Verlässliche Daten über unsere Lebens­grundlage

Die biologische Vielfalt bildet eine Lebensgrundlage der Schweiz. Deshalb ist es wichtig, ihren Zustand und ihre Entwicklung zu kennen. Zudem hat sich unser Land mit der Unterzeichnung der UN-Biodiversitätskonvention verpflichtet, die biologische Vielfalt langfristig zu überwachen. Zu diesem Zweck hat das Bundesamt für Umwelt BAFU das Biodiversitätsmonitoring Schweiz ins Leben gerufen.

Vorgehen

Eindruck von der BDM-Feldarbeit: Eine Botanikerin kniet in einer Bergwiese und betrachtet eine Pflanze durch die Lupe.

Für die Erhebung von Pflanzen, Moosen und Schnecken in einem Lebensraum suchen BDM-Feldmitarbeitende die Stichprobenflächen von zehn Quadratmetern mittels GPS- und Magnetsuchgerät. Ist der Magnet einmal lokalisiert, wird die Probefläche mittels einer 1,8 Meter langen Schur markiert.

Bereits im Feld werden die Pflanzenarten mit Hilfe einer Smartphone-App erfasst. So erübrigt sich das Übertragen vom Feldbuch in den Computer. Manchmal ist es aber auch nötig, Arten mitzunehmen und zu Hause nachzubestimmen. Moose und Schnecken werden zur Bestimmung an Spezialistinnen und Spezialisten weitergegeben.

Stichprobenfläche

In der Landschaftszeichnung ist die kreisförmige Stichprobenfläche eingezeichnet.

Die kreisförmige Stichprobenfläche in Landlebensräumen beträgt 10 Quadratmeter und ist oben zur Verdeutlichung in oranger Farbe hervorgehoben.

Messnetz

Reliefkarte der Schweiz mit Seen und Flüssen und darin eingezeichnet das sehr regelmässige Stichprobenraster des Messnetz Landlebensräume. Es gibt praktisch keine Lücken im Messnetz, ausser im Hochgebirge (unzugängliche Flächen) sowie Stichprobenpunkte, die in einem der grossen Seen zu liegen kommen.

Das Messnetz zur Artenvielfalt in Lebensräumen umfasst rund 1450 Messpunkte von je zehn Quadratmetern. Als Lebensräume werden Wald, Wiesen und Weiden, Siedlungen, Äcker, Alpweiden und Gebirgsflächen unterschieden. Erhoben werden Gefässpflanzen, Moose und Schnecken.

Schritt für Schritt

Die Bildstrecke begleitet eine BDM-Mitarbeiterin beim Besuch einer Probefläche. Klicken Sie auf die Bilder für eine grössere Ansicht.

  • Die Feldmitarbeiterin bedient ein gelbes Magnetsuchgerät um das Zentrum der Stichprobenfläche zu finden.
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    Die BDM Feldmitarbeiterin lokalisiert die Stichprobenfläche mithilfe von GPS und Magnetsuchgerät. Im Boden ist ein Magnet vergraben, damit die Fläche alle 5 Jahre zentimetergenau wiedergefunden werden kann.
  • Auf dem Bild zu sehen ist, wie die Feldmitarbeiterin mittels einer Schnur, die am Holzstock befestigt ist, den Radius der Stichprobenfläche abmisst.
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    Innerhalb einer Kreisfläche von 10 Quadratmetern bestimmt die BDM-Feldmitarbeiterin alle Gefässpflanzen. Die am Mittelpfosten befestigte Schnur hilft, den vorgegebenen Radius einzuhalten.
  • Die Botanikerin gibt die gefundenen Arten ins Smartphone ein.
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    Jede identifizierte Pflanzenart wird in der BDM-App notiert.
  • Botanikerin beim Blick durch die orangefarbene Bussole, einem Gerät aus der Vermessungstechnik, das die genaue Bestimmung der Himmelsrichtungen erlaubt.
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    Mit Hilfe einer Bussole bestimmt die Feldmitarbeiterin 8 Stellen am Rand der Stichprobenfläche für die Bodenproben.
  • Die Feldmitarbeiterin hat eine Bodenprobe gestochen. Das überschüssige Bodenmaterial wird mit einer Maurerkelle vom Probenstecher abgetrennt.
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    Der normierte Probenstecher entnimmt auf einer quadratischen Fläche von 125 Quadratzentimeter den Oberboden und die Streu bis in 5 Zentimeter Tiefe.
  • Die Bodenprobe wird in eine weisse Tragtasche verpackt.
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    Die Bodenproben werden in einen Sack verpackt, damit sie später im Labor auf das Vorkommen von Schnecken untersucht werden können.
  • Am Boden kniend schaut die Botanikerin durch die Lupe auf der Suche nach Moosen.
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    Schliesslich wird die Stichprobenfläche noch nach Moosen abgesucht. Die Moose werden aussortiert und zur nachträglichen Bestimmung im Labor verpackt.

