European Lakes under Environmental Stressors Europäische Seen im Klimawandel Neusiedler See

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1 European Lakes under Environmental Stressors Europäische Seen im Klimawandel Neusiedler See

2 Europäische Seen im Klimawandel Unterstützung von Anpassungsmaßnahmen Ein Kooperationsprojekt von Lake Garda Community (Lead Partner) Italian National Research Council Environmental Protection Agency of Trento Edmund Mach Foundation AIT Austrian Institute of Technology Naturschutzbund Burgenland University of Pannonia Lake Balaton Development Coordination Agency Polish Institute of Meteorology and Water Management Projektziele: Ökologische Charakterisierung der 4 Seen des Projekts (Neusiedler See, Gardasee, Plattensee, Charzykowskie-See) Bewertung der ökologischen Trends auf Basis vorhandener Aufzeichnungen 2 Ableitung von See-spezifischen Risikofaktoren für die zukünftige Entwicklung der Seen Anwendung regionaler Klimamodelle zur Berechnung zukünftiger Klimaszenarien Entwicklung eines Modells (Web-GIS-basiert) zur Darstellung der Risikofaktoren für die Seen unter zukünftigen Klimabedingungen Ableitung See-spezifischer und gemeinsamer Governance-Empfehlungen bzw. Maßnahmenpläne für einen verbesserten Schutz der Seen

3 Teilnehmende Seen: Plattensee Koordinaten: N, O Seehöhe: 105 m, max. Tiefe: 12,2 m Durchschnittliche Tiefe: 3,1 m Fläche: 593 km², Volumen: 1,90 km³ Pilotprojekt: Klimawandel und invasive Arten Neusiedler See Koordinaten: N, O Seehöhe: 115 m, max. Tiefe: 1,8 m Durchschnittliche Tiefe: 1,2 m Fläche: 320 km², Volumen: 0,37 km³ Pilotprojekt: Stickstoffeintrag und Landwirtschaft Charzykowskie See Koordinaten: N, O Seehöhe: 120 m, max. Tiefe: 30,5 m Durchschnittliche Tiefe: 9,8 m Fläche: 13 km², Volumen: 0,13 km³ Pilotprojekt: Schwermetalle und Pestizide im Seesediment Gardasee Koordinaten: N, O Seehöhe: 65 m, max. Tiefe: 350 m Durchschnittliche Tiefe: 133 m Fläche: 368 km², Volumen: 49,03 km³ Pilotprojekt: Klimawandel und schädliche Blaualgen 3

