Abstract
Springs are autochthonous aquatic ecotones with complex functional properties and heterogeneous eco-morphological structures. Within a small spatial extent, invertebrates are highly diverse and mainly composed of species adapted to the surface–subterranean water interface, the aquatic–terrestrial interface or to the spring habitat itself. In this publication, a first synopsis of limno-ecological case studies of springs from the Lowlands of Schleswig-Holstein, the low mountain ranges of Hesse and Thuringia, the pre-Alps of the Jura Mountains in Switzerland and the Alps in Germany and Switzerland is presented. The field surveys conducted in the different areas focus on an ecological assessment of spring habitats, distribution patterns of the invertebrate fauna and specific regional characteristics. A regional faunistic differentiation of spring-related invertebrate species is evident. A change in the faunistic composition in general and a loss of crenobionts owing to climatic and land-use changes are expected. In addition, it should be noted that long-term monitoring data required to make reliable statements about future developments in the distribution of spring species and to predict habitat conditions are not available.
References
Baltes B, von Fumetti S, Küry D, Contesse E, Butscher C, Huggenberger P, Suter D, Leimgruber W, Nagel P (2005) Basel entdeckt seine Quellen. Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL). Erweiterte Zusammenfassungen der Jahrestagung 2004 (Potsdam), pp 226–230
Beierkuhnlein C, Gollan T (1999) Forschung zu Quellökosystemen an der Universität Bayreuth—eine Einführung. In: Beierkuhnlein C, Gollan T (eds) Ökologie silikatischer Waldquellen in Mitteleuropa. University of Bayreuth, Bayreuth, pp 1–8
Binot M, Bless R, Boye P, Gruttke H, Pretscher P (eds) (1998) Rote Liste gefährdeter Tiere Deutschlands. Bundesamt für Naturschutz, Bonn-Bad Godesberg
Bonettini AM, Cantonati M (1996) Macroinvertebrate assemblages of springs of the River Sarca catchment (Adamello-Brenta Regional Park, Trentino, Italy). Crunoecia 5:71–78
Braasch D, Bresk B (1993) Die Alpenplanarie Crenobia alpina DANA in Brandenburg—ein Beispiel für den Quellenschutz. Naturschutz und Landschaftspflege in Brandenburg 3:26–27
Brändle M, Heuser R, Marten A, Brandl R (2007) Population structure of the freshwater flatworm Crenobia alpina (Dana): old lineages and low gene flow. J Biogeogr 34(7):1183–1192. doi:10.1111/j.1365-2699.2007.01689.x
Büscher T, Martin P (2016) Kalktuffquellen im Offenland—ein hinsichtlich der Fauna „überschätzter“ FFH-Lebensraumtyp?—Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)—Erweiterte Zusammenfassungen der Jahrestagung 2015 (Essen), Hardegsen 2016
Büttner G, Fetz R, Hotzy R, Römheld J (2008) Aktionsprogramm Quellen in Bayern—1.Teil Bayerischer Quelltypenatlas. Unveränderter Nachdruck der 1. Auflage von 2004. Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg
Cantonati M, Gerecke R, Bertuzzi E (2006) Springs of the Alps—sensitive ecosystems to environmental change: from biodiversity assessments to long-term studies. Hydrobiologia 562:59–96. doi:10.1007/s10750-005-1806-9
Cantonati M, Bertuzzi E, Spitale D (2007) The spring habitat: biota and sampling methods. Museo Tridentino di Scienze Naturali, Trento
Cantonati M, Füreder L, Gerecke R, Jüttner I, Cox EJ (2012) Crenic habitats, hotspots for freshwater biodiversity conservation: toward an understanding of their ecology. Freshw Sci 31(2):463–480. doi:10.1899/11-111.1
