Untersuchung zu einem neuen elektrischen Gerät zur Regenwurmextraktion

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung

2 Taxonomie und Lebensweise der Regenwürmer
2.1 Taxonomie
2.2 Ökologische Gruppen
2.3 Einfluss der Bodenfeuchte auf die Aktivität

3 Vergleich der Extraktionsverfahren
3.1 Handauslese
3.2 Formalin-Methode
3.3 Senf-Methode
3.4 Oktett-Methode
3.5 Fazit des Methodenvergleichs

4 Methoden und Material
4.1 Standortbeschreibung
4.2 Oktett Methode
4.3 Darmstädter Methode
4.4 Regenwurmextraktion
4.5 Versuchsaufbau
4.6 Bestimmung der Gesamtbiomasse und Gesamtzahl
4.7 Artenbestimmung
4.8 Statistische Auswertungen

5 Ergebnisse des Gerätevergleichs
5.1 Gesamtzahl und Gesamtbiomasse an Regenwürmern
5.2 Effizienz der Methode bezüglich Regenwurm-Anzahl und Biomasse
5.3 Abundanz
5.4 Effizienz der Geräte bezüglich der Abundanz

6 Ergebnisse des Flächenvergleichs
6.1 Gesamtzahl und Gesamtbiomasse an Regenwürmern
6.2 Effizienz der Flächen bezüglich Anzahl und Biomasse
6.3 Abundanz
6.4 Effizienz der Flächen bezüglich der Abundanz

7 Diskussion

8 Fazit

9 Literatur

Anhang

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 4.1: Front des Geräts RWF1 und Front des Geräts DEKA 4000

Abbildung 4.2: Versuchsaufbau der verwendeten Geräte

Abbildung 4.3: Darstellung der beprobten Extraktionsflächen

Abbildung 4.4: Vergleich der Elektrodenabständen

Abbildung 5.1: Vergleich zweier Geräte zur Regenwurmextraktion

Abbildung 5.2: Vergleich zweier Geräte zur Regenwurmextraktion

Abbildung 5.3: Unterteilung der extrahierten Regenwürmer pro m[2]

Abbildung 5.4: Unterteilung der Extraktionseffizienzen

Abbildung 6.1: Vergleich von drei Flächen zur Regenwurmextraktion

Abbildung 6.2: Vergleich von drei Flächen zur Regenwurmextraktion

Abbildung 6.3: Unterteilung der extrahierten Regenwürmer

Abbildung 6.4: Unterteilung der Extraktionseffizienzen

Tabellenverzeichnis

Tabelle 2.1: Ökologische Gruppen von Regenwürmern und deren Merkmale

Tabelle 4.1: Schalterstellung der Oktett-Methode

Tabelle 4.2: Schalterstellungen des RWF1 während der Extraktion

Tabelle 4.3: Multiplikatoren der jeweiligen Grundflächen

Universität Hohenheim

Thema der Bachelorarbeit: Untersuchung zu einem neuen elektrischen Gerät zur Regenwurmextraktion Verfasser: Christian Schäfer Regenwürmer sind eine der wichtigsten Bodenwühler in gemäßigten Kultursystemen, denn durch ihre grabende Lebensweise wird das Pflanzenwachstum verbessert. Daher ist es von Interesse zu wissen, wie die Regenwurmpopulation im Boden aufgebaut ist und wie diese gezielt gefördert werden kann. Um Regenwürmer zu extrahieren, existiert die nicht-destruktive Elektrofangmethode, die kaum das Bodenleben belastet. Obwohl die Oktett Methode als die Standardmethode für die elektrische Extraktion von Regenwürmern gilt, werden keine Geräte mehr auf ihrer Grundlage produziert. Daher wird in dieser Arbeit die Oktett Methode mit der kürzlich entwickelten Darmstädter Methode verglichen. Im ersten Versuch wird untersucht, ob signifikante Unterschiede zwischen den beiden Geräte bestehen. Im zweiten Versuch werden drei Beprobungsflächen des Darmstädter Geräts untersucht, ob sich dessen Effizienz verbessern lässt. Dazu werden Extraktionen durchgeführt und anschließend ausgewertet. Nach den Ergebnissen des ersten Versuches extrahierte die Oktett Methode eine größere Regenwurm-Anzahl und Regenwurm-Biomasse mit einer höheren Extraktionseffizienz als die Darmstädter Methode, hatte jedoch einen hohen Standardfehler. Im Gegensatz dazu streuten durch die größere Beprobungsfläche der Darmstädter Methode die Extraktionsergebnisse deutlich weniger. Aufgrund des hohen Standardfehlers der Oktett Methode kann daher keine gültige Aussage getroffen werden, ob diese Methode effizienter arbeitet. Im zweiten Versuch wird mit einer Flächenreduzierung die Extraktionsmenge und Extraktionsseffizienz des Darmstädter Geräts deutlich gesteigert. So kann mit einer halbierten Fläche die Extraktionsergebnisse verdoppelt werden.

1 Einleitung

Ein Ackerboden mit aktivem Bodenleben und hohem Anteil an organischem Material fördert die Bodenfruchtbarkeit und wirkt gegen die Bodendegradation und -erosion (Etingoff 2015). Zum Bodenleben zählen die Regenwürmer als eine der wichtigsten Bodenwühler in gemäßigten Kultursystemen (Stahr et. al 2015), denn durch ihre grabende Lebensweise wird der Mineralboden mit organischem Material durchmischt, wodurch das Nährstoffangebot erhöht und die Bodenstruktur positiv beeinflusst wird (Westernacher-Dotzler 1988). Des Weiteren schaffen Regenwürmer große Poren und tragen dazu bei, die Wasserinfiltration, den Wasser- und Lufthaushalt, sowie den Wurzelwachstum zu verbessern (Kavdir und ilay 2011; Stahr et. al 2015). Nagel (1996) oder Eriksen-Hamel und Nikita (2007) zeigten, dass Regenwürmer einen fördernden Einfluss auf die C-Freisetzung und N-Speicherung haben und sich dadurch positiv auf die Bodenfruchtbarkeit sowie die Nährstoffverfügbarkeit auswirken. Daher gelten Regenwürmer als Bioindikatoren für die Beurteilung der Qualität und Gesundheit des Bodens (Schmidt 2001; Fründ et. al 2011). Die eben genannten positiven Effekte wurden von den Landwirten wahrgenommen. Dementsprechend verwenden sie Verfahren, um das Bodenleben gezielt zu fördern (Etingoff 2015). Solche Verfahren verwenden so wenig Pflanzenschutzmittel wie möglich, bearbeiten den Boden minimal und bringen organisches Material in Form von Wirtschaftsdüngern, Ernterückständen oder Zwischenfrüchten in das System ein (Hermann und Plakolm 1993; Etingoff 2015). Daher ist es für den Landwirt von Interesse, zu wissen wie viele und welche Regenwürmer sich im Boden befinden, und wie diese gezielt gefördert werden können.

Um Regenwürmer zu extrahieren, existieren drei verbreitete Methoden, welche im folgenden Abschnitt kurz vorgestellt werden. Bei der klassischen Handauslese wird eine bestimmte Fläche und Tiefe des Bodens ausgegraben und zur Auszählung der Regenwürmer auf einer Plane verteilt (Lee 1985). Dieses Verfahren wurde bisher als die exakteste Methode angenommen. Sie ist jedoch sehr zeitaufwendig und arbeitsintensiv, zerstört das vorhandene Bodensystem und ist bei anözischen Arten wenig effektiv, da diese in größere Bodentiefen flüchten können, wodurch die Ergebnisse weniger repräsentativ werden (Rushton und Luff 1984).

Bei der chemischen Methode wird eine Lösung, basierend auf Formalin oder Senf, verwendet. Diese Lösung dringt in den Boden ein, wodurch die Regenwürmer gereizt werden, aus ihren Gängen an die Erdoberfläche kommen und dort eingesammelt werden können (Raw 1959; Gunn 1992). Diese Methode ist je nach Anwendung exakt, einfach und schnell auf viele Böden durchführbar, hat jedoch den Nachteil den Boden mit chemischen Stoffen zu belasten. (Eichinger et. al 2007; Valckx et. al 2011). Die dritte Methode, die weniger Zeit und Arbeit in Anspruch nimmt als die Handauslese und den Boden weniger belastet als die chemische Variante, ist die Elektrofangmethode. Dabei wird mittels Elektroden eine Spannung im Boden angelegt, wodurch die Regenwürmer wie bei der chemischen Methode gereizt werden und an die Bodenoberfläche treten (Schmidt 2001). Nachteile dieser Methode sind, dass die zu untersuchende Fläche und Tiefe von den Elektroden begrenzt wird und sie stark von der Bodenfeuchte und Bodenzusammensetzung abhängig ist (Thielemann 1986).

In dieser Arbeit werden zwei Fragestellungen untersucht. Im ersten Versuch wird die gebräuchliche Elektrofangmethode, die Oktett-Methode nach Thielemann (1986), mit einem neuen Gerät, basierend auf Entwicklungen von Mitarbeitern der Technischen Universität Darmstadt, verglichen, um die Extraktionseffizienz des neuen Gerätes zu evaluieren. Im zweiten Versuch wird mit dem neuem Gerät die Abhängigkeit der Größe und Form der Beprobungsfläche auf die Extraktionseffizienz ermittelt.