4 Stickstoff ein Element des Lebens Stickstoff ein Element des Lebens Die Luft ist ein unerschöpflicher Stickstoffvorrat denn sie besteht zu 80 % Die Luft ist ein unerschöpflicher Stickstoffvorrat denn sie besteht zu 80 % aus Stickstoff. aus Stickstoff. Die Die folgende Abbildung stellt die wichtigsten Komponenten des des terrestrischen Stickstoff-Kreislaufs dar. terrestrischen Stickstoff-Kreislaufs dar. Treibhauseffekt Luftstickstoff N 2 Saurer Regen 1 Fixierung durch Blitz 1 Fixierung durch Bakterien B) Emissionen Gasförmige Stickstoffverluste 6 Denitrifikation Nitrat NO Auswaschung Pflanzen Tiere 2 Nährstoffaufnahme 3 Mineralisierung 4 Nitrifikation Ammonium NH 4 + A) Dünger Abfluss Auswaschung Durch menschliche Aktivitäten wurde der Stickstoffzyklus stark verändert: A) Die Anwendung von Stickstoffdünger und der in der Viehhaltung produzierte Mist erhöhen 5 Nitrat gasförmige ist im Boden Stickstoffverluste viel mobiler (tragen als Ammonium als N 2 O zum und Treibhauseffekt daher leicht auswaschbar. bei) und Nitrat- Auswaschung. B) Bei Durch Sauerstoffmangel die bei der Verbrennung kann durch fossiler bakterielle Brennstoffe Denitrifikation entstehenden aus Nitrat Emissionen (NO x ) 6 können sich saurer Regen und Ozon bilden. Nährstoffanreicherung Da Stickstoff Bestandteil aller lebenden Zellen (z.b. im Eiweiß) ist, hat er für alle Da Stickstoff Bestandteil aller lebenden Zellen (z.b. im Eiweiß) ist, hat er für alle Organismen essentielle Bedeutung. Doch der atmosphärische Stickstoff (N 2 ) ist für Tiere und Pflanzen nicht Organismen essentielle Bedeutung. Doch der atmosphärische Stickstoff (N2) ist für direkt verfügbar. Tiere und Pflanzen nicht direkt verfügbar. 1. Durch Stickstofffixierung wird aus N 2 pflanzenverfügbarer Stickstoff. Diese Fixierung erfolgt hauptsächlich biologisch durch bestimmte pflanzenverfügbarer Mikroorganismen. Stickstoff. Diese 2. Pflanzen können Stickstoff entweder als Nitrat- (NO - 3 ) oder als Ammonium-Ion (NH + 4 ) Fixierung aufnehmen. erfolgt Tiere hauptsächlich wiederum verwenden biologisch Pflanzen durch oder andere bestimmte Tiere als Mikroorganismen. Stickstoffquelle. 3. Aus toten Pflanzen und Tieren sowie Exkrementen setzen -) oder Bodenmikroorganismen als Ammonium-Ion Ammonium frei (Mineralisierung). 4. (NHAmmonium 4 +) aufnehmen. kann durch Tiere bakterielle wiederum Nitrifikation verwenden zu Nitrat Pflanzen umgewandelt oder werden. andere Tiere als 5. Stickstoffquelle. Nitrat ist im Boden viel mobiler als Ammonium und daher leicht auswaschbar. 6. Bei Sauerstoffmangel kann durch bakterielle Denitrifikation aus Nitrat gasförmiger Stickstoff Aus entstehen. toten Pflanzen und Tieren sowie Exkrementen setzen 1 Durch Stickstofffixierung wird aus N 2 2 Pflanzen können Stickstoff entweder als Nitrat- (NO 3 3 Bodenmikroorganismen Ammonium frei (Mineralisierung). 4 Ammonium kann durch bakterielle Nitrifikation zu Nitrat umgewandelt werden. gasförmiger Stickstoff entstehen. Durch menschliche Aktivitäten wurde der Stickstoffzyklus stark verändert: Die Anwendung von Stickstoffdünger und der in der Viehhaltung produzierte A Mist erhöhen gasförmige Stickstoffverluste (tragen als N 2 O zum Treibhauseffekt bei) und Nitrat-Auswaschung. Durch die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehenden Emissionen B (NO x ) können sich saurer Regen und Ozon bilden. 4

5 Stickstoff und der Neusiedler See wann wird es des Guten zu viel? Eine Überfütterung von Ökosystemen mit Stickstoff stört die natürliche Balance. Manche Organismengruppen können ihn zu überbordendem Wachstum nutzen und drängen dadurch andere Arten zurück. Die Artenvielfalt schwindet. In Gewässern können sich Wasserpflanzen oder Algen durch erhöhte Stickstoffversorgung stark verbreiten. Sterben diese Organismen im Herbst ab, verursacht ihr Abbau am Seeboden einen hohen Sauerstoffbedarf. Lokaler Sauerstoffmangel im Wasser kann für Fische und andere Wassertiere tödlich sein. Höhere Stickstoff-Verfügbarkeit fördert zwar das Schilfwachstum, doch sinkt die Qualität und Verwendbarkeit als biologisches Baumaterial. Stickstoffeinträge durch Zuflüsse zum Neusiedler See. Die Höhe der Säulen gibt die Nitratkonzentration in den beprobten Oberflächengewässern wieder. 5

6 Der Eintrag von Stickstoff in den Neusiedler See kann durch unvollständig geklärte Abwässer und durch Austrag von Stickstoff-gedüngten landwirtschaftlichen Flächen lokal zu überhöhten Nitrat-Konzentrationen führen. Eine Verfolgung dieser Schwankungen im Jahreszyklus und eine Zuordnung der Stickstofffrachten zu verschiedenen Quellen ist eine der Zielsetzungen des Projekts EuLakes. Aus diesem Grund kooperieren die HAK Neusiedl und AIT Austrian Institute of Technology bei der Erfassung der Nitratbelastung in verschiedenen Oberflächen- und Brunnenwässern rund um den Neusiedler See. An einem Netz von Probenahmepunkten werden in monatlichen Abständen von SchülerInnen der HAK Neusiedl und WissenschafterInnen des AIT Wasserproben entnommen und teilweise durch Schnelltests vor Ort, teilweise durch Laboranalysen auf Nitratgehalte analysiert. Probenahme durch Schülerinnen der HAK Neusiedl Bestimmung der Nitratgehalte im Wasser durch einen semi-quantitativen Schnelltest 6

