Welche Auswirkungen hat ein Windrad auf ein Ökosystem?

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1 Cuvier Environmental Welche Auswirkungen hat ein Windrad auf ein Ökosystem? Vorläufige Ergebnisse des Artikels Using the Ecopath approach for environmental impact assessment Dr. Sarah Fretzer 2015 S a r a h. F r e t z e c u v i e r e n v i r o n m e n t a l. c o m

2 Kurfassung der vorläufigen Ergebnisse Zusammenfassung Das Windrad hat im Model keine negativen Auswirkungen auf den bedrohten Rotmilan, den geschützten Hirschkäfer oder das geschützte Hainsimsen-Buchenwald Gebiet. Das Windrad hat einen negativen Einfluss auf die funktionelle Gruppe der Vögel, aber nicht aufgrund der Kollisionen, die im Model auftreten, sondern durch eine Verschiebung im Ökosystem. Durch das Windrad verringert sich das Vogelhabitat, der Konkurrenzdruck mit anderen Tieren im Ökosystem steigt, bei gleichzeitig sinkendem Futterangebot. Dieses Ergebnis bleibt bestehen, egal, ob Vögel durch das Windrad im Model getötet werden oder nicht. Mortalität von geschützten Arten durch Windräder sind für die Gesellschaft nicht akzeptabel und sollten so weit wie möglich verringert werden, aber Kollisionen mit dem Windrad sind nicht die Hauptursache für den Rückgang der Vögel im Model. Wie lässt sich der Schaden kompensieren? Durch Erhöhung der Biomasse der Bodenvegetation, z.b. durch Anpflanzung von geeigneten Arten im Ökosystem vor Ort. Diese Ergebnisse beziehen sich auf ein Fallbeispiel und sind nicht pauschal auf andere Gebiete übertragbar. Dieser Artikel soll verdeutlichen, welche Untersuchungen und Aussagen mit Hilfe eines Ökosystemmodels getroffen werden können. Dies ist eine kurze Zusammenfassung der Ergebnisse, auf mathematische Grundlagen und Parameterberechnungen wurde hier nicht eingegangen, die Angaben können aber alle bei Bedarf nachgereicht werden. Inhalt 1. Beschreibung des Models und des Windradszenarios 2. Ergebnisse: Wie groß ist der ökologische Schaden? 3. Welcher Windradstandort hat die geringsten ökologischen Auswirkungen? Wie lassen sich diese Auswirkungen kompensieren? 1

