NOAH North Sea Observation and Assessment of Habitats Synthese

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1 BMBF-FONA Verbundprojekt (03F0742) NOAH North Sea Observation and Assessment of Habitats Synthese Zwischenbericht Autoren: Kay-Christian Emeis, Frank Bockelmann, Christian Winter, Berit Brockmeyer, Ingrid Kröncke, Gerd Kraus, Rabea Diekmann, Christian Möllmann und Gesine Witt Redaktion: Marcus Lange

2 Inhaltsverzeichnis Verbundvorhaben NOAH-Synthese North Sea Observation and Assessment of Habitats (NOAH) Teilprojekt 1- Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH (HZG) Biogeochemie, Nährstoff und Kohlenstoffzyklus im benthischen Ökosystem der Nordsee Teilprojekt 2 - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) Turbulenz und kleinskalige Morphodynamik: Interaktion geophysikalischer Prozesse an der Grenzschicht Wasser-Sediment Teilprojekt 3 - Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) Erfassung und Bewertung von Schadstoffbudgets und prozessen in der Deutschen Ausschließlichen Wirtschaftszone Teilprojekt 4 - Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung - Senckenberg am Meer (SNG) Raum-zeitliche Variabilität der Benthosgemeinschaften und ihrer Bioturbationspotentiale in der deutschen AWZ Teilprojekt 5 - Thünen-Institut für Seefischerei (TI) Bewertung des Meeresbodenzustands in der deutschen Nordsee Teilprojekt 6 - Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit, Universität Hamburg (CEN) Charakterisierung von Meeresboden- und Mikrohabitaten, numerische Modellierung von höheren trophischen Ebenen und adaptives Risikomanagement für die Nutzung des Meeresbodens Teilprojekt 7 - Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW) Erfassung und Bewertung von Schadstoffbudgets und -prozessen in der Deutschen Bucht - integrierende Werkzeuge zur räumlich strukturierten, nachhaltigen Meeresnutzung

3 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Verbundvorhaben Zwischenbericht (nach Anlage 1 zu Nr. 3.1 BNBest-BMBF 98) Zuwendungsempfänger: Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Zentrum für Material und Küstenforschung GmbH, Institut für Küstenforschung Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, Hamburg Forschungsinstitut Senckenberg am Meer, Wilhelmshaven Johann Heinrich von Thünen Institut, Institut Seefischerei, Hamburg Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit, Universität Hamburg Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Hamburg Vorhabenbezeichnung: Verbundvorhaben North Sea Observation and Assessment of Habitats (NOAH) Synthese Förderkennzeichen: 03F0742 Laufzeit: Berichtszeitraum: Verantwortlicher Projektkoordinator: Prof. Dr. Kay-Christian Emeis Kurzfassung Die Verbundvorhaben NOAH (April 2013 März 2016) und NOAH-Synthese (seit April 2016) erarbeiten ein georeferenziertes Inventar der Eigenschaften des Meeresbodens in der deutschen Bucht der Nordsee ( Habitatatlas : Dies ist Teil der Arbeiten des Projektbündels Küstenforschung Nordsee/Ostsee (KüNO) im Rahmenprogramm Forschung für Nachhaltigkeit (FONA3) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Die Arbeiten im Verbundvorhaben NOAH-Synthese sind auf 4 Arbeitspakete (APs) verteilt: Im AP 1 Habitat-Charakteristika und Habitat-Atlas werden existierende Daten zur Klassifizierung und Eingrenzung von Meeresbodentypen, Beschreibung der physikalischen, chemischen, biologischen Eigenschaften und der menschlichen Drücke ausgewertet und dargestellt. Im Berichtszeitraum ( ) wurden 2 wesentliche Meilensteine der Arbeiten erreicht: Die Einreichung eines Manuskripts zur Auswertung existierender Korngrößendaten aus der gesamten Nordsee und einer konsistenten und harmonisierten Darstellung als Datensatz und Karte (s. Bericht TP1) sowie die Einreichung eines Manuskripts zur Modellierung benthischer Artengemeinschaften in der südöstlichen Nordsee (s. Bericht TP 5). Im AP 2 Inter- und Extrapolation physikalischer und biogeochemischer Prozesse und von Verschmutzungsindikatoren wurden die Arbeiten zur Übertragung von Seite 1