2 Taxonomie und Lebensweise der Regenwürmer

2.1 Taxonomie

Regenwürmer sind die bekanntesten Bodentiere der Makrofauna und gehören zu der Ordnung der Wenigborster (Oligochaeta, Klasse Clitellata, Stamm Annelida). Die Ordnung der Oligochaeta beinhaltet mehr als 8000 Spezies in 800 Gattungen (Edwards 2004), die an das aquatische und terrestrische Leben angepasst sind (Edwards und Bohlen 1996). Manche dieser Spezies, vor allem die zur Familie der Lumbricidae zählenden Regenwürmer, sind sehr weit verbreitet (Edwards 2004) und kommen in fast allen Regionen der Welt vor (Edwards und Bohlen 1996). Bisher wurden 670 verschiedene Spezies der Familie Lumbricidae zugeordnet (Blakemore 2008), wovon die Gattungen Lumbricus, Aporrectodea, Allolobophora, Eisenia,

Eiseniella und Denbrobaena den Hauptteil ausmachen (Edwards 2004). Die meisten Lumbriciden sind Bewohner des Bodens, dies beinhaltet den gesamten Boden mit deren Auflage, wie Tierdung, Kompost, verrottende Baumstämme und andere Formen von zersetzbaren organischen Materialien (Lee 1985). Die Lumbriciden gelten, aufgrund ihrer Fähigkeit unter verschiedensten Boden- und Streubedingungen zu überleben, als die bedeutendste Familie der Regenwürmer auf landwirtschaftlichen Flächen der gemäßigten Klimate und machen den Hauptteil der Population aus (Edwards 2004). Die Lumbriciden wurden durch den Menschen innerhalb der letzten Jahrhunderte von Europa aus weit verbreitet und sind nun die dominanteste Familie auf landwirtschaftlichen Flächen in den gemäßigten Breiten (Lee 1985).

2.2 Ökologische Gruppen

Die Größe und das Gewicht von Regenwürmern variiert zwischen wenigen Millimetern bis zu zwei Metern Länge und von wenigen Milligramm bis zu einem Kilogramm (Edwards 2004). Der Umfang der Population hängt von vielen Faktoren ab, wie Klima, Bodentyp, pH-Wert, Bodenfeuchtigkeit, Niederschlagsmenge, Bodentemperatur (Stahr et. al 2015) und Bewirtschaftung (Westernacher-Dotzler 1988). Aufgrund von Bodenbearbeitung und Pestizideinsatz übersteigt auf Ackerflächen die Regenwurmpopulation oft nicht mehr als 100 Individuen pro m[2], wohingegen auf Grünland und Waldflächen die Population mehr als 400 Individuen pro m2 betragen kann (Stahr et. al 2015). Dies ist unter anderem auf die höhere Verfügbarkeit von organischem Material als Nahrungsquelle und dem Wegfall von Bodenbearbeitung zurückzuführen (Edwards 2004).

Es werden nach ihrer Lebensweise drei ökologische Gruppen unterschieden (Bouché 1977), deren Merkmale in Tabelle 2.1 (Ehrmann 1996) zusammengefasst sind.

Tabelle 2.1: Ökologische Gruppen von Regenwürmern und deren Merkmale.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Epigäische Regenwürmer (aus dem Griechischen, „auf der Erde“):

Diese Arten, die in der Streuauflage leben, sind in der Regel wesentlich kleiner als anözische und endogäische Arten (Stahr et. al 2015). Sie graben keine permanenten Gänge und ernähren sich von verrottendem, organischem Material (Sinha und Valani 2011). Epigäische Würmer sind zum Schutz vor UV-Strahlung vollständig pigmentiert, haben eine kurze Lebensspanne von maximal einem Jahr (Domínguez 2004) und eine höhere Reproduktions- und Regenerationsrate. Diese Regenwürmer sind in der Lage organisches Material in kurzer Zeit in Wurmkompost zu zersetzen. Hierzu zählen unter anderem die Arten Lumbricus rubellus und L. castaneus (Pathma und Sakthivel).

Anözische Regenwürmer (aus dem Griechischen, „aus der Erde „):

Dies sind vertikal grabende Würmer, die permanente Gänge durch das gesamte Bodenprofil anlegen (Sinha und Valani 2011). Diese Arten sind meist länger, aus Gründen des UV-Schutzes dorsal pigmentiert, sind sensibel gegenüber Bodenbearbeitung und graben von der Streuauflage bis zu 3 m tiefe vertikale Regenwurmgänge, in denen sie permanent leben (Pathma und Sakthivel). Sie haben eine schwache Reproduktionsrate und besitzen eine lange Lebensspanne von bis zu sieben Jahren (Zitat aus Edwards 1998). Lumbricus terrestris ist eine häufig vorkommende anözische Art (Stahr et. al 2015), die nachts an die Bodenoberfläche kommt, um Nahrung in ihre permanenten Röhren zu ziehen (Sinha und Valani 2011). Bei Gefahr oder Störung können die anözischen Formen sich rasch in ihre Röhren zurückziehen (Stahr et. al 2015).

Endogäische Regenwürmer (aus dem Griechischen, „in der Erde“):

Dies sind ebenfalls grabende Regenwürmer, die im oberen Mineralboden leben (Stahr et. al 2015). Sie graben horizontale Gänge und ernähren sich von organischem Material, welches sich bereits im Boden befindet. Daher kommen sie selten an die Bodenoberfläche. (Sinha und Valani 2011). Endogäische Regenwürmer werden 10 bis 150 mm groß, sind kaum bis gar nicht pigmentiert und besitzen eine mittlere Lebensspanne von 1,5 bis 2,5 Jahren (Zitat aus Edwards 1998). Typische Arten sind Aporrectodea caliginosa, A. rosea und A. chlorotica (Pathma und Sakthivel).

2.3 Einfluss der Bodenfeuchte auf die Aktivität

Eine ausreichende Bodenfeuchte ist neben einer ausreichenden Nahrungsversorgung wohl die wichtigste Voraussetzung für Regenwürmer (Lee 1985). Als hygrophile Tiere (von altgriechisch hygrós „feucht“, phílos „liebend“) hat die Bodenfeuchte großen Einfluss auf die Aktivität der Regenwürmer, denn bei trockenem Boden können sie nicht aktiv werden (Ehrmann 1996) bzw. überleben (Lee 1985). Als terrestrische Oligocheten besitzen Regenwürmer kein spezialisiertes Atmungssystem. Die Atmung findet über die Körperoberfläche statt, die durch Schleimdrüsen auf der Epidermis feucht gehalten wird. Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid lösen sich in dieser wässrigen Schicht und diffundieren durch die Hautschichten bis zu den Blutgefäßen und wieder zurück (Edwards und Bohlen 1996). Aufgrund ihrer Hautatmung, die eine ständige Wasserschicht auf der Körperoberfläche benötigt, und durch das Ausscheiden von Ammonium und Urea sind Regenwürmer gezwungen kontinuierlich Wasser zu verlieren (Lee 1985). Da sie aufgrund dieser Hautatmung in der Lage sind bis zu 72 Stunden in Wasser zu überleben, vorausgesetzt in diesem befindet sich ausreichend gelöster Sauerstoff (Sinha und Valani 2011), werden Regenwürmer eher als semi-aquatische Lebewesen betrachtet (Lavelle und Spain 2001). Um diese wässrige Schicht aufrecht zu erhalten brauchen Regenwürmer in großen Mengen Wasser, welches sie aus ihrer Nahrung und Umgebung entziehen (Lee 1985) und weswegen sie gegenüber Austrocknung sehr empfindlich sind (Stahr et. al 2015). Um sich vor einem Wasserverlust zu schützen, wandern manche Regenwurmarten bei oberflächiger Austrocknung in feuchtere Bodentiefen ab (Ehrmann 1996). Dagegen verfallen andere Regenwurmarten bei einsetzender Trockenheit in Ruhestadien, um den Wasserverlust zu minimieren, und werden erst wieder aktiv, wenn die Bodenfeuchte steigt (Edwards 2004). Daher ist eine ausreichende Bodenfeuchte für die Aktivität der Regenwürmer wichtig (Schmidt 2001).

3 Vergleich der Extraktionsverfahren

Die quantitative Beurteilung der Abundanz und Biomasse der Regenwürmer ist schwierig (Lee 1985). Regenwurmpopulationen können sehr variabel sein und zwischen wenigen Individuen bis zu mehr als 1000 Individuen pro m[2] innerhalb kurzer Distanzen betragen (Edwards und Bohlen 1996). Hinzu kommt, dass es saisonale Unterschiede in der Aktivität, Anzahl, Altersstruktur, vertikalen Verteilung gibt (Lee 1985), sodass um verschiedene Populationen vergleichen zu können, die Beprobung zur gleichen Zeit und mit den gleichen Methoden erhoben werden muss (Edwards und Bohlen 1996). Im folgenden Kapitel werden die vier bekanntesten Methoden zur Regenwurmextraktion mit ihren Vor- und Nachteilen näher erläutert.