Cantonati M, Segadelli S, Ogata K, Gerecke R, Sanders D, Rott E, Gargini A, Celico F, Filippini M (2016) Petrying springs: a global review on ambient limestone-precipitating springs (LPS): hydrogeological setting, ecology and conservation. Sci Total Environ. doi:10.1016/j.scitotenv.2016.02.105 Epub ahead of print
Cushing CE (1988) Allochthonous detritus input to a small, cold desert spring-stream. Verhandlungen der Internationalen Vereinigung für Limnologie 23:1107–1113
Czachorowsk S (1999) Methods of recording and faunistical research of spring habitats in Poland. Crunoecia 6:63–66
De Luca DA, Destefanis E, Forno MG, Lasagna M, Masciocco L (2014) The genesis and the hydrogeological features of the Turin Po plain fontanili, typical lowland springs in Northern Italy. Bull Eng Geol Environ 73(2):409–427. doi:10.1007/s10064-013-0527-y
Dumnicka E, Galas J, Koperski P (2007) Benthic invertebrates in karst springs: does substratum or location define communities? Int Rev Hydrobiol 92(4–5):452–464. doi:10.1002/iroh.200610991
Dumnicka E, Galas J, Jatulewicz I, Karlikowska J, Rzonca B (2013) From spring sources to springbrook: changes in environmental characteristics and benthic fauna. Biologia 68(1):142–149
DVWK (Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau) (1998) Feuchtgebiete—Wasserhaushalt und wasserwirtschaftliche Entwicklungskonzepte: Fallbeispiele. DVWK-Merkblätter zur Wasserwirtschaft, Band 248, Hennef
EU HD (European Union Habitat Directive) (1992) Council directive 92/43/EEC of 21 May 1992 on the conservation of natural habitats and of wild fauna and flora (EC Habitats Directive). Off J Eur Communities L 206(22/7):7–50
Federal Nature Conservation Act (2009) Act on Nature Conservation and Landscape Management (Federal Nature Conservation Act – BNatSchG), Federal Law Gazette 2009, part I, no. 51:2542f
Fischer J (1996a) Kaltstenothermie—einziger Schlüssel zum Verständnis der Krenobionten? Crunoecia 5:91–96
Fischer J (1996b) Bewertungsverfahren zur Quellfauna. Crunoecia 5:227–240
Franz H, Konnert V, Gerecke R (2006) Der Nationalpark Berchtesgaden als Referenzgebiet für langfristige Umweltbeobachtungen. In: Gerecke R, Franz H (eds) Quellen im Nationalpark Berchtesgaden. Lebensgemeinschaften als Indikatoren des Klimawandels. Nationalparkverwaltung Berchtesgaden, Berchtesgaden, pp 17–38
Frey SH (2002) Quelltypenatlas Rheinland-Pfalz. Landesamt für Wasserwirtschaft Rheinland-Pfalz, Mainz
Frisbee MD, Phillips FM, White AF, Campbell AR, Liu F (2013) Effect of source integration on the geochemical fluxes from springs. Appl Geochem 28:32–54. doi:10.1016/j.apgeochem.2012.08.028
Gauterin H (1999) Vorschlag zu einer überregionalen faunistischen Quelltypologie mit einer Beschreibung der Crenobia alpina-Bythinella dunkeri-Zoozönose. Crunoecia 6:67–72
Gerecke R, Franz H (eds) (2006) Quellen im Nationalpark Berchtesgaden. Lebensgemeinschaften als Indikatoren des Klimawandels, Nationalpark Berchtesgaden, Forschungsbericht, Berchtesgaden
Gerecke R, Haseke H (2012) Die Vielfalt der biologischen Systematik: Arten erkennen, beschreiben und einordnen. In: Gerecke R, Haseke H, Klauber J, Maringer A (eds) Quellen. Schriften des Nationalparks Gesäuse, 7, Weng im Gesäuse, pp 223–232
Gerecke R, Mauch E (eds) (2011) Fließgewässer und Quellen am Hohen Trauchberg im Ostallgäu/Bayerische Alpen als Lebensraum. Bestandsaufnahme und Bewertung. Lauterbornia 73:1–168