7 Wiesenerhaltung durch gezielte Pflegemaßnahmen Zitzmannsdorfer Wiesen nach der Mahd Die Wiesen im Seevorgelände sind durch jahrhunderte lange Bewirtschaftung des Menschen entstanden. Die Nutzung des Gebietes zur Heugewinnung und als Weidegebiet schaffte für die Tier- und Pflanzenwelt optimale Lebensbedingungen. Die ursprünglichen Wälder wurden weitgehend zurückgedrängt und es entstanden große Offenlandbereiche. In den letzten Jahrzehnten hat die Bedeutung der Wiesen abgenommen. In Folge der Aufgabe der Bewirtschaftung ist die einstige Artenvielfalt zurückgegangen. Heute versuchen Experten gemeinsam mit den Landnutzern gezielte Pflegemaßnahmen zur Erhaltung von seltenen Tieren und Pflanzen umzusetzen. Diese Maßnahmen umfassen einerseits die Beweidung durch Esel, Pferde und Rinder und andererseits die Mahd zur Heunutzung sowie gezielte Entbuschungen. Beweidung am Sandeck mit Graurindern und Wasserbüffeln 7

8 Biotoptypen des Seevorgeländes Salzwiese, Pfeifengraswiese und Niedermoor gehören zu den artenreichsten aber auch seltensten Biotoptypen im Neusiedler See Gebiet. Pannonische Salzsteppe und Salzwiese Charakteristik: Häufiger Biotoptyp des Neusiedler See - Seewinkel; Anreicherung von Salzen in den oberen Bodenschichten durch hohe Verdunstung; Standort reicht von trockenen über nasse Böden bis zu Salzseen Typische Pflanzen: Salzaster, Sumpf- Knabenkraut, Salz-Wegerich, Strandsimse, Salz-Dreizack. Pflegemaßnahmen: Beweidung, 1- mal jährliche Mahd. Salzsteppe Pfeifengraswiese Charakteristik: Wechselfeucht bis feuchte Standorte; traditionelle Streuwiesennutzung mit 1- mal jährlicher Mahd im Herbst. Typische Pflanzen: Weiden-Alant, Kanten-Lauch, Sumpf-Stendelwurz, Spargelerbse. Pflegemaßnahmen: 1- mal jährliche Mahd im Herbst; Düngungsverzicht. Pfeifengraswiese mit Kanten- Lauch Niedermoor Charakteristik: Feuchte bis nasse Standorte mit nur gering jahreszeitlich schwankenden Grundwasserstand; von Natur aus baumfreie Standorte. Typische Pflanzen: Purgier-Lein, Sumpf- Herzblatt, Schwarzes Kopfried, Kleiner Baldrian. Pflegemaßnahmen: jährliches oder zweijährliches Mähen im Herbst; Errichtung von Pufferzonen. 8 Niedermoor mit Wollgras

9 Vögel der Seewiesen Der Kiebitz, die Rohrweihe und die Sumpfohreule sind nur eine kleine Auswahl an Arten, die die Seewiesen als Lebensraum nutzen. Kiebitz (Vanellus vanellus) Merkmale: Schwarzgrün glänzendes Rückengefieder; weißer Bauch; Federschopf. Beobachtungszeitraum: März- November Lebensraum: Feuchtwiesen, sumpfige Äcker. Schutzmaßnahmen: Extensive Wiesenbewirtschaftung; Verringerung der Düngermittel und Pestizide. Besonderheit: Spektakulärer Flug in der Fortpflanzungszeit. Rohrweihe (Circus aeruginosus) Merkmale: cm Flügelspannweite; im Gleitflug V- förmig gehaltene Flügel; dunkelbraunes Gefieder. Beobachtungszeit: März Oktober Lebensraum: Feuchtwiesen, Schilfröhricht. Schutzmaßnahmen: Erhaltung von Schilfgebieten und extensiven Feuchtwiesen Sumpfohreule (Asio flammeus) Merkmale: Mittelgroße Eule; braue Gefiederfarbe sowie weißer Brust durchsetzt mit dunklen Streifen; kurze Federohren. Beobachtungszeitraum: Ganzjährig; Brut von März Juli. Lebensraum: In Österreich ausschließlich im Nordburgenland; besiedelt offenen Lebensräumen mit niedrigem, aber dichten Bewuchs (Moore, Verlandungs-, Bracheflächen). Schutzmaßnahmen: Erhaltung von extensiv bewirtschaftetem Grünland und einer strukturreichen Kulturlandschaft. 9