3.1 Handauslese

Die Handauslese wurde bisher als die exakteste Methode angenommen (Lee 1985). Jedoch ist diese Methode sehr zeit- und arbeitsaufwendig, zerstört das vorhandene Bodensystem (Gunn 1992) und ist bei anözischen Arten wenig effektiv, da diese bis zu 3 m tief graben können (Rushton und Luff 1984). Die Ergebnisse von zahlreichen Studien belegen die Ineffizienz der Handauslese bei den anözischen Spezies (Springett 1981; Ehrmann und Babel 1991; Chan und Munro 2001; Jiménez et. al 2006). Nichtsdestotrotz können durch die Handauslese bei manchen Regenwurmspezies die Regenwürmer exakter und effizienter extrahiert werden als durch die anderen Methoden (Zaborski 2003; Jiménez et. al 2006; Coja et. al 2008). Dies trifft vor allem auf die endogäischen Arten zu (Ehrmann und Babel 1991). Weiterhin muss die Beprobungstiefe der Jahreszeit angepasst werden, da oberflächennah-lebende Arten, sich bei Hitze, Trockenheit oder Kälte in tiefere Bodenschichten zurückziehen und dadurch der Arbeitsaufwand erhöht wird (Lee 1985).

3.2 Formalin-Methode

Methoden, die mit einer chemischen Lösung den Boden durchdringen und dadurch die Regenwürmer an die Oberfläche bringen, sind auf eine große Bandbreite von Böden einfach und schnell anwendbar (Zaborski 2003). Eine häufig angewendete quantitative Methode ist die Formalin-Methode. Diese Methode ist günstig, zeitsparend, verändert kaum das Bodensystem mechanisch (Eichinger et. al 2007) und hat eine breite Anwendung zur Ermittlung von Regenwurmpopulationen (Lee 1985). Gründe für die beständige Verwendung der Fomalin Methode trotz der bekannten Nachteile sind mit hoher Wahrscheinlichkeit die bekannte chemische Zusammensetzung und die einfache Reproduzierbarkeit des Reizmittels. Dadurch sind Ergebnisse verschiedener Forschungsarbeiten vergleichbar (Zaborski 2003). Raw (1959) etablierte die Formalin-Methode als Standardmethode zur chemischen Austreibung von Regenwürmern. Er fand heraus, dass diese Methode eine höhere Extraktionseffizienz als die Handauslese bei anözischen Arten hat. Trotz dieser Vorteile besitzt diese chemische Methode jedoch einige Nachteile (Lee 1985). So ist sie kaum effektiv bei endogäischen Arten (Ehrmann und Babel 1991). Ein weiterer Nachteil ist, dass Formalin höchst toxisch wirkt und fast alle Lebewesen, unter anderem den Regenwurm, bei der Anwendung abtötet und für den Anwender selbst ein gesundheitliches Risiko darstellt (Gunn 1992). Der Langzeitversuch von Eichinger et. al (2007) zeigte mehrere negative Effekte, die sich auf Bodenlebewesen und Pflanzen auswirkten. Eine Woche nach der Applikation wurden die Collembola und Pflanzen fast vollständig abgetötet und konnten nach 21 Wochen nicht dieselbe Abundanz wie die unbehandelten Versuchsflächen erreichen. Selbst nach einem Jahr war die Pflanzendichte der behandelten Fläche deutlich geringer als die der nicht behandelten Flächen.

3.3 Senf-Methode

Auf der Suche nach einem umweltverträglicheren chemischen Extraktionsmittel testete Gunn (1992) als Erster handelsüblichen Senf, um Regenwürmer aus dem Boden zu extrahieren. Bei der Senf-Methode nach Gunn (1992) wird Wasser mit handelsüblichem Senf zu einer Suspension vermischt und wie bei der Formalin­Methode durchdringt diese Lösung den Boden. In seiner Untersuchung zeigte er, dass die Senf-Methode effizienter und umweltfreundlicher ist als Formalin und die Regenwürmer toleranter waren gegen die Senf-Methode. Er stellte weiterhin fest, dass mit steigender Konzentration von Senf mehr Regenwürmer extrahiert wurden, konnte aber keine Suspensionen mit mehr als 25 ml · l-[1] herstellen, da der Senf nicht in Lösung gehalten werden konnte, sich schnell wieder absetzt und gegebenenfalls vor Anwendung nochmals durchmischt werden musste. Danach folgten weitere Autoren wie East und Knight (1998); Chan und Munro (2001); Lawrence und Bowers (2002) usw., welche die Verwendung von verschiedenen Senflösungen und -arten auf ihre Tauglich- und Umweltverträglichkeit untersuchten. So widersprechen die Ergebnisse von East und Knight (1998) denen von Gunn (1992) und zeigen, dass im Vergleich zur Handauslese die Senf-Methode ineffizient war. Chan und Munro (2001) kritisierten an den Ergebnissen von Gunn (1992), dass er nur die totale Abundanz beschrieb und nicht nach Spezies unterschieden hatte. Sie zeigten, dass die verschiedenen Spezies unterschiedlich stark auf die Senf-Methode reagierten. Nichtsdestotrotz war die Senf-Methode effektiver als die Formalin-Methode, um tiefgrabende anözische Arten zu extrahieren, aber ebenfalls kaum effektiv bei endogäischen Arten. Lawrence und Bowers (2002) untersuchten ebenfalls wie Chan und Munro Senfpulver als Alternative zum handelsüblichen Senf, um höhere Konzentrationen zu erreichen. Diese Variante erzielte bessere Ergebnisse als handelsüblicher Senf sowie Formalin, und besaß eine hohe Effektivität bei epigäischen und anözischen Arten, wirkte jedoch ähnlich ineffizient wie bei endogäischen Arten. Sie zeigten, dass die Senf-Methode mit Senfpulver eine einfache und schnell anwendbare Möglichkeit bietet, um relativ genaue Aussagen treffen zu können über die Beschaffenheit der Regenwurmpopulation bei verschiedenen Böden, ohne diese zu stark chemisch oder physisch zu belasten.

Ein Problem der Senf-Methode ist, dass sie schwer zu standardisieren ist, um die Ergebnisse verschiedener Versuche miteinander vergleichbar zu machen (Gunn 1992). Extrakte aus Senfkörnern beinhalten ein breites Spektrum aus verschiedenen identifizierten sowie bisher noch nicht identifizierten Chemikalien, dessen Wirkungen noch nicht gänzlich bekannt sind (Zaborski 2003). Daher können Versuche mit Senflösungen je nach Forscher und Standort in ihrer Effektivität zur Regenwurmextraktion stark variieren (Gunn 1992). Eine chemische Verbindung aus Senf von der ausgegangen wird, dass sie reizend auf Regenwürmer wirkt, ist ANylisothiocyanat (AITC). AITC ist ein Alkaloid und wird als sekundäres Pflanzenmetabolit häufig in Cruciferae (Kreuzblüter), wie z. B. in Senf, gebildet (Zaborski 2003). Zaborski (2003) untersuchte die Verwendung von reinem Allylisothiocyanat (AITC) als Extraktionsmittel, um die Senf-Methode besser zu standardisieren, und zeigte, dass es gleich effizient wie Senfpulver war. Seine Ergebnisse stützen die Annahme, dass mit steigender Konzentration von AITC die Anzahl gefangener Regenwürmer steigt. Bartlett et. al (2006) untersuchten die von Chun und Munro (2001) beschriebene Annahme, dass nicht alle Regenwürmer gleich auf die Senf-Methode reagieren und zeigten, dass diese Methode die Struktur der Population verzerren kann. Anözische Regenwürmer reagieren besser auf chemische Applikationen als endogäische Regenwürmer und adulte und juvenile Regenwürmer derselben Art reagierten ebenfalls unterschiedlich auf die Senf­Methode. Regenwürmer ohne Gänge, die bis zur Oberfläche reichen, reagierten kaum auf die Senf-Methode. Wohingegen Regenwürmer, welche sich in Makroporen bzw. sich in ihren Gänge befinden, die mit der Bodenoberfläche verbunden sind, als erstes auf die Senf-Methode reagierten. Endogäische und Epigäische Regenwürmer sich ebenfalls durch die Senf-Methode extrahieren. Dies dauert aber deutlich länger, da die Lösung zunächst durch kleinere Poren den Boden durchdringen muss, jedoch zeigen endogäische Regenwürmer nicht immer dasselbe Verhalten. Auch wenn endogäische Arten mit der Senf-Lösung in Kontakt geraten, graben sie sich nicht vertikal an die Bodenoberfläche, sondern flüchten horizontal von dem mit Senf beeinflussten Bodenbereich. Daher ist die Senf-Methode nur aussagekräftig bei anözischen Regenwürmern (Bartlett et. al 2006). Pelosi et. al (2009) bestätigten die Ergebnisse von Zaborski (2003), dass reines AITC effizienter ist, als handelsüblicher Senf oder Senfpulver sowohl bei anözischen und endogäischen Arten. Aber wiederum bestätigten sie auch die Ergebnisse von Bartlett et. al (2006), dass die Senf- bzw. AITC-Methode die Populatiosstruktur verzerren würde. Die Ergebnisse von Pelosi et. al (2009) zeigten, dass ohne nachträgliche Handauslese die Regenwurmpopulation nicht quantitativ erfasst werden kann und durch die Senf­Methode nur 6 % der gesamten Population extrahiert wurde.

