Domestizierte Ökosysteme und neuartige Lebensgemeinschaften Herausforderungen für das Gewässermanagement

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1 Domestizierte Ökosysteme und neuartige Lebensgemeinschaften Herausforderungen für das Gewässermanagement Klement Tockner Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) 1

2 Binnengewässer: Einzigartige Ökosysteme Überschrift Subline Photo: M. Feierabend Binnengewässer: Einzigartige Ökosysteme Struktur Lage Dynamik Vernetzung Funktion Leistungen Schutz/Management Mosaikartige oder lineare Landschaftselemente Topographisch tiefsten Punkt der Landschaft Expandierende/kontrahierende Ökosysteme, rasche Sukzessionsabläufe Zum terrestrischen, marinen, unterirdischen und atmosphärischen Umland Zentren der biologischen Vielfalt und Produktion Überproportional vielfältige Ökosystemleistungen Mehr gefährdet als marine und terrestrische Ökosysteme 2

3 3

4 Verzweigter Flusstyp Bsp. Thur (CH) NO-Deutschland reich an Gewässern Überschrift Subline Photo: M. Feierabend km 2 Wasserfläche Seen km Fliessgewässer 4

5 Domestizierte Ökosysteme Domestizierte Ökosysteme Domestication means that ecosystems have been optimized for few services that provide major short-term economic benefit to humans, yet concurrently causing unforeseen changes in other ecosystem attributes (nach: Tockner et al Ecohydrology & Hydrobiology) 5

6 Dichte (%) 3/19/2012 Domestizierte Ökosysteme Neuartige Lebensgemeinschaften Obere Donau Mittlere Donau Untere Donau (Data: Graf et al. Zitiert in: Sommerwerk et al Managing the world s most international river basin: The Danube. Marine and Freshwater Research) Europäische Einzugsgebiete: Exotische Fischarten # an Einzugsgebieten % exotische Arten 5 > 50.1 (up to 61.2%) nonnative species (richness) rte 14 > 40.1 % 36 > 30.1 % 37 > 20.1 % 67 > 10.1 % 92 > 2.8 % (N. Sommerwerk et al. unpubl. data) 6

7 Schifffahrtskanäle und schiffbare Flüsse schaffen ein biologisches Großeinzugsgebiet Mitteleuropa: 28,000 km schiffbare Flüsse und Kanäle Domestizierte Ökosysteme neuartige Lebensgemeinschaften Wie formen sich neuartige Lebensgemeinschaften? Was sind die ökologischen, evolutiven und ökonomischen Konsequenzen? Was bedeutet das für das zukünftige Management unserer Gewässer? 7

8 Grad der Domestizierung Alta Loire Adige Rhein Natürlich Naturnah Naturfern (Fotos : Tockner et al Rivers of Europe, and webaviaton) Künstlich Managementoptionen Schutz Renaturierung Intervention 8

9 Große Flüsse in Deutschland Wahrscheinlichkeit, einen guten ökologischen Zustand bis 2015 zu erreichen (Quelle: Umweltbundesamt) Fallstudie Spöl : Etablierung eines dynamischen Abflussregimes 9

10 Discharge (m 3 /s) 3/19/2012 Spöl (Schweizer Nationalpark) Daily discharge (m 3 s -1-1 ) Spöl (Schweizer Nationalpark) Hochwassermanagement

11 5. Juli 2000: 1.5 m 3 /s Spöl: Künstliches Hochwasser 5. Juli, 2000: 42 m 3 /s Informationen: Robinson & Uehlinger (2005) Aquatic Sciences. Spec. Issue Robinson & Uehlinger (2009) Ecological Applications (Photos: U. Uehlinger) (Fotos: U. Uehlinger) Schlussfolgerungen I Historischer Referenzzustand ist als Zielvorgabe für zukünftiges Management zumeist nicht geeignet (?) Schutz-, Renaturierungs- und Interventionsmaßnahmen Von einem struktur- hin zu einem funktionsbasierten Ökosystemmanagement 11

12 Hydrogeomorphologische Prozesse in Echtzeit (Foto: W. Bertoldi, UniTN) Zwei Jahre morphologische Dynamik (Kooperation: UniTN, IGB, QMCL) 12