Vorgehen

Eindruck von der BDM-Feldarbeit am Wasser: Eine Biologin entnimmt mittels eines speziellen Netzes eine Probe aus einem Bergbach.

Bei der Erhebung der Gewässerfauna wird es nass: Mit Fischerstiefeln ausgerüstet waten BDM-Feldmitarbeitende entlang eines genau vorgegebenen Abschnitts durch das Wasser von kleineren Flüssen und von Bächen. An mehreren Stellen wird das Sediment aufgewühlt und mit einem Standard-Kescher eingesammelt, anschliessend werden sämtliche Gewässerwirbellosen aussortiert und auf Familienniveau bestimmt. Damit können verschiedene Indizes zur Gewässerqualität berechnet werden.

Diese Methodik ist abgestimmt mit dem breit eingesetzten Modul-Stufen-Konzept für das Makrozoobenthos, siehe Box nebenan. Die Larven der drei Insektenordnungen Eintags-, Stein- und Köcherfliegen werden gesammelt und im Labor durch Spezialistinnen und Spezialisten bis auf Artniveau bestimmt. Zusätzlich werden an einer Messstelle auch Angaben zur Ökomorphologie und Wasserqualität notiert, die weitere Informationen für die Auswertung liefern.

Messstelle

In der Landschaftszeichnung ist der zur BDM-Stichprobe gehörende Bachabschnitt farbig hervorgehoben.

Blau eingezeichnet ist die Messtelle in einem Fliessgewässer. Je nach Situation kann die Länge des Abschnitts variieren.

Messnetz

Reliefkarte der Schweiz mit Seen und Flüssen und darin eingezeichnet das Stichprobenraster des Messnetz Fliessgewässer. Auffallend ist, dass im Jura ein paar Lücken bestehen, was mit der Geologie des Gebiets zusammenhängt.

Das Messnetz zur Erhebung der Vielfalt von Gewässerinsekten umfasst etwa 500 Abschnitte von rund 5 bis 100 Metern Länge in kleineren Fliessgewässern.

Schritt für Schritt

Diese Bildstrecke begleitet eine BDM-Mitarbeiterin bei den Aufnahmen an einem Bach im Messnetz Fliessgewässer. Klicken Sie auf die Bilder für eine grössere Ansicht.