10 Sein oder Nicht-Sein eines Sees Die Abhängigkeit des Neusiedler Sees von den Niederschlägen Als flacher Steppensee mit einem relativ kleinen Einzugsgebiet und weitgehender Isolierung vom Grundwasser ist der Neusiedler See stark von den natürlichen Niederschlägen abhängig. Etwa 78 % seiner Wasserzufuhr verdankt er Regen und Schneefall, etwa 20 % den Zuflüssen (hauptsächlich der Wulka) und nur 2 % dem Grundwasser. Trockene Jahre führen daher unweigerlich zu geringeren Wasserständen im See, da auch die natürlichen Zuflüsse in Trockenjahren weniger ergiebig sind. Eine Serie trockener Jahre kann zu einem völligen Verschwinden des Seewassers führen. 10 Der Niederschlag in der Region Neusiedler See als Haupteinflussfaktor für den Wasserstand im See. Obere Grafik: langfristiger Niederschlagsverlauf. Untere Grafik: Ausschnitt für den Zeitraum der letzten Austrocknung des Neusiedler Sees. Langjähriges Niederschlagsmittel ( als 100 %) = 657 mm. Die Niederschlagsdaten basieren auf dem homogenisierten HISTALP-Datensatz der ZAMG ( zamg.ac.at/forschung/klimatologie/klimawandel/ histalp/). Aus der Zeit vor 1857 existieren für dieses Gebiet keine gut abgesicherten Niederschlagsdaten.

11 Dieses Phänomen ist im Lauf der Jahrhunderte bereits öfters aufgetreten, das letzte Mal im Zeitraum Aus dieser Zeit sind bereits gute instrumentelle Aufzeichnungen der Wetterbedingungen verfügbar. Die Analyse für diesen Zeitraum hat gezeigt, dass die Basis für das Austrocknen des Sees in einer Serie trockener Jahre mit % geringeren Jahresniederschlagssummen gelegt wurde, die bereits in den späten 1850er-Jahren begonnen hat. Der Niederschlags mangel des Jahres 1865, das als trockenstes Jahr der Periode aufgezeichnet wurde, hat das völlige Verschwinden des Sees eingeleitet. Daran konnte auch eine leichte Minderung der Trockenheit mit einzelnen durchschnittlich feuchten Jahren in der Periode nichts ändern. Die Trockenjahre waren keine auffällig warmen Jahre. Erst die feuchteren 1870er-Jahre führten zur Rückkehr des Sees und einer Normalisierung des Seewasserstandes. Die Austrocknung als Risiko der Zukunft? Das im Vergleich zu den Austrocknungen früherer Jahrhunderte am besten dokumentierte Verschwinden des Sees zeigt auf, dass auch in Phasen ohne den derzeitig raschen Klimawandel der Bestand des Sees gefährdet war und weiterhin ist. Klimaszenarien der Zukunft sind sich über signifikante Temperaturerhöhungen einig. Ein wärmeres Klima hat höhere Wasserverdunstung zur Folge, welche bereits jetzt für 90 % des Wasserverlusts des Sees verantwortlich ist. Ein konstanter Wasserspiegel bei wärmerem Klima erfordert daher höhere Niederschläge als derzeit. Diese sind auf Grund aktueller Klimamodelle jedoch nicht gewährleistet. Eine Verkürzung der Intervalle zwischen den natürlichen Austrocknungsepisoden erscheint daher unter zukünftigen Klimaszenarien als wahrscheinlich. Salzwiese am Neusiedler See 11