3.4 Oktett-Methode

Seit den 50er Jahren unternahmen Forscher wie Satchell (1955), Rushton und Luff (1984) Versuche Geräte zu etablieren, um Regenwürmer mithilfe von Strom aus dem Boden zu treiben, jedoch war deren Effektivität begrenzt und sie konnten keine quantitativen Ergebnisse erzielen (Thielemann 1986). Thielemann entwickelte die bis heute gebräuchliche Oktett-Methode (lat. octo für acht), die darauf basiert, dass zwischen den acht Elektroden acht verschiedene Stromflussrichtungen mit unterschiedlicher Strom- und Spannungsstärke angelegt werden können (Weyers et. al 2008). Die Oktett-Methode sollte die Ansprüche erfüllen eine Zeit- und Kostensparende Methode zu sein, die den Boden weder physisch noch chemisch belastet und die Regenwurmpopulation exakt wiedergeben kann (Coja et. al 2008). Nach Lee (1985) ist es jedoch nicht möglich ein generelles Vorgehen zu standardisieren, um quantitativ die Population zu bestimmen, da die Effektivität der Oktett-Methode abhängig ist von der Leitfähigkeit des Bodens, die beeinflusst wird durch die Bodenfeuchte, die Bodenstruktur, die Elektrolyte im Bodenwasser, die Temperatur sowie durch den Standort und dem Zeitpunkt. Daher eignet sich diese Methode nur für qualitative Bewertungen bei Regenwurmarten die gut auf die Methode ansprechen (Lee 1985). Die Ergebnisse von Schmidt (2001) widersprechen dieser Behauptung und zeigen, dass bei richtiger Anwendung die Oktett-Methode eine effiziente, praktische und sichere Methode sein kann zur Bestimmung der Regenwurmpopulation sowie deren Zusammensetzung. Ein Schlüsselfaktor, um repräsentative Ergebnisse zu erzielen, ist die Anpassung der Extraktionstermine an gegebene Bodenbedingungen in Kombination mit einer anschließenden Handauslese. Unter verschiedenen Bedingungen konnte die Oktett-Methode signifikant mehr Regenwürmer extrahieren als die Formalin-Methode und die Ergebnisse entsprachen weitestgehend der tatsächlichen Regenwurmpopulation gemäß Handauslese. Jedoch war die Oktett-Methode nicht in der Lage anözische Arten wie Lumbricus terrestris effizient zu extrahieren (Schmidt 2001). Die Untersuchung von Eisenhauer et. al (2008) ermittelte ebenfalls, dass die Anzahl und Biomasse von extrahierten anözischen Regenwürmern mit der Senf-Methode signifikant höher war, als mit der Oktett-Methode. Weiterhin ergab die Untersuchung, dass es bei den epigäischen Arten keinen signifikanten Unterschied gab und die Anzahl und Biomasse von endogäischen Arten mit der Oktett-Methode signifikant höher war als mit der Senf-Methode, da die Senf-Lösung hauptsächlich über Grobporen durch den Boden transportiert wird (Eisenhauer et. al 2008). Die Ergebnisse von Coja et. al (2008) zeigten, dass die Oktett-Methode ähnliche Werte erreichte wie die Handauslese in Bezug auf Gesamtzahl an Regenwürmern und Gesamtzahl an juvenilen Tieren, konnte aber nicht die gegebene Abundanz wiederspiegeln. Von den extrahierten Tiere waren 90% juvenil, darunter viele die zu jung waren, um bestimmt zu werden. Das könnte am elektromagnetischen Feld liegen. Die Spannung steigt mit zunehmender Körperlänge, wodurch größere Regenwürmer anfälliger sind paralysiert oder getötet zu werden Coja et. al 2008).

Ein Problem der Oktett-Methode ist nach Schmidt (2001) die große Bandbreite an inneren und äußeren Störfaktoren, die die Effizienz beeinflussen können, wie z. B. das verwendete Versuchsmodel bzw. -schema, eingebaute Komponenten, gewählte Spannungs- und Stormstärke in Abhängigkeit der Zeit sowie die Witterungs- und Bodenverhältnisse. Weiterhin ist die Oktett-Methode von der Aktivität der Regenwürmer abhängig. Eine ausreichende Bodenfeuchte ist sowohl für die elektrische Leitfähigkeit, als auch für die Aktivität der Regenwürmer wichtig und die Extraktionstermine sollten daher an die Witterungsbedingungen angepasst werden für eine möglichst hohe Regenwurmaktivität während der Extraktion (Schmidt 2001).

Trotzt der Nachteile ist der bedeutendste Vorteil der Oktett-Methode, dass sie den Boden am geringsten beeinflusst. Diese Methode stellt eine Alternative dar für Situationen, in denen der Einsatz von löslichen Mitteln bei schlechter Infiltration oder eine physische sowie chemische Störung des Bodens nicht möglich ist (Schmidt. 2001). Staddon et. al (2003) zeigten, dass die Oktett-Methode keine kurz- und langfristigen Folgen auf den CO2-Austausch, die Vegetation, die Regenwurmabundanz und auf Mykorrhizapilze hat.

3.5 Fazit des Methodenvergleichs

Zusammenfassend kann keine der genannten Methoden alle Ansprüche in Bezug auf Extraktionseffizienz, Zeitbedarf, Kosten sowie Störung des Bodens vollkommen erfüllen (Coja et. al 2008). Und keine Methode eignet sich allein zur vollständigen Erfassung der kompletten Regenwurmpopulation eines Standortes (Ehrmann und Babel 1991). Dies ist nach Ehrmann und Babel (1991) aufgrund der Verschiedenartigkeit der Regenwurmarten und ihrer Lebensweisen nicht anders zu erwarten.

Die Senf-Methode zeigte sich als effizienteste Methode zur einfachen Extraktion von tiefgrabenden anözischen Regenwürmern auch unter trockenen Bedingungen (Eisenhauer et. al 2008). Jedoch ist diese Methode weniger effektiv bei epigäischen und endogäischen Arten und zeigt bei diesen Arten eine höhere Abhängigkeit zu Bodenart und -feuchte (Bartlett et. al 2006). Die Oktett-Methode erreichte ähnliche Werte wie die Handauslese (Coja et. al 2008) und konnte endogäische und epigäische Arten effizienter extrahieren als die Senf-Methode (Eisenhauer et. al 2008) . Jedoch war die Oktett-Methode nicht in der Lage unter verschiedenen Bedingungen die Struktur der Regenwurmpopulation exakt widerzuspiegeln (Eisenhauer et. al 2008). Ihr größter Vorteil ist die geringe Störung des Boden- und Ökosystems (Staddon et. al 2003).

Auch wenn die Handauslese zeitaufwendig und destruktiv ist, scheint sie erforderlich zu sein, um eine akkurate Datenerfassung der totalen Regenwurmpopulation, vor allem für endogäische und juvenile anözische Tiere, zu gewährleisten (Pelosi et. al 2009) .

4 Methoden und Material

4.1 Standortbeschreibung

Die Versuche wurden auf dem Heidfeldhof (Versuchsgelände der Universität Hohenheim, Filderhauptstraße 201, 70599 Stuttgart-Plieningen) durchgeführt. Dieser Standort hat folgende Charakteristika:

- 86 ha Ackerfläche davon ca. 28 ha für Parzellenversuche
- Höhenlage von 400 m über NN
- langjährige Niederschläge von 685 mm
- eine mittlere Jahrestemperatur von 8,5 °C

4.2 Oktett Methode

Bei der Oktett Methode mit dem Oktett-Gerät DEKA 4000 W (Deka Gerätebau, Marsberg, Deutschland; THIELEMANN, 1986) wurden acht 65 cm lange Elektroden mit einem Durchmesser von 6 mm verwendet. Diese wurden in einem Kreis mit 52 cm Durchmesser (durch eine Schablone vorgegeben) vertikal in den Boden eingeschlagen (siehe Abbildung 4.2 rechts). Der innere Ring der verwendeten Schablone (40 cm Durchmesser) begrenzte die Sammelfläche von ca. 1/8 m[2] Die Eingangsspannung für das Gerät wurde durch eine Autobatterie (12 V, 70 Ah) realisiert. Die Ausgangsspannung nach Anzeige am Gerät betrug zwischen 100­600 V, die Ausgangsstromstärke zwischen 1-10 A. Dabei wurde jeweils mit niedrigen Spannungen und Stromstärke begonnen und diese allmählich bis zu einer höchsten Stufe gesteigert wurden. Der Zeitplan und die Schalterstellungen des Gerätes sind in Tabelle 4.1 dargestellt. Die Gesamtzeit pro Austreibung betrug 35 Minuten.

Tabelle 4.1: Schalterstellung der Oktett-Methode DEKA 4000 W während der Extraktion.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4.3 Darmstädter Methode

Bei der Darmstädter Methode mit dem RegenWurmFalle (RWF 1, Elektro-Technik- Schuller, Deutschland) wurden 16 Edelstahlelektroden (60 cm lang, 6 mm Durchmesser) auf der Umfanglinie eines Quadrates und Kreises in den Boden eingeschlagen. Eine weitere Elektrode wurde genau in der Mitte der Fläche eingeschlagen (siehe Abbildung 4.2 links). Beim Gerätevergleich wurde das nach dem Handbuch vorgegebene Quadrat mit einer Kantenlänge von 1 m verwendet und beim Flächenvergleich jeweils ein Quadrat mit der Kantenlänge von 1 m und 0,7 m sowie ein Kreis mit dem Durchmesser von 1 m (siehe 4.5 Versuchsaufbau).