  • Das Foto zeigt einen Bergbach.
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    Eine von rund 500 BDM-Probestellen für Larven von Steinfliegen, Köcherfliegen und Eintagsfliegen an einem kleinen Schweizer Fliessgewässer.
  • Die BDM-Mitarbeiterin notiert Position, Länge und Breite des Gewässerabschnitts.
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    Die BDM-Mitarbeiterin notiert Position, Länge und Breite des Gewässerabschnitts.
  • Die Biologin steht in Fischerstiefeln im reissenden Wasser des Bergbaches und entnimmt mit einem speziellen Kescher eine Probe vom Gewässergrund.
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    Die BDM-Mitarbeiterin stellt an einer gemäss Methode definierten Stelle ein Netz in den Bach und wühlt die Gewässersohle mit ihrem Stiefel auf. Die Insektenlarven werden ins Netz geschwemmt.
  • Die Feldmitarbeiterin wischt mit der linken Hand über Steine, während sie in der rechten Hand den Kescher hält und damit die losgelösten Organismen auffängt.
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    Von grossen Steinen sammelt sie die Tierchen von Hand.
  • Die Biologin sitzt am Boden, vor ihr ausgebreitet zwei Plastikschalen und diverse Döschen, in die sie das Fanggut mit Hilfe einer Pinzette abpackt.
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    An Land werden Steine und Beifang aussortiert und die kleinen, wirbellosen Tierchen sorgfältig eingesammelt.
  • Das Wasser in der Plastikschale wird über eine Ecke vorsichtig in ein Sieb abgeschüttet, der Kies bleibt zurück.
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    Zum Schluss siebt die Mitarbeiterin das restliche Material und erwischt so noch die letzten Larven.
  • Eine Nahaufnahme der Plastikschalen und der mit Fanggut gefüllten Döschen.
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    Die abgefüllten Proben für den Heimtransport.
  • Einer der Artspezialisten bestimmt die Larven der Fliessgewässerinsekten in einer Petrischale unter dem Binokular.
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    Später sortieren und analysieren Spezialisten und Spezialistinnen im Labor die Gewässerwirbellosen.

Vorbereitung

Vorbereitung der neuen Feldsaison am Computer.
  • Jahresstichprobe festlegen
  • Feldteams zusammenstellen und Pensen festlegen
  • Evtl. Methodenanleitungen für die Felderhebungen anpassen
  • Evtl. Liste der für die Erhebung zugelassenen Arten anpassen

Instruktionen

  • Startveranstaltungen der Feldteams pro Artengruppe: Bekanntgabe von Neuerungen, Besprechen von methodisch heiklen Punkten
  • Spezielle Weisungen im Verlauf der Feldsaison, vor allem bezüglich Witterung (Sicherheitsaspekte)
  • Gezielte Bildungsanlässe (z. B. Bestimmung schwieriger Artengruppen, Weiterbildung, Eichung)

Feldarbeit

Eindruck von der BDM-Feldarbeit Gefässpflanzen: Eine Feldmitarbeiterin kniet am Wegrand, hält eine Pflanze in der einen Hand und das Smartphone für die Dateneingabe in der anderen.
  • Feldbegehungen gemäss regulärer Methodik. Ein Teil der Messflächen wird für die Qualitätskontrolle durch Zweitbearbeitende doppelt erhoben.
  • Gefässpflanzen, Tagfalter, Brutvögel: Beobachtung und Artbestimmung vor Ort. Notieren der Artbeobachtungen in der BDM-App.
  • Moose, Schnecken, Gewässerwirbellose: Sammeln der Proben ohne weitere Bestimmung. Bei Gewässerwirbellosen Vorsortieren der Probe vor Ort. Versand der Proben für die weitere Bearbeitung und Bestimmung

Laborarbeit

Eindruck von der BDM-Laborarbeit: Ein Mitarbeiter bestimmt unter dem Binokular die Larve eines Gewässerinsekts.
Schnecken
  • Waschen und Sieben der Bodenproben
  • Sortieren der Schneckenschalen
  • Bestimmung der Schneckengehäuse auf Artniveau
Moose
  • Bestimmen der Proben auf Artniveau
Gewässerwirbellose
  • Bestimmen aller Proben bis auf Familienniveau. Weitergabe des Probematerials für die Artbestimmung
  • Bestimmung auf Artniveau für Eintags-, Stein- und Köcherfliegenlarven

Qualitätskontrollen

  • Plausibilitätskontrollen zu Artbestimmungen, Rückfragen bei Feldmitarbeitenden
  • Berechnen von Routine-Kennzahlen als Indikatoren für die Datenqualität
  • Evaluieren der Konsequenzen methodischer Fehler oder Abweichungen
  • Beschlüsse zur Gültigkeit bzw. Ungültigkeit von Rohdaten