Gerecke R, Schrankel I, Stur E, Wagner R, Wiedenbrug S (2006) Die Langzeituntersuchungsstellen. Feinverteilung der Fauna und erste Beobachtungen zu Veränderungen in der Zeit. In: Gerecke R, Franz H (eds) Quellen im Nationalpark Berchtesgaden. Lebensgemeinschaften als Indikatoren des Klimawandels. Nationalparkverwaltung Berchtesgaden, Berchtesgaden, pp 221–254
Gerecke R, Cantonati M, Spitale D, Stur E, Wiedenbrug S (2011) The challenges of long-term ecological research in springs in the northern and southern Alps: indicator groups, habitat diversity, and medium-term change. In: Cantonati M, Gerecke R, Jüttner I, Cox EJ (guest eds): Springs: neglected key habitats for biodiversity conservation. Journal of Limnology 70(suppl. 1):168-187. DOI 10.4081/jlimnol.2011.s1.168
Glazier DS (2009) Springs. In: Likeus GE (ed) Encyclopedia of Inland Waters. Elsevier, Amsterdam, pp 734–755
Hahn HJ (2000) Studies on classifying of undisturbed spring in Southwestern Germany by macrobenthic communities. Limnologica 30(3):247–259. doi:10.1016/S0075-9511(00)80055-9
Hering D, Moog O, Sandin L, Verdonschot PF (2004) Overview and application of the AQEM assessment system. Hydrobiologia 516:1–20. doi:10.1023/B:HYDR.0000025255.70009.a5
Hinterlang D, Lischewski D (1993) Quellbewertungsverfahren—Konzeption, Stand der Entwicklung und Ausblick. Crunoecia 2:15–23
HMILF (1996) Hessisches Ministerium des Innern und für Landwirtschaft, Forsten und Naturschutz (ed) Rote Liste der Schnecken und Muscheln Hessens, Wiesbaden
Hohmann I, Martin P (2014) Untersuchungen zur Besiedlung anthropogen beeinträchtigter Quellen in Schleswig-Holstein. Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)—Erweiterte Zusammenfassungen der Jahrestagung 2013 (Potsdam-Berlin), pp 67–71
Hurck R (1996) Praktischer Quellschutz aus der Sicht der Wasserwirtschaft. Crunoecia 6:153–159
Illies J (ed) (1978) Limnofauna europaea. Eine Zusammenstellung aller die europäischen Binnengewässer bewohnenden mehrzelligen Tierarten mit Angaben über ihre Verbreitung und Ökologie. Fischer, Stuttgart
Illies J, Botosaneanu L (1963) Problèmes et methodes de la classification et de la zonation ecologique des eaux courantes, considerées surtout du point de vue faunistique. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart
Ilmonen J, Paasivirta L (2005) Benthic macrocrustacean and insect assemblages in relation to spring habitat characteristics: patterns in abundance and diversity. Hydrobiologia 533(1–3):99–113. doi:10.1007/s10750-004-2399-4
Kleber A, Terhorst B, Bullmann H, Hülle D, Leopold M, Müller S, Raab T, Sauer D, Scholten T, Dietze M, Felix-Henningsen P, Heinrich J, Spies E-D, Thiemeyer H (2013) Subdued mountains of Central Europe. In: Kleber A, Terhorst B (eds) Mid-latitude slope deposits (cover beds). Elsevier, Amsterdam, pp 9–93
König O (2006) Das Forschungsprojekt, Limnologische Untersuchungen im Kalkquellmoor Benninger Ried bei Memmingen, Bayern. Lauterbornia 57:3–20
Kresic N (2010) Types and classification of springs. In: Kresic N, Stevanovic Z (eds) Groundwater hydrology of springs. Elsevier, Oxford, pp 31–86
Krüger K (1995) Quellbereiche im Land Brandenburg. Crunoecia 4:45–53
Krüger K (1996) Zur Typisierung und Registratur von Quellbereichen im Lande Brandenburg. Naturschutz und Landschaftspflege in Brandenburg 3:4–9
Küry D (2013) Charakterisierung und Schutz natürlicher und naturnaher Quellen im Kanton Basel-Landschaft. Gewässerschutzverband Nordwestschweiz, Basel
Lischewski D (1999) Ein erster faunistischer Beitrag für einen nordrhein-westfälischen Quellatlas. Crunoecia 6:1–61