12 Kleinräumige Klimamodellierung Von Menschen beeinflusste Klimaänderungen Durch menschliche Einflüsse wird in den nächsten Jahrzehnten eine weitere Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur erwartet. Wesentliche Quellen dieser Veränderungen sind die Verbrennung von fossilen Energieträgern (Kohle, Erdöl, Erdgas) in Heizungsanlagen, Kraftwerken und Fahrzeugmotoren, Freisetzungen von Kohlendioxid bei der Ausweitung der Landnutzung und Intensivierung der Bodennutzung sowie die Freisetzung von Methan aus Anbauflächen für Reis und der Nutztierhaltung. Der weitaus überwiegende Anteil der KlimawissenschafterInnen erwartet auf Basis der Berechnungen in den globalen Klimamodellen bis zum Ende dieses Jahrhunderts Erhöhungen der globalen Durchschnittstemperaturen in einer Bandbreite von +1 bis +5 Celsius. Für weiterführende Berechnungen werden in der Regel Szenariomodelle mit erwarteten Temperaturerhöhungen von maximal +2,5 Celsius herangezogen. Beispiele der erwarteten globalen Temperaturerhöhungen bei unterschiedlichen Emissionsszenarien (A2, A1B und B1) und Klimamodellen (färbige Linien): die mittleren Temperaturerhöhungen der Emissionsszenarien sind durch dicke, schwarze Linien dargestellt. 12

13 Vom globalen Mittelwert zu den regionalen Auswirkungen Die erwarteten Klimaveränderungen können sich regional unterschiedlich entwickeln, neben unterschiedlichen Temperaturveränderungen betrifft dies auch Niederschlagsverteilungen und Windverhältnisse. Für ihre Berechnung werden regionale Klimamodelle eingesetzt, die unter Berücksichtigung regionaler Einflussfaktoren, beispielweise der Topografie und Landnutzung, die Ergebnisse der globalen Modelle räumlich höher aufgelöst liefern. Beispiel der unterschiedlichen räumlichen Auflösung von Geländestrukturen in globalen (GCM) und regionalen (RCM) Klimamodellen (Tieflagen blau, mittlere Höhen grün und Hochlagen gelb bis braun). Beispiele der regional unterschiedlichen Niederschlagsveränderungen (in %) zwischen den Dekaden 1981/90 und 2041/50 nach Jahreszeiten (DJF = Dezember bis Februar, MAM = März bis Mai, JJA = Juni bis August, SON = September bis November) Durch die höhere räumliche Auflösung können die regionalen Klimaszenarien genauere Hinweise auf die erwartbaren Klimaveränderungen für die betroffene Bevölkerung und Entscheidungsträger liefern. In Verbindung mit laufend beobachteten Daten von Klimamessstationen ermöglichen sie auch die frühzeitige Erkennung von Abweichungen der tatsächlichen Klimaentwicklungen von den Erwartungswerten der Modellberechnungen. 13

14 Für die Abschätzung der Auswirkungen von Klimaänderungen auf Seen ist zu berücksichtigen, dass die unmittelbar auf die Wasserfläche wirkenden Veränderungen oft weniger gravierend sind als die indirekten Folgewirkungen der Klimaveränderungen in ihren flächenmäßig weitaus größeren Einzugsgebieten. Beispiele von indirekten Folgewirkungen wären Änderungen des Seespiegels durch Rückgang der Zuflüsse aus den Einzugsgebieten oder Veränderungen der Wasserqualität in den Seen als Folge von Zunahmen von Starkniederschlägen. Landnutzung basierend auf CORINE Land Cover 2006 Impressum: AIT Austrian Institute of Technology GmbH, TechGate Vienna, Donau-City-Str. 1, A-1220 Wien, Tel.: 0043(0) , Fax: 0043(0) ; Naturschutzbund Burgenland, Esterhazystraße 15, A-7000 Eisenstadt, Tel.: 0043(0) , Fax: 0043(0) , alle Rechte vorbehalten, Vervielfältigung und Auszüge bedürfen der ausdrücklichen Zustimmung von AIT und Naturschutzbund Burgenland. Grafik & Gestaltung: Baschnegger & Golub, A-1180 Wien. Text: Gerhard Heiss, Paul Kinner, Markus Knoflacher, Anna-Maria Soja, Gerhard Soja, Stefan Weiss, Johann Züger, Veronika Zukrigl. Fotos: Archiv Nationalpark Neusiedler See- Seewinkel, R. Denk, M. Dvorak, M. Fiala, P. Kinner, I. Korner, A. Nadolna, S. Weiss, T. Zechmeister. 14