4 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Verbundvorhaben Stand: April May 2017 schiffsgebundenen Beobachtungen auf kleinen Raum- und Zeitskalen (in 9 NOAH- Arbeitsgebieten) weiter geführt. Dies betrifft sowohl physikalische (Partner MARUM) als auch schadstoffbezogene Eigenschaften (Partner BSH, HAW). Wichtigstes wissenschaftliches Ergebnis als Resultat der Expeditionen ist die Auffindung eines Pockmark-Feldes in NOAH Gebiet C und eine entsprechende hochrangige Publikation. Desweiteren wurden biogeochemische und sedimentologische Untersuchungen in einer Publikation zusammen geführt (s. Bericht TP 2). Im AP 3 Integrative Modellierung wurden im Berichtszeitraum die Auswertung von Modellen zu mittleren Zuständen und Variabilität physikalischer Bedingungen am Meeresboden aus dem TRIM-3D- Modellsimulation ( ), der Austausch von gelösten Substanzen und Gasen an der Sediment-Wassergrenze (gemeinsam mit dem Projektverbund MOSSCO), und schließlich die Modellierung substratabhängiger Nahrungsnetze vorangetrieben. Das AP 4 Risikoabschätzung und Risikomanagement setzte die Arbeiten zur Erfassung der Intensität bodenberührender Fischerei fort, begann mit der Entwicklung von einfachen Risiko-Bewertungsmodellen (bow-ties) und legte Grundlagen für eine quantitative Risikoanalyse im weiteren Verlauf des Projekts. 1. Aufzählung der wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse und anderer wesentlicher Ereignisse. Wichtigstes Ergebnis ist die Bereitstellung von Geoinformationen für das Gebiet der deutschen AWZ. Der Habitatatlas bündelt diese Informationen und ist Bestandteil der NOAH Webseite ( und unter erreichbar. Die aktuelle Version des NOAH- Habitatatlas umfasst die Möglichkeit nach Themengebieten (Fischereidruck, Biogeochemie, Benthos, Substrat, Schadstoffe, Ozeanographie) zu filtern und als Ergebnis die vorhandenen Kartendaten aus einer Ergebnisliste auszuwählen (s. Abb. 1). Abbildung 1. Funktionalität des NOAH - Habitatatlas Seite 2

5 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Verbundvorhaben Jede Karte stellt verschiedene Funktionalitäten zur Verfügung, wie Data Page, Download, Map View und Services, vgl. Abb. 2. Abbildung 2. Über Kartenprodukte werden verschiedene Funktionalitäten angeboten (Infos / Download / MapView / Services) Die aktuelle Version des Habitatatlas wird fortlaufend aktualisiert. Dies sowohl inhaltlich, als auch bezüglich der Bereitstellung der Daten. Über einen direkten Datendownload, erhält der Nutzer die gezippten Dateien mit den entsprechenden Metadaten. Die Freischaltung der Download Funktion erfolgt derzeit sukzessive, abhängig von der Zustimmung der Projektpartner für jedes einzelne Kartenprodukt (s. Abb. 3). Abbildung 3. Sukzessive Integration der Download Funktion. Seite 3

6 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Verbundvorhaben Es werden unterschiedliche Datenformate zur Verfügung gestellt; für Vektordaten werden Shapefiles, CSV, geojson oder in ESRI FilegeoDatabases(FGDB) und im Falle von Rasterdaten, die gängigen Rasterformate geotiff und EsriGrid(FGDB) angeboten. Folgende inhaltliche Aktualisierung des NOAH Habitatatlas sind in Planung (s. Tabelle 1) Tabelle 1. Weitere Karten für den NOAH Habitatatlas Bereich Titel Kartenservice Datendownload (WMS) Fischereidruck (TI) Community Sensitivity Index (CSI) ja Nach Veröffentlichung Fishin effort 2015 ja nein Fishin effort 2016 ja nein Benthos (Senckenberg) Ozeanographie (HZG) Distribution model of the ja community "Coast" Distribution model of the ja community "Oyster Ground" Distribution model of the ja community "Tail End" Distribution model of the ja community "Amrum Bank" Nach Distribution model of the ja Veröffentlichung community "Frisian Front" Distribution model of the Ja community "Deeps" Distribution model of the Ja community "Dogger Bank" Distribution model of the Ja community "Dogger Slope" Übersichtskarte aller epibenthischen ja Gemeinschaften Stratification [% time] ja ja Während der Habitatatlas die Bereitstellung von Flächenkarten (Modelldaten/Interpolierte Daten) ermöglicht, dient die Geodatenbank des HZG (coastmap: Expeditions Datenbank) der Speicherung und Archivierung der Probendaten, der im Rahmen von NOAH unternommenen Fahrten. Die Daten können nach Freigabe über ein entsprechendes Web-Interface recherchiert, visualisiert und runtergeladen werden (Beta-Version ab Sommer 2017 zugänglich). Seite 4