Lock MA, Reynoldson TB (1976) The role of interspecific competition in the distribution of two stream dwelling triclads, Crenobia alpina (Dana) and Polycelis felina (Dalyell), in North Wales. J Anim Ecol 45:581–592
Lubini V, Stucki P, Vicentini H, Küry D (2014) Bewertung von Quell-Lebensräumen in der Schweiz. Entwurf für ein Struktur und faunistisches Verfahren, Federal Office of the Environment, Bern
Lundblad O (1925) Planaria alpina (Dana) als Glazialrelikt in Südschweden und auf Bornholm. Saertryk af Vidensk. Medd fra Dansk naturh Foren 80:429–444
Martin P (2012) Die Diversität der Quellfauna Schleswig-Holsteins - ein erster Überblick. Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)—Erweiterte Zusammenfassung der Jahrestagung 2011 (Weihenstephan), pp 211–215
Martin P, Brunke M (2012) Faunal typology of lowland springs in northern Germany. Freshw Sci 31(2):542–562. doi:10.1899/11-092.1
Martin P, Rückert M (2011) Die Quellfauna Schleswig-Holsteins und ihre regionale Stenotopie. Faun Ökol Mitt 9(5–6):171–224
Martin P, Wischniowsky L (2014) Kalktuffquellen: Ein FFH-Lebensraum ohne Charakterarten in der Limnofauna? Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL)—Erweiterte Zusammenfassungen der Jahrestagung 2013 (Potsdam-Berlin), pp 72–76
Martin P, Gerecke R, Cantonati M. (2015) Quellen. In: Brendelberger H, Martin P, Brunke M, Hahn H J (eds): Grundwassergeprägte Lebensräume - Eine Übersicht über Grundwasser, Quellen, das hyporheische Interstitial und weitere Habitate. - Limnologie aktuell, Band 14, pp 49–132
Meier C, Haase P, Rolauffs P, Schindehütte K, Schöll F, Sundermann A, Hering D (2006) Methodisches Handbuch Fließgewässerbewertung. Handbuch zur Untersuchung und Bewertung von Fließgewässern auf der Basis des Makrozoobenthos vor dem Hintergrund der EG-Wasserrahmenrichtlinie, http://www.fliessgewaesserbewertung.de
Mezquita F, Tapia G, Roca JR (1999) Ostracoda from springs on the eastern Iberian Peninsula: ecology, biogeography and palaeolimnological implications. Palaeogeogr Palaeoclimatol Palaeoecol 148(1):65–85. doi:10.1016/S0031-0182(98)00176-x
Moldenhauer K-M, Heller K, Chifflard P, Hübner R, Kleber A (2013) Influence of cover beds on slope hydrology. In: Kleber A, Terhorst B (eds) Mid-latitude slope deposits (cover beds. Elsevier, Amsterdam, pp 127–152
Nadig A (1943) Hydrobiologische Untersuchungen in Quellen des Schweizerischen Nationalparks im Engadin. Ergebn Wiss Unters Schweiz Nat Parks 1:267–432
Odum EP (1971) Fundamentals of ecology. Saunders, Philadelphia
Piechocki R, Händel J (2007) Makroskopische Präparationstechnik. Leitfaden für das Sammeln, Präparieren und Konservieren. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, Wirbellose
Preston FW (1948) The commonness, and rarity, of species. Ecology 29(3):254–283. doi:10.2307/1930989
Reiss M (2011) Substratpräferenz und Mikrohabitat-Fauna-Beziehung im Eukrenal von Quellgewässern. Dissertation, University of Marburg
Reiss M (2013) An integrative hierarchical spatial framework for spring habitats. J Lands Ecol 6(2):65–77. doi:10.2478/v10285-012-0068-2
Reiss M, Chifflard P (2015) Hydromorphology and Biodiversity in headwaters: An Eco-faunistic substrate preference assessment in forest springs of the German subdued mountains. In: Lo Y-H, Blanco J A, Roy S (eds) Biodiversity in Ecosystems - Linking Structure and Function, pp 223–258. doi: 10.5772/59072
Reiss M, Zaenker S (2012): Gewässerversauerung von Quellen im Buntsandstein – Kein Problem für Krenobionte? Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL). Erweiterte Zusammenfassungen der Jahrestagung 2011 (Weihenstephan), pp 216–220