3 1. Beschreibung des Models und des Windradszenarios Die Untersuchungen basieren auf einem Ecopath Model, das bereits veröffentlicht ist und ein Ökosystem vor dem Bau eines geplanten Gewerbegebiets beschreibt 1. Ein Ecopath Model liefert uns einen Schnappschuss von einem Ökosystem, bei dem alle Arten in einem ökologischen Gleichgewichtszustand sind und durch das Nahrungsnetz und ihre Stoffflüsse in Verbindung stehen. In dieser Fallstudie wird ein geschütztes Habitat (Hainsimsen-Buchenwald, LRT No. 9110), eine geschützte Art (Hirschkäfer, Lucanus cervus) und eine bedrohte Vogelart (Rotmilan, Milvus milvus) explizit behandelt und analysiert. Das untersuchte Gebiet teilt sich in eine Waldfläche, die das Habitat des Hirschkäfers beinhaltet und ein angrenzendes geschütztes Hainsimsen-Buchenwald Gebiet (Abb. 1). Außerdem besteht fast die Hälfte der Gesamtfläche aus einer landwirtschaftlich betriebenen Fläche, die als Wiese oder Grasland genutzt wird (Abb. 1). Das Model besteht aus 31 Gruppen (siehe Tab. 1), wie zum Beispiel verschiedene Wildgruppen (Schwarzwild, Rotwild, Rehwild) und dem Fuchs. Es sind zwei Vogelgruppen im Model vertreten, die Gruppe des Rotmilan (Gruppe: red kite) und der Vögel allgemein (Gruppe: birds). Es gibt zwei Gruppen für kleine Säugetiere, die entweder im Wald (Gruppe: Small mammals forest) oder im Hainsimsen-Buchenwald (Gruppe: Small mammals 9110) vorkommen. Das Model beinhaltet zehn Gruppen mit Arten der Insekten und Spinnentiere, den Hirschkäfer (Gruppe: stag beetle), sowie zwei Gruppen der Würmer. Als Primärproduzenten wurden Bäume, Bodenvegetation und Ernte im Model berücksichtigt. Das tote Material teilt sich auf zwei räumlich getrennte Detritusgruppen auf und zwei räumlich unterteilte Totholzgruppen (Gruppen: dead wood forest und dead wood 9110). Für jede funktionelle Gruppe wird im Ecopath-Model eingegeben, in welcher Biomasse also welcher Populationsdichte eine Gruppe im Gebiet vorkommt. Dann muss angegeben werden, wie viel ein Räuber von seiner Beute frisst und was seine bevorzugten Beutegruppen sind. Außerdem wird im Model bestimmt, wie hoch die Reproduktion der Gruppe ist, d.h. wie viel Biomasse pro Jahr produziert wird und im Ökosystem zur Verfügung steht. Wenn alle Angaben vollständig sind, wird das Model ausbalanciert, d.h. es darf nur so viel von einer Gruppe im Ökosystem gefressen werden, wie auch produziert wird. Wenn dieser Gleichgewichtszustand erreicht wurde, kann das Ökosystemmodel analysiert werden. Um zeitliche Entwicklungen untersuchen zu können, muss ein Ecopath-Model kalibriert werden, d.h. man nutzt z.b. regionale Jagdstrecken und Parameter (vulnerability settings) im Model werden so angepasst, dass es die vergangene Entwicklung nachbilden kann. Erst wenn diese Langzeitdaten vom Model angemessen repliziert werden können, kann man das Model für zukünftige Prognosen verwenden. Diese Methodik (Ecosim) baut auf dem Ecopath Model auf, verwendet aber Informationen über Räuber-Beute-Verhalten im Model, um zeitliche Prognosen liefern zu können. Für die hiesige Untersuchung wurde zusätzlich die räumliche Struktur des Ecopath Models hinzugezogen (Ecospace). Dem Model wird anhand einer Karte mitgeteilt, in welchen Regionen die einzelnen Gruppen bevorzugt leben und wie sie sich räumlich verbreiten, z.b. wandern. Basierend auf diesen Daten können räumliche und zeitliche Veränderungen im Ökosystemmodel untersucht werden. Diese Methode erlaubt auch die Untersuchung verschiedener Wirkfaktoren, z.b. Licht oder Lärm, wenn deren räumlichen Auswirkungen bekannt sind oder abgeschätzt werden können. 1 Fretzer, S. & S. Möckel, 2015 Aussagekraft der Fachkonventionen, Naturschutz und Landschaftsplanung, Vol. 47 (4),

4 1. Beschreibung des Models und des Windradszenarios In dieser Studie wurden zwei Standorte für ein Windrad getestet, wobei auch eine Zugangsstraße mit berücksichtigt wurde. Das Windrad verringert die Habitatfläche, die dem Ökosystem zur Verfügung steht und es kann störend auf die Umgebung wirken und deshalb wurde hier der Wirkfaktor Lärm im Model berücksichtigt. Abbildung 1 zeigt die Basiskarte des Ökosystems und die zwei verschiedenen Standorte des Windrads, im Wald (A) und auf der Grasfläche (B). Base map forest woodrush beech forest (habitat 9110) stag beetle habitats (3 areas) agricultural area Abbildung 1: Die Ecospace Basiskarte (oben) wird als Grundlage genutzt, um die Auswirkungen eines geplanten Windrads im Wald (Position A, links) und auf der Wiese (Position B, rechts) zu berechnen. Der Flächenverlust durch das Windrad (dunkelblaue Fläche) und die Versorgungsstraße ist in beiden Szenarien identisch. 3