Anschließend wurde jede Elektrode durch einen Verbindungskabel mit der RWF 1 verbunden. Die Spannungsversorgung der RWF 1 wurde ebenfalls von einer Autobatterie (12 V, 70 Ah) geleistet. Durch einen Wechselrichter wurde die 12 V Gleichspannung der Batterie in eine sinusähnliche Spannung umgewandelt, welche durch einen elektronischen Leistungsregler stufenlos eingestellt werden kann (siehe Abbildung 4.2 links). Als Impuls wurde diese Spannung über die Edelstahlelektroden nach einem bestimmten Muster in die zu untersuchende Bodenfläche geleitet. Der Zeitplan und die Schalterstellungen des Gerätes sind in Tabelle 4.2 dargestellt.

Tabelle 4.2: Schalterstellungen des RWF1 während der Extraktion

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4.1: Front des Geräts RWF1 und Front des Geräts DEKA 4000.

4.4 Regenwurmextraktion

Der Bodenbewuchs wurde entfernt um aus dem Boden tretenden Regenwürmer leichter erkennbar zu machen. Während der 35 minütigen Extraktion wurden die an die Bodenoberfläche tretenden Regenwürmer mit einer Pinzette abgesammelt und in ein Plastikgefäß überführt. Um die Extraktionseffizienz zu bestimmen wurde nach jeder Extraktion mittig eine 20 x 20 x 20 cm große Bodenprobe ausgehoben und per Handauslese nach verbliebenen Regenwürmern untersucht. Die eingesammelten Regenwürmer wurden für die spätere Lagerung im Kühlschrank bei 4°C in bis zu einem Drittel mit Erde gefüllten Gefrierbeutel überführt.

4.5 Versuchsaufbau

Versuch: Vergleich des RWF1 mit dem DEKA 4000

Um die beiden Geräte, DEKA 4000, Oktett Methode und RWF 1 ETS, Darmstädter Methode vergleichend beurteilen zu können, wurden neun Extraktionen pro Gerät durchgeführt. Dazu wurden die Geräte einen Meter voneinander entfernt aufgebaut (siehe Abbildung 4.2) und die Elektroden der beiden Geräte jeweils 30 cm tief in den Boden eingebracht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4.2: Versuchsaufbau der beiden zur Regenwurmextraktion verwendeten Geräte, links Darmstädter Methode und rechts Oktett Methode.

Versuch: Vergleich von drei unterschiedlichen Extraktionsflächen beim RWF1

Um den Einfluss der Größe und Form der Extraktionsflächen beim RWF 1 zu untersuchen wurde in einem Durchgang nacheinander jeweils ein Quadrat mit der Kantenlänge 1 m bzw. 0,7 m sowie ein Kreis mit dem Durchmesser von 1 m beprobt (siehe Abbildung 4.3). Die Beprobungsflächen befanden sich in einem Radius von ca. 1,5 m. Abbildung 4.4 zeigt, dass sich mit abnehmender Extraktionsfläche die Abstände zwischen den Elektroden verringert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4.3: Darstellung der beprobten Extraktionsflächen. Quadrat mit 1 m Kantenlänge, Kreis mit 1 m Durchmesser und Quadrat mit 0.7 m Kantenlänge.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4.4: Vergleich der Elektrodenabstände der drei benutzten Flächen des Damstädter Geräts. Rotes Quadrat = Quadrat mit 1 m Kantenlänge; Schwarzes Quadrat = Quadrat mit 0.7 m Kantenlänge; Schwarzer Kreis = Kreis mit dem Durchmesser von 1 m.

4.6 Bestimmung der Gesamtbiomasse und Gesamtzahl

Zur Bestimmung der Regenwurmbiomasse wurden die im Kühlschrank gelagerten Regenwürmer in eine Plastikwanne entleert. Die Regenwürmer wurden mit einer Plastikpinzette aus der Erde gesammelt und in ein mit Wasser gefülltes Gefäß überführt. Hierbei wurde die Anzahl der Regenwürmer bestimmt. Nach der Artenbestimmung wurden die Regenwürmer auf ein angefeuchtetes Papiertuch gelegt, mit einem trockenen Papiertuch leicht abgetrocknet und gewogen.

4.7 Artenbestimmung

Unterschieden wurde in juvenile und adulte Tiere anhand der Ausprägung des Clitellums. Diese sattelförmige, drüsenreiche Verdickung ist bei adulten Tieren ausgeprägt, während sie bei juvenilen Tieren noch nicht vorhanden ist. Nach Müller und Bährmann (2015) erfolgte die weitere Unterteilung der juvenilen und adulten Tiere anhand der Kopflappen und Körperfärbung in die Gattungen der tanyloben und epiloben Tiere. Innerhalb der Gattung erfolgte eine weitere Unterscheidung in Arten nur bei den adulten Tieren, da nur anhand der Ausprägung des Clitellums eine nähere Artenbestimmung möglich ist. Die tanylobe Gattung Lumbricus ist erkennbar an den vollständig eingeschnittenen Kopflappen und der typischen rötlichen Färbung des Vorderendes. In diesem Versuch wurde von dieser Gattung nur Lumbricus terrestris gefunden, der eindeutig durch den Reflex seinen Schwanz spatelartig abzuplätten erkennbar ist auch im juvenilen Status. Die Einteilung der epiloben Regenwürmer erfolgte ebenfalls anhand der Kopflappen, die bei dieser Gattung flach eingeschnitten ist, und wurden anhand der Körperfärbung zu den Arten Apporectodea chlorotica (grünlich gefärbt), A. ictérica (durch Einlagerungen grau, weiß gefleckt), A. rosea (orangenes Clitellum) und A. longa sowie A. caliginosa (einzige dunkel pigmentierte Arten der Gattung Apporrectodea) untergliedert. Die restlichen nicht näher bestimmbaren juvenilen Tiere, die weder anhand der Kopflappen und Körperfärbung eingeteilt werden konnte, wurden zu der Gruppe der epiloben Regenwürmer hinzugezählt. Aufgrund der langjährigen Ackernutzung wurden keine epigäischen Regenwürmer gefunden.

4.8 Statistische Auswertungen

Die Statistische Auswertung erfolgte mit dem Statistikprogramm R. Alle Werte wurden auf 1 m[2] umgerechnet. Die Umrechnungsfaktoren werden in Tabelle 4.3 gelistet.

Tabelle 4.3: Multiplikatoren um die jeweiligen Grundflächen auf 1 m[2] umzurechnen, um diese zu vergleichen (auf drei Nachkommastellen gerundet).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Alle Daten wurden mit dem Levene-Test auf Varianzhomogenität getestet und anschließend mit einem gemischten lineraren Model (lme) und einer univariaten ANOVA (Varianzanalyse) getestet, um signifikante Unterschiede zwischen den Behalndungen zu ermitteln. Der Termin der Extraktion wurde als random-Faktor in das Model integriert. Die Daten der drei Flächen wurden zusätzlich mit einem Post- hoc-Test (Tukey-Test) analysiert, um zu ermitteln welche der drei sich signifikant voneinander unterscheiden.

5 Ergebnisse des Gerätevergleichs

5.1 Gesamtzahl und Gesamtbiomasse an Regenwürmern

Mit der Oktett Methode konnte eine fünffach größere und signifikant höhere Regenwurm-Anzahl (p = 0.031) extrahiert werden als mit der Darmstädter Methode (siehe Abbildung 5.1 (a)). Die extrahierte Regenwurmbiomasse (p = 0.021) durch die Oktett Methode war im Vergleich zur Darmstädter Methode ebenfalls durchschnittlich fünffach größer und signifikant höher (siehe Abbildung 5.1 (b)). Allerdings war die Varianz zwischen den Extraktionen bei der Oktett Methode ca. zehnfach höher als mit der Darmstädter Methode.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5.1: Vergleich zweier Geräte zur Regenwurmextraktion (Darmstädter RWF1 und Oktett Deka). Die schmalen Balken zeigen die Standardfehler. Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede auf einem Signifikanzniveau von α = 5 %. (a) Anzahl (n) der extrahierten Regenwürmer pro m[2]. (b) Biomasse (g) der extrahierten Regenwürmer pro m[2].

5.2 Effizienz der Methode bezüglich Regenwurm-Anzahl und Biomasse

Die Extraktionseffizienz der Oktett Methode bezüglich der Regenwurm-Anzahl (p= 0.01) war mit 28 Prozentpunkte signifikant höher als mit der Darmstädter Methode (siehe Abbildung 5.2 (a)). Die Oktett Methode besaß zudem bezüglich der Biomasse im Vergleich zur Darmstädter Methode eine 20% größere und so signifikant höhere Extraktionseffizienz (siehe Abbildung 5.2 (b)).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5.2: Vergleich zweier Geräte zur Regenwurmextraktion (Darmstädter RWF1 und Oktett Deka). Die schmalen Balken zeigen die Standardfehler. Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede auf einem Signifikanzniveau von α = 5 %. (a) Extraktionseffizienz bezüglich Regenwurm­Anzahl. (b) Extraktionseffizienz bezüglich Regenwurm-Biomasse.