Reiss M, Zipprich N (2014) Ökologische Durchgängigkeit von Verrohrungen kleiner Fließgewässer im Oberlauf—Eine gewässerstrukturelle Erfassungsmethode. Naturschutz und Landschaftsplanung—Zeitschrift für angewandte Ökologie 46(5):153–159
Reiss M, Zipprich N, Zaenker S, von Lorentz G (2014) Ökologische Durchgängigkeit von Fließgewässern im Oberlauf—Grundlagen, Zustandserfassung und Best-Practice-Beispiele zur Gewässerentwicklungsplanung. Marburger Geographische Schriften 147:67–88
Sabatino AD, Gerecke R, Martin P (2000) The biology and ecology of lotic water mites (Hydrachnidia). Freshw Biol 44(1):47–62. doi:10.1046/j.1365-2427.2000.00591.x
Sanders D, Wertl W, Rott E (2011) Spring-associated limestones of the Eastern Alps: overview of facies, deposystems, minerals, and biota. Facies 57(3):395–416. doi:10.1007/s10347-010-0252-y
Särkkä J, Levonen L, Mäkelä J (1997) Meiofauna of springs in Finland in relation to environmental factors. Hydrobiologia 347:139–150. doi:10.1023/A:1003031621659
Schindler H (2004) Bewertung der Auswirkungen von Umweltfaktoren auf die Struktur und Lebensgemeinschaften von Quellen in Rheinland-Pfalz. Dissertation, University of Kaiserslautern
Schönborn W, Risse-Buhl U (2013) Lehrbuch der Limnologie. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart
Schröder H, Howein H, Gerecke R (2006) Quelltypen und Quellfauna. In: Gerecke R, Franz H (eds) Quellen im Nationalpark Berchtesgaden. Lebensgemeinschaften als Indikatoren des Klimawandels, Berchtesgaden, pp 214–220
Schwoerbel J (1959) Ökologische und tiergeographische Untersuchungen über die Milben (Acari, Hydrachnellae) der Quellen und Bäche des südlichen Schwarzwaldes und seiner Randgebiete. Arch Hydrobiol 24(3–4):385–546 (Suppl.)
Smith H, Wood PJ, Gunn J (2003) The influence of habitat structure and flow permanence on invertebrate communities in karst spring systems. Hydrobiologia 510:53–66. doi:10.1023/B:HYDR.0000008501.55798.20
Staudacher K, Füreder L (2007) Habitat complexity and invertebrates in selected alpine springs (Schütt, Carinthia, Austria). Int Rev Hydrobiol 92:465–479. doi:10.1002/iroh.200610988
Steinmann P (1915) Praktikum der Süßwasserbiologie. I. Teil: Die Organismen des fließenden Wassers. Borntraeger, Berlin
Stevens LE, Meretsky VJ (eds) (2008) Aridland springs in North America: ecology and conservation. University of Arizona Press, Tucson
Thienemann A (1906) Planaria alpina auf Rügen und die Eiszeit. Jber d Geogr Ges. z Greifswald 10:381–461
Thienemann A (1907) Die Tierwelt der kalten Bäche und Quellen auf Rügen (nebst einem Beitrag zur Bachfauna von Bornholm). Mitt naturw Ver Vorpommern & Rügen 38(1906):74–104
Thienemann A (1922) Hydrobiologische Untersuchungen an Quellen (I-IV). Arch Hydrobiol 14(1):151–190
Thienemann A (1924) Die Gewässer Mitteleuropas. Eine hydrobiologische Charakteristik ihrer Haupttypen, Schweizerbart, Stuttgart
Thienemann A (1926) Hydrobiologische Untersuchungen an den kalten Quellen und Bächen der Halbinsel Jasmund auf Rügen. Arch Hydrobiol 17:221–336
Thorup J, Lindegaard C (1977) Studies on Danish springs. Folia limnologica Scandinavica 17:7–15
Tischler W (1993) Einführung in die Ökologie. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart
van der Kamp G (1995) The hydrogeology of springs in relation to the biodiversity of spring fauna: a review. J Kansas Entomol Soc 68(2):4–17
Verdonschot P F M, Schot J A (1987) Macrofaunal community types in helocrene springs. Ann. Report. Jaarverslag, pp 85–103