5 2. Ergebnisse Wie groß ist der ökologische Schaden? Beide Windradpositionen beeinflussen einzelne Gruppen des Ökosystems. Aber: alle bedrohten Arten und der Hainsimsen-Buchenwald werden sich langfristig positiv entwickeln und werden durch das Windrad und dessen Auswirkungen nicht geschädigt (Tabelle 1, grün markierte Gruppen). Die Vögel werden negativ beeinflusst (Tab. 1, gelbe Markierung). Kurzfristig betrachtet, ist für die Gruppe der Vögel Szenario A besser, aber langfristig sind die Auswirkungen identisch (Tabelle 1). Abbildungen 2 und 3 zeigen die räumliche Ausbreitungen der einzelnen Gruppen nach zehn Jahren in Szenario A und B, wobei hohe Biomassekonzentrationen in der Karte rot zu sehen sind und niedrige Biomassewerte erscheinen hellblau. In Szenario A (Abb. 2) wird deutlich, dass die meisten Gruppen das Windradgelände meiden, selbst Insekten und Würmer. Pflanzenfresser, wie Schmetterlinge (Gruppe butterflies forest) reagieren sofort auf den Verlust von Pflanzennahrung und meiden die gesamte Gegend des Windrads und der Zufahrtsstraße (Abb. 2). Die Ecospace Analyse zeigt deutlich, dass das Windrad im dichtbesiedelten Vogelhabitat steht und dennoch hat diese Position weniger kurzfristige Auswirkungen auf die Vögel, weil hier die Nahrungskonkurrenz durch kleine Säugetiere und der Räuberdruck durch den Fuchs geringer ist (Tab. 1). Was deutlich wird, ist die östliche Verschiebung der Insektengruppen im Waldgebiet, die die Gegend um das Windrad und die Nähe des Hainsimsen-Buchenwald meiden. Fast alle Insektengruppen im Hainsimsen-Buchenwald profitieren von der langfristigen Entwicklung und verzeichnen Biomassezunahmen, welche sich positiv auf deren Räuber auswirken, den kleinen Säugetieren (Tab. 1). Die Primärproduzenten, also alle Pflanzengruppen nehmen ab (Gruppen der Bodenvegetation, ground vegetation in Tab. 1) oder stagnieren. Obwohl in Szenario B das Windrad am äußeren Rand des Vogelhabitats errichtet wird (Abb. 3), sind die kurzfristigen Auswirkungen auf die Vögel höher als bei Szenario A (Tab. 1). Es wird in den Abbildungen deutlich, dass die Gruppe der Vögel die höchste Biomassekonzentration außerhalb der Gebiete der kleinen Säugetiere des Waldes hat (Abb. 3), wobei langfristig die Zunahme der kleinen Säugetiere im Hainsimsen-Buchenwald (Gruppe small mammals 9110) gravierendere Folgen für die Vögel hat. Die kleinen Säugetiere im Wald erhöhen ihre Biomasse kurzfristig, bleiben dann aber stabil, während sich die kleinen Säugetiere 9110 langfristig noch mal versechsfachten (Tab. 1). Weitreichende räumliche Verdrängungen durch das Windrad bleiben im Ökosystem aus, einige Spinnen fühlen sich sogar von dem neuen Habitat angezogen (Gruppe: arachnids 9110, Abb. 3). 4

6 Tabelle 1: Prozentuale Biomasseveränderungen im Vergleich zur Entwicklung des Ökosystems in der Basiskarte (Abb. 1) nach dem Bau eines Windrads im Wald (A) oder auf der Wiese (B) Gruppen des Hainsimsen-Buchenwalds tragen die Kennzeichnung Kurzfristige Veränderungen: nach 5 Jahren, langfristige Veränderungen: nach 10 Jahren Szenario A Szenario B Gruppenname kurzfristig langfristig kurzfristig langfristig wild boar 174,7 627,4 197,4 627,4 red deer -5,6-8,0-4,5-8,0 roe deer -2,8 0,1-0,6 0,1 fox 38,7 26,5 40,0 26,5 red kite (Rotmilan) 140,6 195,3 137,4 195,3 Birds (Vögel) -1,7-13,6-9,9-13,6 small mammals forest 109,7 105,4 109,7 105,4 small mammals ,8 1360,8 223,6 1360,8 butterflies forest -7,2-2,8-8,1-2,8 butterflies ,5 49,0 19,3 49,0 hymenopterans forest 0,9 1,7 1,5 1,7 hymenopterans ,8-2,4-1,4-2,4 stag beetle (Hirschkäfer) 388,5 411,2 388,5 411,2 beetles forest -1,8-1,7-2,3-1,7 beetles ,4 68,6 32,7 68,6 bugs forest -4,7-4,6-5,3-4,6 bugs ,0 29,3 9,1 29,3 arachnids forest -4,4-3,7-4,7-3,7 arachnids ,5 20,0 14,9 20,0 worms forest -21,8-21,2-21,3-21,2 worms ,2 69,4 38,4 69,4 ground vegetation forest -1,2-1,0-0,6-1,0 ground vegetation ,4-6,7-3,9-6,7 trees forest 0,1 0,2 0,1 0,2 trees ,1 0,0 0,0 0,0 grassland fauna -0,2 0,0 0,1 0,0 grassland harvest 0,1 0,0-0,1 0,0 dead wood forest 0,1 0,2 0,1 0,2 dead wood ,2-0,6-0,3-0,6 detritus 0,3 0,2 0,2 0,2 detritus ,9 69,6 40,9 69,6 Total 1,1 1,8 1,1 1,8 Woodrush beech forest LRT 9110 (Hainsimsen-Buchenwald) 5,7 9,9 5,7 9,9 5