Mit der Darmstädter Methode konnten signifikant weniger juvenile (p= 0.032), adulte (p= 0.047) sowie epilobe (p= 0.018) Tiere extrahiert werden als mit der Oktett Methode und dementsprechend waren die Extraktionsergebnisse mit der Darmstädter Methode bei den genannten Tieren um jeweils ca. 80% geringer (siehe Abbildung 5.3). Obwohl mit der Darmstädter Methode ebenfalls 80% weniger tanylobe Tiere im Vergleich zur Oktett Methode extrahiert werden konnten, gab es keinen signifikanten Unterschied. Weiterhin betrug der Anteil juveniler Tiere bei der Oktett und Darmstädter Methode 75.8% und 78.8% sowie der Anteil epilober Tiere 71.1% und 68.9%.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5.3: Unterteilung der extrahierten Regenwürmer pro m[2] in juvenile, adulte, tanylobe und epilobe Tiere von den Geräten Darmstädter RFW1 und Oktett Deka. Die schmalen Balken zeigen die Standardfehler. Die Summe von juvenilen und adulten Tieren sowie von tanyloben und epiloben Tieren ergibt wieder die Gesamtsumme der extrahierten Regenwürmer prom[2] der jeweiligen Geräte. Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede auf einem Signifikanzniveau von α = 5 %.

Mit der Oktett Methode konnten signifikant besser (p= 0.017) juvenile und epilobe (p= 0,017) Tiere extrahiert werden mit einer jeweils ca. 30% höheren Effizienz als mit der Darmstädter Methode. Weiterhin gab es keinen signifikanten Unterschied bei den adulten und tanyloben Tieren (siehe Abbildung 5.4). Dennoch war die Effizienz in beiden Fällen mit der Oktett Methode um 14% höher als mit der Darmstädter Methode.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5.4: Unterteilung der Extraktionseffizienzen bezüglich der Regenwurm-Anzahl in juvenile, adulte, tanylobe und epilobe Tiere von den Geräten Darmstädter RFW1 und Oktett Deka. Die schmalen Balken zeigen die Standardfehler. Die Summe von juvenilen und adulten Tieren sowie von tanyloben und epiloben Tieren ergibt wieder die Gesamtsumme der extrahierten Regenwürmer pro m[2] der jeweiligen Geräte. Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede auf einem Signifikanzniveau von α = 5 %.

6 Ergebnisse des Flächenvergleichs

6.1 Gesamtzahl und Gesamtbiomasse an Regenwürmern

Mit der Variante 0,7 Q konnte 180% von 1 Q und damit eine signifikant größere Regenwurm-Anzahl pro m[2] (p = 0.031) extrahiert werden (siehe Abbildung 6.1 (a)). Die extrahierte Regenwurm-Anzahl durch die Variante 0,7 Q war 23% höher als mit der Variante Kreis, jedoch war dieser Unterschied nicht signifikant. Zwischen den Varianten Kreis und 1 Q ließ sich ebenfalls kein signifikanter Unterschied feststellen. Hier gab es einen Unterschied in der Regenwurm-Anzahl von 47% von Variante Kreis zu Variante 1 Q. Bei der Biomasse gab es keine signifikanten Unterschiede bei alle Varianten, jedoch war zwischen den Varianten 1 Q und 0,7 Q eine Tendenz zu einem signifikanten Unterschied in der Biomasse (p = 0.062) zu erkennen (siehe Abbildung 6.1 (b)). So hatte die Variante 0,7 Q 200% und Kreis 157% der Menge von 1 Q an Biomasse extrahiert. Der Unterschied von Variante 0,7 Q zu Kreis betrug 27%.

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Abbildung 6.1: Vergleich von drei Flächen zur Regenwurmextraktion (Kreis mit 1 m Durchmesser, Quadrat mit Kantenlänge 0,7 m (0,7 Q) und Quadrat mit Kantenlänge 1 m (1 Q) des Gerätes „Darmstädter RWF1“. Die schmalen Balken zeigen die Standardfehler. Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede auf einem Signifikanzniveau von α = 5 %. (a) Anzahl (n) der extrahierten Regenwürmer pro m[2]. (b) Biomasse (g) der extrahierten Regenwürmer pro m[2].

6.2 Effizienz der Flächen bezüglich Anzahl und Biomasse

Die Extraktionseffizienz bezüglich Anzahl von Variante Kreis (p = 0.001) und 0,7 Q (p = 0,003) war signifikant höher als die Effizienz von Variante 1 Q, die sich zueinander nicht signifikant unterschieden hatten (siehe Abbildung 6.2 (a)). Zwischen der Variante Kreis und der Variante 0,7 Q gab es keinen wesentlichen Unterschied in der Effizienz mit einer Differenz ca. 5%. Im Vergleich dazu betrug der Unterschied zwischen den Varianten Kreis sowie 0,7 Q zu der Variante 1 Q jeweils ca. 30%. Die Extraktionseffizienz bezüglich Biomasse von Variante Kreis (p = 0.013) und 0,7 Q (p = 0.009) war ebenfalls signifikant höher als die Effizienz von Variante 1 Q, welche sich zueinander nicht signifikant mit einer Differenz von 3% unterschieden hatten (siehe Abbildung 6.2 (b)). Im Vergleich dazu betrug der Unterschied zwischen den Varianten Kreis sowie 0,7 Q zu der Variante 1 Q jeweils ca. 45%.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6.2: Vergleich von drei Flächen zur Regenwurmextraktion (Kreis mit 1 m Durchmesser, Quadrat mit Kantenlänge 0,7 m (0,7 Q) und Quadrat mit Kantenlänge 1m (1 Q) des Gerätes „Darmstädter RWF1“.. Die schmalen Balken zeigen die Standardfehler. Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede mit einem Signifikanzniveau von α = 5 %. (a) Extraktionseffizienz bezüglich Regenwurm-Anzahl. (b) Extraktionseffizienz bezüglich Regenwurm-Biomasse.

6.3 Abundanz

Mit den Varianten 0,7 Q (p = 0.0004) und Kreis (p =0.001) konnten signifikant mehr juvenile Tiere extrahiert werden als mit der Variante 1 Q. Dazu im Vergleich konnte mit der Variante 0,7 Q 170% und Kreis 137% der Tiere von 1 Q extrahiert werden.

Dabei gab es außerdem keinen signifikanten Unterschied zwischen Kreis und 0,7 Q mit ca. einem Viertel mehr an extrahierten Tieren von 0,7 Q zu Kreis (siehe Abbildung 6.3). Bei den epiloben Tieren wurden mit den Varianten Kreis (p = 0.002) und 0,7 Q (p = 0.011) signifikant mehr Tiere pro m[2] extrahiert als mit der Variante 1 Q. So konnte mit der Variante Kreis 250% und 0,7 Q 200% der Tiere von 1 Q extrahiert werden. Zudem gab es hierbei keinen signifikanten Unterschied zwischen Kreis und 0,7 Q 120% mehr an extrahierten Tieren von 0,7 Q zu Kreis. Mit der Variante 0,7 Q konnte 175% von 1 Q und damit eine signifikant größere Anzahl an tanyloben Tieren pro m2 (p = 0.042) extrahiert werden. Die extrahierte Anzahl durch die Variante 0,7 Q war 40% höher als mit der Variante Kreis, jedoch war dieser Unterschied nicht signifikant. Zwischen den Varianten Kreis und 1 Q ließ sich ebenfalls kein signifikanter Unterschied feststellen. Bei den adulten Tieren gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen allen Varianten. So hatte die Variante 0,7 Q 260% und Kreis 226% der Tiere von 1 Q extrahiert. Der Unterschied von Variante 0,7 Q zu Kreis betrug 15%. Weiterhin betrug der Anteil juveniler Tiere mit den Varianten 0,7 Q, Kreis sowie 1 Q 82.1%, 83.3% und 88.0% in der Reihenfolge. Der Anteil tanylober Tiere betrug bei den genannten Varianten 68.6%, 78.8% und 81.5%.

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Abbildung 6.3: Unterteilung der extrahierten Regenwürmer pro m[2] in juvenile, adulte, tanylobe und epilobe Tiere von den Flächen Kreis mit 1 m Durchmesser, Quadrat mit der Kantenlänge 0,7 m (0,7 Q) und Quadrat mit der Kantenlänge 1m (1 Q) des Geräts „Darmstädter RWF1“. Die schmalen Balken zeigen die Standardfehler. Die Summe von juvenilen und adulten Tieren sowie von tanyloben und epiloben Tieren ergibt wieder die Gesamtsumme der extrahierten Regenwürmer. Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede mit einem Signifikanzniveau von α = 5 %.