Viets K (1923) Hydracarinen aus Quellen. Arch Hydrobiol Suppl 3:205–596
von Fumetti S (2014) Naturnahe Quellen und ihre Lebensgemeinschaften—zehn Jahre Forschung im Röserental bei Liestal. Regio Basiliensis 55:101–114
von Fumetti S, Blattner L (2016) Faunistic assemblages of natural springs in different areas in the Swiss National Park a small-scale comparison. Hydrobiologia 1-10. DOI 10.1007/s10750-016-2788-5
von Fumetti S, Blattner L (2016b) Faunistic assemblages of natural springs in different areas in the Swiss National Park a small-scale comparison. Hydrobiologia. doi:10.1007/s10750-016-2788-5
von Fumetti S, Nagel P (2012) Discharge variability and its effect on faunistic assemblages in springs. Freshw Sci 31:647–656. doi:10.1899/10-159.1
von Fumetti S, Nagel P, Scheifhacken N, Baltes B (2006) Factors governing macrozoobenthic assemblages in perennial springs in north-western Switzerland. Hydrobiologia 568:467–475. doi:10.1007/s10750-006-0227-8
von Fumetti S, Nagel P, Baltes B (2007) Where a springhead becomes a springbrook—a regional zonation of springs. Fund Appl Limnol 169:37–48. doi:10.1127/1863-9135/2007/0169-0037
Warncke E (1980) Spring areas: ecology, vegetation, and comments on similarity coefficients applied to plant communities. Holarct Ecol 3:233–308
Weigand E (1999) Biodiversität in alpinen Karstquellsystemen (Nationalpark Kalkalpen, Österreich): Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL), Tagungsband 1998 (Klagenfurt). Tutzing, Band I, pp 149–153
Wigger F, von Fumetti S (2013) Quellen und ihre Lebensgemeinschaften in den Berner Alpen. Mitt Natforsch Ges Bern 70:117–131
Wigger F, Schmidlin L, Nagel P, von Fumetti S (2015) Macroinvertebrate assemblages of natural springs along an altitudinal gradient in the Bernese Alps, Switzerland. Ann Limnol 51:237–247. doi:10.1051/limn/2015018
Williams DD, Williams NE, Cao Y (1997) Spatial differences in macroinvertebrate community structure in springs in southeastern Ontario in relation to their chemical and physical environments. Can J Zool 75:1404–1414. doi:10.1139/z97-767
Zaenker S, Reiss M (2015) Quellenschutz in der Rhön. In: Konold W et al (eds) Handbuch Naturschutz und Landschaftspflege, Kap. XIII-7.14, 30. Erg. Lfg. 01/15, pp 1–18
Zollhöfer JM (1997) Quellen die unbekannten Biotope: erfassen, bewerten, schützen. Bristol Schriftenreihe, Zürich
Zollhöfer JM (1999) Spring biotopes in northern Switzerland: Habitat heterogenity, zoobenthic communities and colonisation dynamics. Dissertation, ETH Zürich
Zollhöfer JM, Brunke M, Gonser T (2000) A typology of springs in Switzerland by integrating habitat variables and fauna. Arch Hydrobiol Suppl 121:349–376
Acknowledgments
We would like to thank English native speaker Lara Schmidlin from University of Basel for proof reading the manuscript and for helpful comments.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Additional information
This article is part of a Topical Collection in Environmental Earth Sciences on “Water in Germany”, guest edited by Daniel Karthe, Peter Chifflard, Bernd Cyffka, Lucas Menzel, Heribert Nacken, Uta Raeder, Mario Sommerhäuser and Markus Weiler.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Reiss, M., Martin, P., Gerecke, R. et al. Limno-ecological characteristics and distribution patterns of spring habitats and invertebrates from the Lowlands to the Alps. Environ Earth Sci 75, 1033 (2016). https://doi.org/10.1007/s12665-016-5818-8
Received:
Accepted:
Published:
DOI: https://doi.org/10.1007/s12665-016-5818-8