Bioindikation

Ein Bioindikator, auch als Indikatorart, Zeigerart oder Indikatororganismus bezeichnet, ist eine Tier- oder Pflanzenart, deren Inhaltsstoffe oder Vorkommen bzw. Fehlen in einem Lebensraum bestimmte Belastungen, sowie Standort- und Umweltbedingungen, zum Beispiel Feuchtigkeit, Licht, Wärme, pH-Wert, Nährstoffverhältnisse des Bodens sowie Wasser- oder Luftverschmutzung anzeigt. Seine messbaren Stoffwechselprodukte 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.

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 natürlichem 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	Ernährungszustand von Bäumen => N, P, K, Ca, Mg
	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
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 vor allem in der Naturschutz- und Landschaftsplanung (Erfolgskontrollen, Zustandsanalysen) sowie in der Naturschutzforschung eingesetzt. 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.

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

Biologische Methoden

• geben die Gesamtheit aller Einzelkomponenten mit Toleranzwerten an
• lassen flächendeckende exakte Aussagen zu
• sind für flächendeckende Aussagen nicht auf Rechnungsmodelle angewiesen
• geben mit einer Stichprobe den Langzeitwert von Einzelkomponenten an
• geben die Einhaltung, Unter- oder Überschreitung von Toleranzwerten von Einzelkomponenten an
• geben Informationen über die Einzelwirkungen und das Zusammenwirken der verschiedenen Einzelkomponenten
• sind einfache, geringe Kosten verursachende Methoden
• arbeiten mit Messgeräten, die nicht ausfallen können
• empfindlicher, da sie auch geringste Schadstoffkonzentrationen über längere Zeit hinweg kumulieren und damit nachweisbar machen
• können bisher unbekannte Giftstoffe nachweisen

Chemisch-physikalische Methoden

• geben ausgewählte Einzelkomponenten mit genauen Werten an
• lassen nur punktuelle exakte Aussagen zu
• sind für flächendeckende Aussagen auf Rechnungsmodelle angewiesen
• geben mit einer Stichprobe den momentanen Wert von Einzelkomponenten an
• geben bei Langzeitmessungen die Schwankungen der gemessenen Einzelkomponenten an
• geben keine Informationen über die Einzelwirkungen und das Zusammenwirken der verschiednen Einzelkomponenten
• sind komplizierte, hohe Kosten verursachende Methoden
• arbeiten mit Messgeräten, die ausfallen können

Siehe auch

• Zeigerpflanzen
• Zeigertiere

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: Umweltverträglichkeit in der Abfallwirtschaft" (Hrsg.: Heuel-Fabianek, B., Schwefer, H.-J., Schwab, J.), S. 131–149 (1998), Springer-Verlag, ISBN 3-540-63732-X
• U. Rieken (1992): Planungsbezogenen Bioindikation durch Tierarten und Tiergruppen - Grundlagen und Anwendung. - Schrift.-R. f. Landschaftspflege und Naturschutz 36. 187 S.
• H.-P. Haseloff: Bioindikatoren und Bioindikation, in: Biologie in unserer Zeit 1982, 12, 20–26; doi:10.1002/biuz.19820120106.
• L. Steubing: Pflanzen als Bioindikatoren für Luftveruneinigungen, in: Chemie in unserer Zeit 1985, 19, 42–47; doi:10.1002/ciuz.19850190203.
• S. Reckel, M. Aöschner, M. Stock: Flechten als Anzeiger der Luftqualität, in: Biologie in unserer Zeit 1999, 29, 364–370; doi:10.1002/biuz.960290608.