Untersuchungen zu den Auswirkungen atmosphärischer Stickstoffeinträge auf epiphytische Flechten und Moose im Hinblick auf die Bioindikation

Abstract

In unterschiedlich stark belasteten Regionen Nordrhein-Westfalens wurde die Epiphytenflora erfasst. Das Vorkommen und die Häufigkeit einiger Arten sind eng mit der Stickstoffbelastung der Standorte korreliert. Landesweit betrachtet hat sich gezeigt, dass insbesondere in den landwirtschaftlich geprägten Regionen im Norden von Nordrhein-Westfalen (Münsterland, Niederrhein, Ostwestfalen) nitrophytische Arten dominieren, während die Eifel, das Sauerland und das Bergische Land durch Neutro- und Acidophyten gekennzeichnet ist. Durch die gleichzeitige Anwendung verschiedener Aufnahmeverfahren gelang eine Auswertung der Daten anhand verschiedener Bioindikationsverfahren. <br /> In Dauerbeobachtungsflächen (DBF) an freistehenden Bäumen wurden in vier verschiedenen Regionen Nordrhein-Westfalens die Veränderungen des epiphytischen Moos- und Flechtenbewuchses während eines Zeitraums von zwei Jahren anhand der VDI-Methode 3957 Blatt 8 untersucht. Die Zusammensetzung sowie die Entwicklung der einzelnen Arten variiert erheblich in Abhängigkeit von der Immissionsbelastung des Standorts. An Standorten mit erhöhtem N-Eintrag fehlen acidophytische Arten völlig. Hier konnte eine deutliche Ausbreitung von Phaeophyscia orbicularis, einer Zeigerart für stark eutrophierte Standorte, festgestellt werden. In den im Sauerland befindlichen DBF zeichnet sich ein deutlicher Trend in Richtung Rückgang der acidophytischen Arten ab, bis hin zu völligen Bestandeinbrüchen von Hypogymnia physodes. <br /> Weitere 49 DBF wurden in vierzehntägigen Intervallen über einen Zeitraum von 21 Monaten mit verschiedenen stickstoffhaltigen Lösungen besprüht. Veränderungen der epiphytischen Moos- und Flechtenvegetation wurden mittels planimetrischer Verfahren (nach VDI 3957 Blatt 8) detailliert erfasst. Vor allem kommune Arten mit weiter Standortamplitude haben sich im Verlauf des Experiments innerhalb der DBF ausgebreitet. Die Bedeckungsgrade der acidophytischen Flechtenarten Hypogymnia physodes und Lepraria incana sind zurückgegangen. Einige Moosarten entwickelten im Verlauf der Düngung Nekrosen.<br /> In einem weiteren Experiment wurden die epiphytischen Flechten Evernia prunastri, Hypogymnia physodes, Parmelia sulcata und das Moos Orthotrichum affine in vierzehntägigen Intervallen über einen Zeitraum von einem Jahr mit verschiedenen 15N-markierten Lösungen besprüht. Im Abstand von 3 Monaten wurde die Gesamt-N- und 15N-Konzentration in den Pflanzen bestimmt. Alle Arten nahmen den applizierten Stickstoff auf, wobei die Höhe der Anreicherung artspezifisch ist und von der applizierten Stickstoffform abhängt. Von allen Arten wird Ammonium bevorzugt gegenüber Nitrat aufgenommen, wobei der assimilierte Stickstoff sich verstärkt in den Wachstumszonen der Flechtenthalli anreichert. Für die Bioindikation atmosphärischer Stickstoffeinträge eignen sich am besten H. physodes und P. sulcata, da diese auf die simulierte N-Deposition am eindeutigsten mit einem Anstieg ihrer N-Gewebekonzentration reagierten. Für die drei Flechtenarten ergaben sich am Ende des Experiments deutliche Anstiege der Chlorophyllkonzentrationen sowie der Arginin- und Glutamin-Konzentrationen. Dies zeigt, dass die zugeführten Stickstoffverbindungen metabolisiert und in organische Verbindungen eingebaut wurden. Der Anstieg der Glutamin- und Arginin-Konzentration war bei H. physodes am größten, somit könnte die Aminosäureanalyse dieser Art ebenfalls für die Bioindikation erhöhter Stickstoffdepositionen genutzt werden.<br /> In Gebieten mit unterschiedlichen N-Depositionen wurden Proben von Parmelia sulcata, Hypogymnia physodes und Xanthoria parietina gesammelt zwecks Analyse der N-Gewebekonzentration, des natürlichen N-Isotopenverhältnisses, der Konzentration bestimmter Aminosäuren und des Chlorophyllgehaltes. Für P. sulcata und H. physodes ergaben sich signifikante Zusammenhänge zwischen der Höhe des Stickstoffeintrags und den analysierten N-Gewebekonzentrationen. Hinsichtlich des N-Isotopenverhältnisses wurde die beste Beziehung zwischen dem delta15N und der Ammoniumdeposition bei P. sulcata erzielt, wobei mit zunehmendem Ammonium-Eintrag die delta15N-Werte negativer wurden. Die Aminosäureanalyse zeigte deutliche Unterschiede im Gehalt bestimmter Aminosäuren in Abhängigkeit des Stickstoffeintrags. Bei P. sulcata war an Stationen mit hohen N-Depositionen eine Akkumulation insbesondere von Arginin zu beobachten (etwa 20fach). Die Arginin-Konzentrationen von X. parietina hingegen waren im Vergleich zu P. sulcata deutlich geringer (etwa Faktor 10). Die Ergebnisse bestätigen, dass die Ermittlung der N-Gewebekonzentrationen von P. sulcata und H. physodes als Indikator für atmosphärische Stickstoffeinträge genutzt werden kann. Die Analyse der Aminosäuren Arginin, Asparagin, Glutamin und Prolin bei P. sulcata erlaubt ebenfalls Rückschlüsse auf die Höhe des N-Eintrags.<br /> Innerhalb der Großstadt Düsseldorf wurden an zehn Stationen mit unterschiedlicher Verkehrsbelastung die N-Konzentration und das natürliche N-Isotopenverhältnis von P. sulcata analysiert. Die Ergebnisse lassen einen Einfluss der Verkehrsbelastung auf den Stickstoffgehalt von P. sulcata erkennen, jedoch nicht auf die delta15N-Signatur. Die an stark verkehrsbelasteten Standorten ermittelten N-Konzentrationen von über 4 % gehören mit zu den höchsten, die bisher für epiphytische Grünalgenflechten festgestellt wurden. Weiterhin zeigt sich ein negativer Zusammenhang zwischen den ermittelten N-Konzentrationen und der Flechtendiversität am Standort. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass der Einfluss verkehrsbedingter Emissionen sowohl auf die Zusammensetzung der Epiphytenflora als auch auf den N-Gehalt von Flechten ebenso von Bedeutung ist wie Emissionen aus der Landwirtschaft. Die Beprobung von P. sulcata stellt somit eine schnelle und kostengünstige Methode zur Abschätzung der Stickstoffbelastung innerhalb einer Großstadt dar.