Datenverwaltung

  • Import/Eingabe der Felddaten und Laborprotokolle in eine zentrale Datenbank
  • Kontrolle der Vollständigkeit der Aufnahmen und Datensätze
  • Einarbeiten der Beschlüsse aus der Qualitätskontrolle
  • Dokumentation sämtlicher Korrekturen der Rohdaten in einem Datenbankprotokoll

Daten freigeben und verwenden

  • Die bereinigten Daten werden für gültig erklärt und stehen für Datenanalysen zur Verfügung
  • Datenanalysen zu aktuellen Themen
  • Berechnung weiterer Indikatoren zur Biodiversität zuhanden von Bund und Kantonen, beispielsweise Legislaturindikator, Umweltindikatoren, Beitrag zum «Cercle Indicateurs»
  • Datenanalyse durch Dritte, auf Anfrage (z. B. Hochschulen)
  • Daten mit den Artnachweisen werden an das jeweilige nationale Daten- und Informationszentrum weitergeleitet

Begleiterin im Feld: Erfassungs-App

Die BDM-Feldarbeit ist digital: Eine Feldmitarbeiterin hält ein Smartphone in der Hand, erkennbar ist der Startbildschirm der BDM-App.

Heutzutage liegt es auf der Hand, Arten im Feld mit einer Smartphone-App zu erfassen. Im BDM erfolgt die Dateneingabe aber bereits seit 20 Jahren digital. Zu Beginn waren Palm-Pilot Geräte im Einsatz, heute normale Android- Smartphones. Der entscheidende Vorteil seit Beginn: einheitliche Datenformate, Artnamen und Kategorien für alle Feldmitarbeitenden sowie rascher Datenimport. Allein die Gefässpflanzen- Erhebungen in Landschaften erzeugen jährlich schweizweit rund 50 000 Artbeobachtungen! Die verwendete App wurde auf das BDM zugeschnitten und seit dem ersten Routine-Einsatz 2012 kontinuierlich weiterentwickelt. Die App kann auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden.

Vorgehen

  • Eindruck von der BDM-Feldarbeit: Eine Feldmitarbeiterin kniet am Strassenrand und erfasst eine Pflanzenart auf ihrem Smartphone.

    Gefässpflanzen

    Entlang einer vorbestimmten Route (Transekt) werden sämtliche Arten bestimmt und notiert, die in einer Entfernung von 2,5 Metern links und rechts des Weges wachsen. Der berücksichtigte Streifen ist breit genug, um nicht nur den Wegrand, sondern auch die landschaftlich vorherrschende Nutzung zu erfassen (z. B. Acker, Wiese, Wald). Durch die Lage am Wegrand werden auch kleinflächige Lebensräume wie Böschungen, Gehölzsäume oder Ruderalflächen erfasst, die für den Artenreichtum einer Landschaft bedeutend sind. In einem Aufnahmejahr wird die Route zweimal abgelaufen (Ausnahme: im Gebirge nur eine Begehung).
  • Ein Feldmitarbeiter fängt mit einem Netz einen Tagfalter auf einer Alpweide.

    Tagfalter

    Für diese Organismengruppe wird die gleiche Route abgeschritten wie für die Gefässpflanzen. Die Mitarbeitenden bestimmen alle Tagfalter, die in einer Distanz von maximal fünf Metern vorbeifliegen. Jede Beobachtung wird per App mit GPS-Koordinaten protokolliert. Je nach Höhenstufe werden in einem Aufnahmejahr vier bis sieben Begehungen durchgeführt. Pro Jahr werden für die BDM-Erhebungen der Tagfalter rund 3000 Kilometer und für die Gefässpflanzen rund 900 Kilometer abgeschritten.
  • Ein Feldmitarbeiter schaut durch sein Fernglas auf der Suche nach Brutvögeln im Gebirgswald.