Mit den Varianten Kreis (p= 0.012) und 0,7 Q (p= 0.010) konnten mit einer eine ca. 33% höheren Effizienz signifikant besser juvenile Tiere extrahiert werden als mit der Variante 1 Q. Dabei gab es keinen signifikanten Unterschied zwischen Kreis und 0,7 Q (siehe Abbildung 6.4). Die Differenz der Extraktionseffizienz betrug hierbei ca. 1%. Der Unterschied zur Extraktionseffizienz bei den tanyloben Tieren betrug zwischen 0,7 Q und 1 Q 26%. Demnach konnten mit 0,7 Q signifikant besser tanylobe Tiere extrahiert werden. Die Effizienz war mit Variante 0,7 Q 9% höher als mit der Variante Kreis, jedoch war dieser Unterschied nicht signifikant. Zwischen den Varianten Kreis und 1 Q ließ sich ebenfalls kein signifikanter Unterschied feststellen, wobei Kreis eine ca. 17% höhere Effizienz hatte. Bei den epiloben Tieren gab es zwischen allen Varianten signifikante Unterschiede. Die Extraktionseffizienz war mit der Variante Kreis am höchsten (p= 0,018 zu 0,7 Q; p= 0,001 zu 1 Q). Im Vergleich hatte diese einen Unterschied zu 0,7 Q von 37% und zu 1 Q von 69%. Weiterhin betrug die Differenz in der Effizienz (p= 0,038) zwischen 0,7 Q und 1 Q 32%. Bei den adulten Tieren gab es keine signifikanten Unterschiede in den Effizienzen bei allen Varianten. So hatte die Variante Kreis zu 0,7 Q ein 27,5% und zu 1 Q ein 42% höheres Ergebnis.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6.4: Unterteilung der Extraktionseffizienzen bezüglich der Regenwurm-Anzahl in juvenile, adulte, tanylobe und epilobe Tiere von den Flächen Kreis mit 1 m Durchmesser, Quadrat mit der Kantenlänge 0,7 m (0,7 Q) und Quadrat mit der Kantenlänge 1m (1 Q) des Geräts „Damrstädter RWF1“. Die schmalen Balken zeigen die Standardfehler. An der Basis der Balken stehen die jeweiligen gemittelten Werte über die Termine. Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede mit einem Signifikanzniveau von α = 5 %.

7 Diskussion

Gemäß den Ergebnissen, welche in Kapitel 5.1 und Kapitel 5.2 aufgezeigt werden, konnte mit dem Oktett Deka im Vergleich zum Darmstädter RWF1 die fünffache Menge an Regenwürmer und Biomasse extrahiert werden. Dies entspricht durchschnittlich 133.9 m[2] mehr Regenwürmer und 134.6 g*m-[2] mehr an Biomasse. Weiterhin ist das Oktett Deka statistisch betrachtet effizienter in der Extraktion, sowohl in der Regenwurm-Anzahl, als auch in der Regenwurm-Biomasse. Jedoch lassen sich bei der Betrachtung der Ergebnisse folgende zwei Probleme feststellen. Obwohl die Oktett-Methode signifikant höhere Extraktionswerte hatte als die Darmstädter, bestand ein zehnfach höherer Standardfehler, jeweils in Bezug auf die Regenwurm-Anzahl und die -Biomasse. Dabei schwankten die Werte der Oktett Methode zwischen 24 und 552 Regenwürmer*m-[2], hingegen fluktuierten die der Darmstädter Methode zwischen 21 und 62 Regenwürmer*m-[2]. Nagel (1996) hält die quantitative Erfassung von Regenwürmern im Freiland für problematisch, da die Regenwürmer im Boden ungleichmäßig verteilt sind. Dadurch lässt sich die hohe Streuung erklären. Da es zufällig ist ob sich an der beprobten Stelle Bereiche mit Regenwürmer befinden, haben Methoden mit kleineren Beprobungsflächen eine höhere Wahrscheinlichkeit, bei der entweder wenige oder viele Regenwürmer extrahiert werden können. In diesem Fall wird mit der Oktett Methode eine um 1/8 geringere Fläche beprobt als mit der Darmstädter Methode und daher hat diese eine deutlich höhere Streuung. Dies führt zum zweiten beobachteten Problem bei der Methodik zur Ermittlung der Extraktionseffizienz. Hier wird die Effizienz auf Grundlage der verbliebenen Regenwurm-Anzahl aus einer 0.2x0.2 m großen Bodenprobe auf 1 m[2] hochgerechnet, um diese dann mit den Extraktionsergebnissen zu vergleichen. Diese Methodik als repräsentativ anzuerkennen, lässt folgendes Problem erkennen. Falls die Extraktionsergebnisse der Darmstädter Methode auf das Niveau der Extraktionseffizienzen der Oktett Methode hochgerechnet werden, so erreicht diese nicht dieselben Extraktionswerte, sofern davon ausgegangen wird, dass sich bei beiden Extraktionsdurchgängen dieselbe Menge an Regenwürmer im Boden befunden hatte. So wurde mit der Darmstädter Methode ein Ergebnis von 35 Regenwürmer*m-[2] mit einer Effizienz von 56.5% erzielt und mit der Oktett Methode ein Ergebnis von 169 Regenwürmer*m-[2] mit einer Effizienz von 84.5%.

Wenn das Ergebnis der Darmstädter Methode mit den 35 Regenwürmer*m-[2] beispielsweise auf die Effizienz von 84.5% der Oktett Methode hochgerechnet wird, ergibt sich, dass mit der Darmstädter Methode nur 52.3 Regenwürmer*m-[2] extrahieren lassen. Demnach ist die Darmstädter Methode auch nicht in der Lage dieselbe Menge an Regenwürmern wie die Oktett Methode zu extrahieren, sofern sich die Effizienz auf die der Oktett Methode steigern ließe. Durch die hohen Extraktionsergebnisse der Oktett Methode wird die Effizienz verfälscht, da die nachgegrabenen Regenwürmer im Verhältnis gering sind. Dagegen waren die Ergebnisse des zweiten Versuches „Flächenvergleich“ homogener zwischen den drei Flächen-Varianten „Kreis“, „0,7 Q“ und „1 Q“. Mit dem Darmstädter Gerät konnten also mit der gleichen Fläche von 1 m[2] aus dem ersten Versuch sechs bis zehn Mal so viele Regenwürmer gefangen werden. Ebenfalls wie beim ersten beschriebenen Problem besteht hier derselbe Fall mit den im Boden ungleichmäßig verteilten Regenwürmern. Wenn daher statt einer 0.2x0.2 m Bodenprobe die gesamte Fläche nach verbliebenen Regenwürmern untersucht werden würde, wäre die Effizienz der Darmstädter Methode noch weitaus geringer. Dies liegt daran, dass die tatsächliche Regenwurm-Anzahl nicht bekannt ist und so die genaue Anzahl mithilfe einer relativ kleinen Bodenprobe abgeschätzt werden muss. Um eine Aussage zu treffen, ob tatsächlich das Darmstädter Gerät ineffizienter ist, muss dies in einer größer angelegten Versuchsreihe untersucht werden, die einen erhöhten Personalbedarf erfordert. Außerdem sind mehrere gleichzeitig betriebene Oktett Geräte nötig, um den hohen Standardfehler der Oktett Methode zu reduzieren. Weiterhin muss die Zahl der Extraktionen erhöht und auf das ganze Jahr verteilt werden, um Jahreszeitliche Schwankungen zu berücksichtigen. Durch eine anschließende Methodenkombination nach der Extraktion bestehend aus Handauslese und AITC- Methode, bei welcher Allylisothiocyanat (AITC) als Reizmittel mit Wasser vermischt und auf die Beprobungsfläche gegeben wird, kann die Anzahl verbliebener Regenwürmer im Boden genauer bestimmt werden. Hierbei werden zunächst per Handauslese die epigäischen und endogäischen Arten und anschließend mit der AITC-Methode die anözischen Arten extrahiert (Zaborski 2003).

Im zweiten Versuch konnte mittels einer Flächenreduzierung, bzw. mit einer Reduzierung der Abstände zwischen den Außenelektronen zueinander und zur Mittelelektrode, die Extraktionsmenge und die Extraktionseffizienz des Darmstädter Geräts teilweise deutlich gesteigert werden. So wurden nach den Ergebnissen in Kapitel 6.1 mit dem Quadrat der Kantenlänge 0,7 m bei der Regenwurm-Anzahl sowie der Regenwurm-Biomasse die höchsten Werte erreicht und mit der Kreisfläche die zweithöchsten Werte. Jedoch bestand nur ein statistisch nachweisbarer Unterschied zwischen den beiden Quadratflächen in der Regenwurm-Anzahl. Nach den Ergebnissen in Kapitel 6.3 war die Extraktionseffizienz der zwei kleineren Flächen um das zweifache höher im Vergleich zum Quadrat mit 1 m[2] Die besseren Extraktionswerte lassen sich mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit erklären. Je geringer der Abstand zwischen Mittelelektrode und Außenelektrode ist, desto höher ist die Stromdichte. Weiterhin ist bei kleineren Flächen, aufgrund des reduzierten Abstandes zwischen den Außenelektroden, ein höherer Bereich der Fläche durch den Stromeinfluss betroffen. Demnach sind kleinere Flächen unempfindlicher gegenüber anderen Einflüssen auf die Leitfähigkeit wie Bodenfeuchte. Auf Grundlage dieser Ergebnisse lassen sich zur weiteren Optimierung dieser Methode folgende Fragestellungen formulieren. Zum einen ist zu untersuchen, ob die reduzierten Abstände zwischen den Außenelektroden oder zwischen der einzelnen Außenelektrode zur Mittelelektrode die Extraktionsmenge und -effizienz gesteigert haben. Denn durch die Reduzierung des Abstandes zur Mittelelektrode bei der Kreisfläche von 0.7 m zu 0.5 m (siehe Kapitel 4.5 Abbildung 4.4) in den Ecken konnte sowohl die Extraktionsmenge als auch die Extraktionseffizienz deutlich gesteigert werden, während die Gesamtfläche nur einen relativ geringen Verlust von 1 m2 zu 0.785 m2 hatte. Weiterhin ist es in weiteren Versuchen von Interesse Kreisflächen mit kleineren und größeren Abständen zu untersuchen, ob die Effizienz bzw. die Extraktionsmenge sich dadurch verändert. Außerdem ist die teilweise fehlende Signifikanz zwischen den Varianten durch mehr Wiederholungen zu überprüfen, um die Ergebnisse zu validieren.

