten (z. B. Anbauflächen von HR-Raps) umfassen die Beobachtungsräume auch vergleich-bare Agrarflächen, auf denen kein absichtlicher GVO - Anbau stattfindet, sowie weitere „nichtagra-rische“ Lebensräume (z. B. Ackerrandstreifen, Hecken, Gewässer). Durch die Auswahl der Beo-bachtungsräume sollte ein repräsentativer Querschnitt aller in Deutschland verbreiteten Kultur- und Naturräume erfasst werden. Innerhalb dieser ausgesuchten Beobachtungsräume sind anhand vor-her zu bestimmender Auswahlkriterien flächenscharfe Untersuchungsräume abzugrenzen. Je nachdem, welche Parameter zur Erhebung der Daten ausgewählt werden, können Stichproben auf der Ebene der eingegrenzten Untersuchungsräume erforderlich sein.

Referenzräume sollten danach ausgewählt werden, dass diese möglichst frei von GVO – Umweltwirkungen gehalten werden. Ebenso ist aber auch zu gewährleisten, dass die Referenz-räume hinsichtlich ihrer Repräsentanz mit GVO -beeinflussten UntersuchungsReferenz-räumen vergleichbar bleiben. Es ist noch zu klären, welche räumliche Ausdehnung bzw. Flächengröße für Referenz-räume erforderlich sein wird, um das Kriterium „durch GVO möglichst gering beeinflusst“ und das Kriterium „natur- und kulturräumlich repräsentativ“ in einem Raum zu erfüllen.

Repräsentanz der natur- und kulturräumlichen Ausstattung Deutschlands

Generell sind für Beobachtungsräume nachfolgend aufgeführte Anforderungen zu berücksichtigen:

• Landschaftsrepräsentanz = Auswahl nach Repräsentativität der Natur- bzw. Kulturland-schaftsräume in Deutschland

• Nutzungsrepräsentanz = charakteristische/dominierende Nutzungen sowie Sondernut-zungen

• Repräsentanz Biota und Abiota

• Eine dauerhafte Sicherung der Flächen vor ungewollten Veränderungen (z. B. durch ge-setzlich verankerten Schutz)

Festlegung konkreter Untersuchungsräume

Nach der Auswahl großer Beobachtungsräume muss eine flächenscharfe Festlegung konkreter Untersuchungsräume vorgenommen werden.

Bei der Festlegung der Untersuchungsräume sind folgende Randbedingungen bzw. Einflussgrö-ßen zu beachten:

• Auswahl der zu erfassenden Parameter

• Lage von GVO - Anbauflächen

• Entscheidung ob aktives und/ oder passives Monitoring

• besondere „Risikoräume“

Auswahl der zu erfassenden Parameter: Erst anhand der Auswahl der geeigneten Parameter und der Festlegung entsprechender Untersuchungsmethoden, kann entschieden werden, wo und in welcher Ausprägung und Größe ein Vergleichsraum in Frage kommt. Je nach Parameter und Me-thode variieren Untersuchungsebene, Raumgröße, Raumumfang, Stichprobenverteilung sowie Erfassungszeiträume und –intervalle. In diesem Zusammenhang sind die Erkenntnisse bereits etablierter Konzepte zur Umweltbeobachtung einzubeziehen (z. B. BDF; ÖFS in NRW). Weiter ist eine adäquate Stichprobengröße zu beachten. Falls kleinräumig vielfältige Unterschiede im aus-gewählten Untersuchungsraum vorliegen, ist eine Unterteilung in definierte/standardisierte Unter-einheiten durchzuführen.

Lage von GVO - Anbauflächen: Die Lage von Anbauflächen, sowie angrenzender GVO beeinflusster Räume ist, hinsichtlich einer zu vermutenden erhöhten Wirkungsintensität, intensiv zu betrachten. Die kleinräumig unterschiedlich prägenden biotischen und abiotischen Faktoren sind soweit wie möglich bei der Auswahl von Vergleichsräumen einzubeziehen. Wesentlich ist auch die Art des menschlichen Einflusses in den Räumen wie z. B. die Art der vergangenen und derzeitigen Nutzung der einzelnen Untersuchungsflächen. Es ist zu prüfen, ob die Beschreibung dieser Nutzungen in Form des Hemerobiegrades ausreichend ist. Besonders beim Vergleich ver-schiedener Ackerbauflächen müssen Bewirtschaftungsunterschiede (z. B. Schlaggröße; Fruchtfol-ge; Maschinen- und Pflanzenschutzmitteleinsatz) berücksichtigt werden. Eine Vergleich ökologi-scher, integrierter und konventioneller Anbauflächen ist zu empfehlen.