    Brutvögel

    Die Erhebungen der Brutvögel sind mit dem Vogelwarte-Programm «Monitoring Häufige Brutvögel MHB» abgestimmt. Die Mitarbeitenden begehen dabei eine Strecke von rund 5 Kilometern Länge, auf der sie die Stichprobenfläche von einem Quadratkilometer möglichst flächendeckend auf Vorkommen von Brutvögeln absuchen. In den Tallagen finden drei, in Hochlagen zwei Morgenexkursionen in vorgegebenen Zeitfenstern statt.

Stichprobenfläche

Auf der Landschaftszeichnung ist eine Fläche von einem Quadratkilometer farbig markiert. Darin eingezeichnet ist der Verlauf der Transektroute.

Probefläche von einem Quadratkilometer für die Erhebung der Artenvielfalt in Landschaften mit eingezeichnetem Transekt (rote Linie) für die Pflanzen- und Tagfaltererhebungen. Die Vögel werden im Monitoring häufige Brutvögel der Schweizerischen Vogelwarte Sempach auf der gesamten Fläche erhoben.

Messnetz

Reliefkarte der Schweiz mit Seen und Flüssen. Das regelmässige Stichprobennetz mit den Kilometerquadraten ist eingezeichnet, wobei auffällt, dass die Aufnahmequadrate im Jura und an der Alpensüdflanke enger beieinander liegen aufgrund der Stichprobenverdichtung.

Das Messnetz Landschaften besteht aus rund 500 Probeflächen von je einem Quadratkilometer Ausdehnung. Auf diesem Messnetz werden Gefässpflanzen, Tagfalter und Brutvögel erhoben. Pro Jahr wird jeweils 1/5 der Flächen beprobt. Im Jura und in der Südschweiz ist das Messnetz verdichtet, um zuverlässige Daten für diese Regionen zu erhalten.

Schritt für Schritt

Diese Bildstrecke begleitet BDM-Mitarbeitende bei der Artenaufnahme auf einer Stichprobenfläche. Klicken Sie auf die Bilder für eine grösseren Ansicht.

  • Die Botanikerin steht am Strassenrand und sucht nach den vorhandenen Gefässpflanzen.
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    Die Stichprobenfläche beträgt einen Quadratkilometer. Entlang eines genau vorgegebenen Wegs innerhalb dieser Fläche (Transekt) sucht die Feldbiologin an den Strassen- und Wegrändern nach Gefässpflanzenarten.
  • Die Botanikerin kniet am Strassenrand und erfasst die Pflanzenarten auf ihrem Smartphone.
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    Der Transekt misst 2,5 Kilometer. Jede darauf gefundene Art wird in der BDM-App erfasst.
  • Die Botanikerin betrachtet eine Grasblüte durch die Lupe.
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    Mitunter muss die Feldmitarbeiterin genau hinschauen, um eine Art exakt zu bestimmen.
  • Ein Feldmitarbeiter steht auf einem Kiesweg und versucht einen Tagfalter mit dem Netz einzufangen.
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    Auch Tagfalter werden entlang des Transekts bestimmt. Exemplare, die nicht im Flug erkannt werden, müssen mit einem Netz gefangen werden.
  • Nahaufnahme von zwei Plastikröhrchen mit je einem Tagfalter.
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    Das Plastikröhrchen erlaubt einen genauen Blick und schützt den Tagfalter vor Verletzungen. Der Feldmitarbeitende notiert die gefundene Art in der BDM-App. Nach der Bestimmung wird das Tier wieder freigelassen.
  • Ein Feldmitarbeiter schaut durch sein Fernglas auf der Suche nach Brutvögeln im Gebirgswald.
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    Brutvögel werden möglichst auf der ganzen Stichprobenfläche erfasst. Die meist freiwilligen Mitarbeitenden der Schweizer Vogelwarte begehen dazu jede Fläche während eines Jahres dreimal (im Gebirge nur zweimal).

Bild einer artenreichen Wiese mit vielen Margeriten.

