Biodiversität im Grundwasser: Wertvoll, aber noch zu wenig beachtet

Das Grundwasser ist nicht nur die wichtigste Schweizer Trinkwasserressource, sondern auch ein Ökosystem mit einer einzigartigen Fauna. Der ökologische Zustand des Grundwassers ist jedoch weitgehend unbekannt. Um Grundwasserökosysteme langfristig erhalten und schützen zu können, ist jetzt ein biologisches Monitoring gefragt.

VON MARA KNÜSEL, ROMAN ALTHER UND FLORIAN ALTERMATT

Das Grundwasser wird normalerweise nicht als erstes mit Biodiversität assoziiert. Dass es verborgen unter unseren Füssen nicht nur Gestein und wassergefüllte Räume, sondern auch komplexe Lebensgemeinschaften gibt, scheint ziemlich erstaunlich. Es überrascht denn auch nicht, dass über die Biodiversität im Grundwasser noch sehr wenig bekannt ist. Aktuelle Forschungsergebnisse rücken das Schweizer Grundwasser jedoch in ein neues Licht: als Lebensraum mit einzigartiger, bislang kaum beachteter biologischer Vielfalt.

Die im Grundwasser vorkommenden Organismen reichen von winzigen Mikroben bis zu zentimetergrossen Krebstieren, welche an den dunklen und kargen Lebensraum angepasst sind. Unsere Forschungsarbeiten im Rahmen des Projektes AmphiWell an der Eawag und Universität Zürich zeigten erstmalig für die Gruppe der Grundwasserflohkrebse eine hohe und teils noch unbeschriebene Artenvielfalt auf. Bisher wurden knapp 40 verschiedene Grundwasserflohkrebsarten gefunden (Altermatt et al. 2019, Alther et al. 2020, Knüsel et al. 2024a). Rund ein Dutzend der Arten sind endemisch und kommen nur hierzulande oder in den zentralen Alpen und im Jura vor. Dies entspricht etwa einem Fünftel aller bekannten endemischen Tier- und Pflanzenarten der Schweiz (Tschudin et al. 2017). Viele Grundwasserflohkrebsarten haben sogar die Eiszeiten in der Schweiz, speziell in Karstgebieten, überdauert und sind ein einzigartiger Teil des Naturerbes der Schweiz.

Intakte Ökosysteme fördern Wasserqualität
Das Grundwasser macht mengenmässig mehr als 40 % der Schweizer Wasserreserven aus und ist vergleichbar mit dem Volumen aller Schweizer Seen. Rund 80 % des Trinkwassers in der Schweiz stammen aus dem Grundwasser. Dessen Qualität hängt wesentlich von intakten Ökosystemen und ihren biologischen Lebensgemeinschaften ab.

Über das Nahrungsnetz wird eingetragenes organisches Material im Grundwasser zunächst von Mikroben abgebaut und anschliessend von höheren Organismen wie Flohkrebsen weiterverwertet (Griebler & Avramov 2015). Dadurch sind die Grundwasserorganismen an den natürlichen Reinigungsprozessen im Grundwasser beteiligt und tragen zum Erhalt der Wasserqualität bei. Obwohl der Schutz der Grundwasserökosysteme im Sinn des Vorsorgeprinzips rechtlich klar vorgegeben ist, wird die Grundwasserfauna in der Praxis bis heute
nicht in den nationalen Monitoringprogrammen erhoben.

Aus den Augen, aus dem Sinn?
Oberirdische Ökosysteme werden durch mehrere Bundesprogramme überwacht. Zum Beispiel wird im Messprogramm NAWA die Qualität und biologische Diversität der oberirdischen Fliessgewässer regelmässig erhoben und dokumentiert. Dabei spielen nebst chemisch-physikalischen Messparametern auch biologische Indikatoren zur Beurteilung des Gewässerzustands eine wichtige Rolle. Auch bei baulichen Veränderungen wie Revitalisierungen wird die Biologie bei Wirkungskontrollen miteinbezogen.