Des weiteren ist die Frage zu klären, welche Kriterien angelegt werden können, um eine Standort als möglichst GVO-unbeeinflusst definieren zu können und welche Abstände für Referenzräume zu GVO-beeinflussten Räumen ggf. einzuhalten wären. Für ornithologische Untersuchungen schlägt Traxler (2000) beispielsweise für Referenzräume einen Mindestabstand zu Flächen mit Anbau von GVO von 1000-2000 m vor. Um solche bzw. weitere Mindestabstände festlegen zu können, sind bestehende Daten von Untersuchungen zu Wirkungsweisen bzw. –weiten einzube-ziehen oder soweit erforderlich in weiteren Untersuchungen zu erheben.

Aktives und/oder passives Monitoring?: Die Methode des jeweils ausgewählten Monitorings beein-flusst die Wahl der Vergleichsräume. Beim aktiven Monitoring werden Testorganismen unter stan-dardisierten Bedingungen im Untersuchungsgebiet exponiert. Zur Ermittlung raumbezogener Pol-lenverbreitungen könnten dies z. B. Honigbienen sein. Beim passiven Monitoring werden freile-bende Organismen auf sichtbare oder unsichtbare Abweichungen von der „Norm“ als Zeichen ei-ner Stresswirkung untersucht (nach Raabe in Schubert, 1991).

Besondere „Risikoräume“: Besondere „Risikoräume“ können beispielsweise Räume sein, in denen aufgrund der natur- und kulturräumlichen Begebenheiten ein erhöhtes Ausbreitungs- und/oder Ü-berdauerungsrisiko gentechnisch veränderter Pflanzen zu erwarten ist (Stromtäler; Verkehrswege, Ruderalflächen) (Ellenberg 1996; Bonn & Poschold 1998). Es ist nicht bzw. nur sehr begrenzt prognostizierbar, wo und in welcher Intensität sowie in welcher zeitlichen Dimension Auswirkungen auf die Umwelt durch GVO erkennbar werden. Es wird vorgeschlagen, Räume oder Flächen, die sich aufgrund ihrer Lage oder einwirkender natürlicher oder anthropogen verursachter Standortän-derungen als besonders „besiedlungsfreundlich“ herausstellen, im Rahmen des Monitorings be-sonders zu beachten. Die Modelle zur Ausbreitung und Etablierung von Populationen von Neo-zoen und Neophyten sollten berücksichtigt werden.

Fazit

Im vorliegenden Beitrag werden erste Vorschläge für Kriterien bzw. Randbedingungen zur Aus-wahl von Beobachtungs- und Referenzräumen genannt, die noch weiter zu gestalten und zu disku-tieren sind. Im derzeitigen Entwicklungsstadium des GVO - Monitorings sind darüber hinaus noch eine Reihe von inhaltlichen und organisatorischen Fragen zu beantworten, die auf die spätere Auswahl der Räume entscheidenden Einfluss besitzen. Erst anhand jedes einzelnen Untersu-chungsparameters kann entschieden werden, wo letztlich geeignete Beobachtungs- und Referenz-räume liegen werden. In bezug auf die Auswahl von BeobachtungsReferenz-räumen und Referenzflächen für das Monitoring von Umweltwirkungen durch GVO gibt es daher u. a. noch folgende offene Fra-gen:

• Was sollen die ausgewählten Räume repräsentieren?

• Wie groß müssen, wie klein können die Auswahlräume und -flächen sein?

• Müssen die Repräsentanzen in einer bestimmten Reihenfolge gewichtet werden, wenn ja in welcher?

• Welche unterschiedlichen Vorgehensweisen sind z. B. auf Landesebene möglich und bleibt eine bundesweite Vergleichbarkeit erhalten?

• Soll die Ergebnisdarstellung/ Überwachungsfunktion auf allen räumlichen Untersuchungs-ebenen gewährleistet werden?

• Welcher Untersuchungsumfang ist aus statistischen Gründen unbedingt erforderlich (Fest-stellung des Minimums)?

• In welchen Bereichen und in welcher Art und Weise, ist eine Bestandsicherung von GVO freien Referenzräumen zu gewährleisten?

• Wo ist diese Sicherung ohnehin eine einzuhaltende Pflicht (z. B. Naturschutzgründe, Öko-landbau)?

Diese und weitere Fragen werden in der zukünftigen Diskussion über die Auswahl von Beobach-tungs- und Referenzräumen zu beantworten sein.

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2.1.5 Konzeptionelle Entwicklung eines Langzeitmonitoring von

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