Eine wichtige Ergänzung zur Artenzahl

Mit den Daten aus den BDM-Erhebungen lässt sich die mittlere Artenzahl in Lebensräumen und Landschaften ermitteln. Doch reichen diese Angaben aus, um die Biodiversität in der Schweiz umfassend zu beschreiben? Nein! Es kann nämlich sein, dass in einem bestimmten Lebensraumtyp oder in einer bestimmten Region zwar beachtlich lange Artenlisten erstellt werden können, dass sich diese aber zwischen den einzelnen Stichprobenflächen nur geringfügig unterscheiden. Solche Artengemeinschaften sind dann nicht besonders vielfältig. Dieser Tatsache trägt der Indikator «Vielfalt der Artgemeinschaften» Rechnung, der die Artenlisten der Stichprobenflächen miteinander vergleicht. Eine besonders hohe Vielfalt wird erst dann erreicht, wenn pro Fläche möglichst viele Arten vorkommen und die Überlappung der Artenlisten zwischen den Aufnahmeflächen gering ist.

Ein einfaches Rechenbeispiel

Bei der Artenzahl wird für jede Fläche separat die Anzahl der Arten gezählt. Der Indikatorwert ergibt sich aus dem Mittelwert dieser Artenzahlen. Zur Berechnung der Vielfalt der Artgemeinschaften wird hingegen die Artenliste (Präsenz-Absenz-Angaben) zweier Stichprobenfläche miteinander verglichen. Dabei wird der Anteil der unterschiedlichen Arten mit einem in der Ökologie geläufigen Diversitätsindex, dem sogenannten Simpson-Index, berechnet.

  • In der linken Grafik stellen zwei Kreise je eine Fläche dar. In einer hat es vier Blumen, in der anderen drei Blumen. Eine hellblaue Blume kommt in beiden Kreisen vor.
  • In der rechten Grafik sind die beiden Kreise überlagert dargestellt, die hellblaue Blume befindet sich in der Schnittmenge.

Das gleiche Vorgehen kommt bei allen möglichen Kombinationen von zwei Stichprobenflächen zum Tragen. Der Mittelwert aller berechneten Indexwerte ergibt den Wert des Indikators. Ein Indikatorwert von 1 bedeutet eine maximale Vielfalt der Artengemeinschaften. Er liegt – rein hypothetisch – vor, wenn keine Art auf zwei miteinander verglichenen Flächen vorkommt. Ein Indikatorwert nahe bei 0 bedeutet, dass die Artengemeinschaften sehr einheitlich sind. Die Berechnung ist vom Prinzip her zwar einfach, wegen der vielen Vergleiche aber rechenaufwändig.

Was passiert nun, wenn sich die Artzusammensetzung im Verlauf der Zeit ändert? Im Folgenden sind zwei Szenarien dargestellt.

  • In diesem Szenario wird eine seltene Art häufiger. Die violette Art taucht in der rechten Fläche neu auf. Im Vergleich zum Ausgangszustand steigt die mittlere Artenvielfalt von 3,5 auf 4,0 Arten. Gleichzeitig werden auch die Artengemeinschaften vielfältiger, der Simpson-Index steigt von 0,67 auf 0,75.

  • Hier wird eine häufige Art noch häufiger. Die orange-farbige Art wandert in der rechten Fläche ein, auf der linken Fläche kommt sie wie schon im Ausgangszustand weiterhin vor. Auch in diesem Szenario steigt die mittlere Artenvielfalt von 3,5 auf 4,0 Arten. Jedoch werden die Artengemeinschaften ähnlicher und der Simpson-Index sinkt von 0,67 auf 0,5.

Sonderheft Hotspot

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Das Hotspot Sonderheft zu 20 Jahren BDM zeigt, wer hinter den Daten steckt und beleuchtet aktuelle Entwicklungen der Biodiversität.

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Nationale Datenbanken

BDM-Daten mit den Artnachweisen werden an das jeweilige nationale Daten- und Informationszentrum weitergeleitet und in dessen Datenbank integriert. Die Daten der Gefässpflanzen gehen an Info Flora, diejenigen der Moose an Swissbryophytes und diejenigen der Tagfalter, Schnecken und Gewässerwirbellosen an info fauna.
InfoSpecies