7 2. Ergebnisse Wie groß ist der ökologische Schaden? Abbildung 2: relative räumliche Verteilung der einzelnen funktionellen Gruppen im Model, wenn das Windrad im Wald (Szenario A) errichtet wird. Darstellung der langfristigen Ergebnisse (nach 10 Jahren), wobei hohe Biomassewerte Rot und niedrige mit hellblau markiert sind. 6

8 2. Ergebnisse Wie groß ist der ökologische Schaden? Abbildung 3: relative räumliche Verteilung der einzelnen funktionellen Gruppen im Model, wenn das Windrad auf der Wiese (Szenario B) errichtet wird. Darstellung der langfristigen Ergebnisse (nach 10 Jahren), wobei hohe Biomassewerte Rot und niedrige mit hellblau markiert sind. 7

9 3. Welche Projektversion hat die geringsten ökologischen Auswirkungen? Wie lassen sich diese Auswirkungen kompensieren? Welche Position sollte für das Windrad gewählt werden? Position B. Warum? Windräder sind am effektivsten auf offenen Flächen, was natürlich klar Szenario B bevorzugt. Allerdings sind die Auswirkungen in beiden Szenarien langfristig identisch (Tab. 1). Beide Szenarien haben keine negativen Auswirkungen auf den bedrohten Rotmilan, den geschützten Hirschkäfer oder Hainsimsen-Buchenwald (Tab. 1). Kompensationsmaßnahmen vor Ort können effektiver durchgeführt werden, wenn das Windrad in Szenario B erstellt wird. Vögel werden langfristig 13% ihrer Biomasse verlieren, was besorgniserregend ist. Allerdings beträgt der kollisionsbedingte Biomasseverlust der Gruppe im Model langfristig gerade mal t km -2 pro Jahr, bei einer jährlichen Gesamtbiomasse von 0.38 t km -2. Natürlich kann die Sterblichkeitsrate der Vögel und des Rotmilans aktiv verringert werden, z.b. in dem die Windturbine bei ungünstigen Wetterbedingungen abgestellt wird. Auch könnten Leuchtsignale die Vögel warnen und so das Kollisionsrisiko senken. Selbst wenn im Model das Windrad komplett abgestellt wird und keine Kollisionen mehr auftreten, werden sich alle funktionellen Gruppen in Szenario B langfristig gleich entwickeln (Tab. 1). Dieses Ergebnis stimmt mit Nachforschungen von Drewitt und Langston von 2006 überein, welche keine signifikanten Auswirkungen auf Vögel durch Windfarmen in UK feststellen konnten. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass die Kollisionen nicht der Hauptgrund für den Vogelrückgang sein können. Was ist die Ursache für den Verlust der Vögel? Die Nahrungskonkurrenten, wie kleine Säugetiere, steigen im Model erheblich an, während eine wichtige Nahrungsquelle abnimmt, die Bodenvegetation (Tab. 1). Dieser erhöhte Konkurrenzdruck scheint ein Problem für die Gruppe der Vögel darzustellen. Eine weitere mögliche Erklärung wäre die Zunahme der Fuchspopulation im Model, da Füchse auch Vögel fressen (Tab. 1). Zusätzlicher Räuberdruck könnte eine Erklärung für den Rückgang der Vögel sein, aber hier trifft das als Hauptgrund nicht zu. Die Fuchsbiomasse nimmt langfristig sogar wieder etwas ab, aber die Vögel profitieren davon nicht (Tab. 1). Wenn außerdem in diesem Ökosystemmodel ein Industriegebiet erbaut wird, können im Model sowohl Fuchs, als auch Vögel von diesem Gebiet indirekt profitieren und gleichzeitig an Biomasse zunehmen. Diese Ergebnisse schließen den Fuchs als Hauptursache für den Vogelrückgang klar aus. Folglich ist in dieser Untersuchung der Hauptgrund für den Vogelrückgang: Rückgang der Nahrungsquelle Bodenvegetation. Diese Auswirkung kann vor Ort leicht kompensiert werden, in dem die Bodenvegetation aktiv erhöht wird, z.b. durch Anpflanzung geeigneter Arten vor Ort oder entsprechende Düngung. Um langfristig sicherzustellen, dass das Anpflanzen von Bodenvegetation eine effektive Kompensationsmaßnahme in Szenario B darstellt, sollten sowohl die Pflanzengruppen, als auch die kleinen Säugetiere und Vogelgruppen dauerhaft in einem Monitoring-Programm überwacht werden. 8