Anders ist die aktuelle Situation im Grundwasser. Weil die Grundwasserbiodiversität weder in nationalen noch in kantonalen Programmen erfasst wird, ist ihr Zustand nur schlecht oder gar nicht bekannt (BAFU 2023). Ohne Referenzdaten können auch keine Veränderungen und Trends in der Entwicklung erkannt werden. In den letzten Jahren haben wir mit unserer Forschung jedoch umfangreiche methodische Grundlagen für ein Monitoring der Biodiversität im Grundwasser geschaffen.

Konkret könnte die Nationale Grundwasserbeobachtung NAQUA mit einem Modul zur Beurteilung der Biodiversität ergänzt werden (Kirschner et al. 2025). Zusätzlich wären für die Umsetzung des biologischen Gewässerschutzes im Grundwasser Rote Listen notwendig. Diese sind für andere Ökosysteme bereits etabliert und bewährt; auch im Zuge von Bestrebungen in anderen Ländern Europas besteht aktuell ein idealer Zeitpunkt für die Ausarbeitung von Roten Listen für ausgewählte Grundwasserorganismengruppen.

Geeignete Methoden sind verfügbar
Mögliche Methoden für die Beprobung von Grundwasserökosystemen wurden von unserer Forschungsgruppe bereits getestet und etabliert (Alther et al. 2021, Couton et al. 2023b). Ein systematisches Monitoring kann mithilfe von Umwelt-DNA (eDNA) erfolgen, wobei Wasserproben gefiltert und molekularbiologisch analysiert werden. So lässt sich die Zusammensetzung gesamter Lebensgemeinschaften, von Mikro- bis Makroorganismen, erfassen. Ein eDNA-basiertes Monitoring kann zudem mit klassischen Beprobungsmethoden ergänzt
werden, etwa mit Filternetzen in Quellwasserfassungen, die wertvolle Daten für ökologische und taxonomische Analysen liefern (Couton et al. 2023b).

Diese Methoden ermöglichen es aus wissenschaftlicher Sicht, rasch ein biologisches Modul in laufende Monitoringprogramme zu integrieren. Dabei gilt: Je früher mit der Probenahme begonnen wird, desto rascher stehen erste Ausgangswerte zur Verfügung und desto aussagekräftiger werden langfristige Zeitreihen zur Entwicklung der Grundwasserbiodiversität.

Grundwasserökosysteme zunehmend unter Druck
Anthropogene Stoffeinträge beeinträchtigen die Wasserqualität, in Ackerbaugebieten vor allem durch Nitrat sowie Pestizide und deren Metaboliten. Dort überschreitet rund jede zweite Messstelle die gesetzlichen Nitratgrenzwerte (BAFU 2019). Unsere Studien zeigen einen klaren Zusammenhang zwischen Landnutzung und der gesamten Grundwasserbiodiversität, die in landwirtschaftlich intensiv genutzten Gebieten um bis zu 80 % reduziert ist (Couton et al. 2023a, Knüsel et al. 2024b). Zunehmend rückt auch die thermische Nutzung des Untergrunds in den Fokus. Politische Vorstösse fordern eine Überprüfung der geltenden Vorschriften, verlangen aber auch, dass sich dies nicht negativ auf die Biologie im Grundwasser auswirken dürfe (z. B. Motion 22.3702: Energiezukunft durch sichere Nutzung des Untergrunds zur Speicherung). Jedoch sind die ökologischen Auswirkungen von Temperaturveränderungen bislang kaum bekannt, und es fehlen nationale und kantonale Inventare der schützenswerten biologischen Le bensgemeinschaften im Grundwasser.

Kurzum: Die Nutzung und der Schutz des Grundwassers stehen zunehmend im Zentrum von politischen und gesellschaftlichen Diskussionen. Aus diesem Grund ist ein Verständnis des Zustands und der Entwicklung der Lebensgemeinschaften und der Biodiversität im Grundwasser aktueller denn je. Die zügige Umsetzung eines biologischen Grundwassermonitorings ist wichtig und würde auch dem langfristigen Schutz der Trinkwasserressourcen zugutekommen.

Mara Knüsel und Roman Alther sind wissenschaftliche Mitarbeitende in der Forschungsgruppe von Florian Altermatt.

Florian Altermatt ist Professor für Aquatische Ökologie an der Universität Zürich und der Eawag.

Kontakt: florian.altermatt@uzh.ch