13 5. Mai 2008 Maximum an Vegetation nach 4 hochwasserfreien Jahren 18. November 2008 Neue Bifurkation 13

14 1. November 2009 Erosion an Vegetation 29. April 2010 Inselerosion 14

15 30. November 2010 Totholzablagerungen 5. Mai

16 5. Mai Mai Mai Mai

17 5. Mai Mai 2010 Verzweigter Flusstyp Bsp. Thur (CH)

18 Funktionelle Vernetzung Organismen mit komplexen Lebenzyklen vernetzen aquatische und terrestrische Ökosysteme (modifiziert nach Semlitsch 2003) 18

19 Amphibien: Komplexer Lebenzyklus in dynamischen Ökosystemen Wechselkröte (B. viridis) (Photo: L. Indermaur) Bufo viridis & B. b. bufo: Lage und Größe des Aktionsraums Indermaur et al AmphibiaReptilia. Indermaur et al American Naturalist. Indermaur et al Ecology Indermaur et al. 2010a,b. Ecography, Oecologia 19

20 Totholz schafft Vielfalt Überschrift Subline Totholz: Schlüsselelement in Flusslandschaften (Foto: NP-Donauauen/Kovac) Totholzablagerungen und Inselbildungen schaffen Biodiversität A B C Sediment plume Coarse sediment Scour hole or pool Wood jam Canopy re-sprouting from buried wood Deposited tree Flow direction 0 10m 0 20m 0 200m (Gurnell, Tockner, Edwards & Petts Front Ecol Environ) 20

21 Oder (D): Rezente Inselbildungen Larve Ei Wasser 21

22 Tage/Wochen Subimago Imago Land/Luft Monate Larve Ei Wasser Emergenz Ausbreitung Paarung Eiablage Imago Land/Luft Wachstum Larve Ei Wasser 22

23 3-D Perspektive einer Flusslandschaft Luftraumdynamik entlang eines Flusskorridors Primary air flow: down valley (cold) up valley (warm) uniderectional primary flows can be formed by diurnal meteorological cycles Secondary flow: up slope (warm) down slope (cold) secondary flows can develop because of Micro-structure of air flow: effects of complex roughness distribution (water, sediments, vegetation) complex internal boundary layers, wakes, and mixing layers Daten- und Informationsbedarf 23

24 Species of Number 3/19/2012 Langzeitforschung und -monitoring Bryozoa Insecta Molluscs Crustaceans Leeches Flatworms Sponges (IKSR 2002) Experimentelle Forschung auf der Landschaftsebene

25 Echtzeitforschung Gary Larson cartoon (Larsen) Echtzeitforschung etwa mit Hilfe eines unbemannten Hubschraubers: Landschaftsbewertung Kritische Zeiten: Erfassung von Extremereignissen Kritische Zonen: Anwendung neuer Sensoren 25

26 Schlussfolgerungen II Von einem struktur- hin zu einem funktionsbasierten Ökosystemmanagement Sukzessionsabläufe ermöglichen; Totholz und Flussinseln sind Schlüssellandschaftselemente Ökosystem als interaktives Mosaik: Bsp. Vernetzung durch Organismen, die komplexe Lebenszyklen aufweisen Langzeitdaten, experimentelle Landschaftsökologie, Echtzeitforschung (kritische Zeiten & Zonen) 26

27 Attractiveness 3/19/2012 The Sound of Rivers (Photo: der SPIEGEL) Sihl set 1: visual/acoustic Sihl set 1: acoustic Spoel set 1: visual/acoustic Spoel set 1: acoustic Voralpreuss set 1: visual/acoustic Voralpreuss set 1: acoustic Sihl set 2: acoustic Spoel set2: acoustic Voralpreuss set 2: acoustic Discharge (ratio) discharge/q 347 in % Tonolla et al Aquatic Sciences Tonolla et al Hydrological Processes Tonolla et al Limnology & Oceanography (Junker, Tonolla & Tockner. unpubl. data) 27

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Tagliamento Fluss (Friaul, Italien) Ein IGB-Freilandexploratorium von europäischer Bedeutung Funktionelle Vernetzung interaktives Habitatmosaik Input ins System Output aus dem System 28