Die Extraktionsergebnisse der Versuche in Bezug auf die Abundanz decken sich weitgehend mit denen aus Kapitel 3 beschriebenen Ergebnissen. So wurden mit beiden Geräten und allen Flächenvarianten vor allem Jungtiere extrahiert, die einen Anteil von ca. 80% ausmachten. Die Annahme, dass mit zunehmender Körperlänge die Spannung ansteigt und die adulten Tiere damit unter solcher Beeinträchtigung schlechter extrahieren lassen, deckt sich mit Coja et. al (2008). Des Weiteren scheint es, dass sich die adulten endogäischen Tiere, wie von Bartlett et. al (2006) beschrieben, nicht vertikal sondern horizontal aus dem von den Elektroden beeinflussten Bereich flüchten. In den Versuchen beim Gerätevergleich wurden aufgrund der höheren Effektivität bei endogäischen Regenwürmern vor allem epilobe Tiere mit einem Anteil von ca. 70% extrahiert. Jedoch änderte sich das Verhältnis im zweiten Versuch beim Flächenvergleich. Denn bei dieser Versuchsreihe wurden mit 70-80% vor allem tanylobe Jungtiere extrahiert. Erklären ließe sich das mit einer eventuellen Fortpflanzung zwischen Juni und Oktober. So beschreibt Curry (1994), dass sich die Regenwürmer in den gemäßigten Klimate vor allem im Frühling und im Herbst vermehren. Solche Schwankungen sollten, wie bereits beschrieben, durch im ganzen Jahr verteilte Extraktionen minimiert werden, um exakte Aussagen über die Populationsstruktur an einem Standort treffen zu können.

Allgemein lässt sich noch zur Anwendung beider Geräte sagen, dass deren Benutzung einige Schwierigkeiten mitbringt und dadurch zeit- und arbeitsaufwendig ist. So ist für das Einschlagen und Heraushebeln der Elektroden, trotz weichem und nassem Erdboden, ein erheblicher Kraftaufwand notwendig. Zusätzlich ist der Umgang mit der Verkabelung der 17 einzelnen Elektroden des Darmstädter Geräts mit den losen Kabeln umständlich. Im Alleingang dauerte eine Extraktion mit Auf- und Abbau sowie in diesem Fall mit nachträglichem Nachgraben ca. eine Stunde. Der Zeitaufwand lässt sich durch die Entwicklung eines optimierten Anschlusses signifikant verbessern. So könnte der Anschluss für die Verbindungskabel des Oktett Deka für die Darmstädter RWF1 adaptiert werden. Weiterhin sind die Methoden witterungsabhängig, da sowohl für die Leitfähigkeit als auch für die Regenwurmaktivität eine ausreichende Bodenfeuchtigkeit gegeben sein muss. So mussten zum Zeitpunkt dieser Bachelor-Thesis die Versuche von September bis Mitte Oktober eingestellt werden, da in dieser Zeit die Niederschlagswerte zu gering waren.

8 Fazit

Zusammenfassend muss an der Methodik gearbeitet werden, um die Fangwerte des Darmstädter RWF1 mit dem Oktett Deka vergleichen zu können. Zwar wurden mit der Oktett Methode höhere Extraktionsergebnisse erzielt als mit der Darmstädter Methode, jedoch war die Fehlerstreuung um ein Vielfaches höher, wodurch eine Vergleichbarkeit fraglich bleibt. Die teils geringere Extraktionseffizienz des Darmstädter Geräts konnte dagegen im zweiten Versuch mit einer Flächenreduktion deutlich gesteigert werden. Hier war die Quadratsfläche mit der Kantenlänge 0.7 m meist besser, jedoch waren die Unterschiede zum Kreis mit dem Durchmesser von 1 m statistisch nicht signifikant. Dennoch waren die zwei kleineren Flächen deutlich besser in der Extraktion als die Quadratsfläche mit der Kantenlänge von 1 m. Dadurch besteht weiterer Forschungsbedarf, um die Ursache der gestiegen Effizienz zu ermitteln.

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Extraktionsprotokoll des Versuchs Gerätevergleich

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Extraktionsprotokoll des Versuchs Flächenvergleich

Gemittelte Wetterdaten. Links zwischen 25.04.2016 und 23.06.2016. Rechts Gemittelte Wetterdaten zwischen 16.10.2016 und 29.10.2016.

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Rohdaten der Extraktionen beim Gerätevergleich

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Rohdaten der Extraktionen beim Flächenvergleich

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Häufig gestellte Fragen

Was ist das Thema der Bachelorarbeit?

Die Bachelorarbeit untersucht ein neues elektrisches Gerät zur Regenwurmextraktion. Der Verfasser ist Christian Schäfer.

Warum sind Regenwürmer wichtig?

Regenwürmer sind wichtige Bodenwühler, die das Pflanzenwachstum verbessern, das Nährstoffangebot erhöhen und die Bodenstruktur positiv beeinflussen.

Welche Methoden zur Regenwurmextraktion gibt es?

Die verbreiteten Methoden sind Handauslese, Formalin-Methode, Senf-Methode und Elektrofangmethode (Oktett-Methode).

Was ist die Oktett-Methode?

Die Oktett-Methode ist eine Elektrofangmethode, bei der mittels Elektroden eine Spannung im Boden angelegt wird, um Regenwürmer an die Bodenoberfläche zu treiben.

Was ist die Darmstädter Methode?

Die Darmstädter Methode ist eine neue Methode zur Regenwurmextraktion, die in dieser Arbeit mit der Oktett-Methode verglichen wird. Sie verwendet ein Gerät namens RegenWurmFalle (RWF 1).

Was ist das Ziel des ersten Versuchs?

Im ersten Versuch wird die Oktett-Methode mit der Darmstädter Methode verglichen, um die Extraktionseffizienz des neuen Gerätes zu evaluieren.

Was ist das Ziel des zweiten Versuchs?

Im zweiten Versuch wird die Abhängigkeit der Größe und Form der Beprobungsfläche auf die Extraktionseffizienz mit dem neuem Darmstädter Gerät ermittelt.

Welche ökologischen Gruppen von Regenwürmern werden unterschieden?

Es werden drei ökologische Gruppen unterschieden: epigäische, anözische und endogäische Regenwürmer.

Wie beeinflusst die Bodenfeuchte die Aktivität von Regenwürmern?

Eine ausreichende Bodenfeuchte ist eine wichtige Voraussetzung für die Aktivität von Regenwürmern, da sie als hygrophile Tiere bei trockenem Boden nicht aktiv werden können.

Was sind die Vor- und Nachteile der Handauslese?

Die Handauslese gilt als die exakteste Methode, ist aber sehr zeitaufwendig, arbeitsintensiv und zerstört das Bodensystem.

Was sind die Vor- und Nachteile der Formalin-Methode?

Die Formalin-Methode ist einfach und schnell anwendbar, belastet aber den Boden mit chemischen Stoffen und ist toxisch.

Was sind die Vor- und Nachteile der Senf-Methode?

Die Senf-Methode ist umweltfreundlicher als Formalin, aber schwer zu standardisieren und in ihrer Effektivität variabel.

Was sind die Vor- und Nachteile der Oktett-Methode?

Die Oktett-Methode beeinflusst den Boden am geringsten, ist aber stark von der Bodenfeuchte und Bodenzusammensetzung abhängig.

Wie wurde die Artenbestimmung der Regenwürmer durchgeführt?

Die Unterscheidung erfolgte in juvenile und adulte Tiere anhand der Ausprägung des Clitellums und dann nach Kopflappen und Körperfärbung in Gattungen.

Wo wurden die Versuche durchgeführt?

Die Versuche wurden auf dem Heidfeldhof (Versuchsgelände der Universität Hohenheim) durchgeführt.

Wie wurde die Extraktionseffizienz bestimmt?

Nach jeder Extraktion wurde mittig eine Bodenprobe ausgehoben und per Handauslese nach verbliebenen Regenwürmern untersucht.

Was waren die Ergebnisse des Gerätevergleichs?

Mit der Oktett Methode konnte eine fünffach größere und signifikant höhere Regenwurm-Anzahl und -Biomasse extrahiert werden als mit der Darmstädter Methode. Allerdings war die Varianz zwischen den Extraktionen bei der Oktett Methode ca. zehnfach höher als mit der Darmstädter Methode.

Was waren die Ergebnisse des Flächenvergleichs?

Mit der Variante 0,7 Q (Quadrat mit Kantenlänge 0,7 m) konnte eine signifikant größere Regenwurm-Anzahl pro m[2] extrahiert werden. Die Extraktionseffizienz bezüglich Anzahl von Variante Kreis und 0,7 Q war signifikant höher als die Effizienz von Variante 1 Q.