7 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Verbundvorhaben Abbildung 4. Nutzer Oberfläche der Expeditionsdatenbank des coastmap Portals des HZG (im Aufbau befindlich) coastmap ist das marine Geodatenportal am Institut für Küstenforschung, Helmholtz- Zentrum Geesthacht. Es bündelt Analysen und Modelldaten zu Eigenschaften des Meeresbodens und der darüber liegenden Wassersäule mit Fokus auf die Deutsche Bucht. Das Portal ist Einstiegspunkt für die Suche nach Visualisierung und den Zugriff auf vorhandene Geodatenbestände und daraus abgeleiteten Informationen. Auf der NOAH Webseite können Wissenschaftsnutzer unter einer neu angelegten Rubrik Tools einen Einblick in die Funktionalitäten zur Bereitstellung von Flächenkarten bekommen, siehe Im Tool Restströme der Nordsee zur Modellierung berechneter Zustände lassen sich Tidebewegungen in der Nordsee der Jahre 1958 bis 2015 visualisieren und herunterladen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit der DOI Vergabe, hierfür erfolgt ein entsprechender Datenimport in die PANGAEA Datenbank des AWI. Für die Modell/Kartendaten erfolgt die DOI Vergabe über das DKRZ. Seite 5

8 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Verbundvorhaben Zugangsstatistiken der NOAH Internetportals und des Habitatatlas Abbildung 5. Nutzerstatistik der NOAH Webseite und des Habitatatlas Seite 6

9 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Verbundvorhaben Stand: April May 2017 Einbindung und Vernetzung mit anderen Portalen Für die Realisierung der Online Version des Habitatatlas erfolgte der Aufbau/die Anpassung einer Geodateninfrastruktur am HZG, mit Möglichkeiten der Metadatenaufnahme auf Basis standardisierter Profile (ISO /191115/ INSPIRE) und Metadatenverwaltung (Datenbank) (s. Abb. 6). Die Anbindung an andere Metadaten-Infrastrukturen erfolgt über die Bereitstellung sogenannter CS-W Dienste (Cataloque Service Web/Katalogdienst, OGC Standard). Aktuell erfolgt ein automatisches Einpflegen (Harvesten) der Metadaten aus dem NOAH-Teilprojekt in das KüNO Datenportal. Abbildung 6. Dateninfrastruktur von NOAH. Das KüNO Datenportal kann wiederum von anderen Infrastrukturknoten, wie MDI-DE oder MANIDA, geharvestet werden. In Abb. 7 ist das Ergebnis des Metdatenimports über den CS-W Service vom NOAH-Katalogsystem in das KüNO Datenportal dargestellt. Seite 7

10 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Verbundvorhaben Stand: April May 2017 Abbildung 7. Metadaten des NOAH Habitatatlas können über das KüNO Portal abgefragt werden. Im Bereich Metadaten wurde zudem in Phase I eine AG Qualität ins Leben gerufen, an der alle KüNO Projekte beteiligt sind. Diese Aktivitäten werden auch in Phase des Projektes weitergeführt. AG Quality Flags für KüNO, MDI-DE und MaNIDA Die AG wurde im Rahmen der regelmäßig stattfindenden KüNO Datenmanagement Treffen gebildet. Ziel der AG ist es, Qualitätsinformationen den unterschiedlichen Datentypen anzufügen, sog. Quality Flags. Im Verbundprojekt KüNO handelt es sich hierbei um Geodaten (GIS), Modelldaten, Fernerkundungsdaten, Sensordaten und interpretierte Daten. Die Aufnahme von Quality Flags soll ISO konform erfolgen, hierfür eignet sich das ISO Feld Lineage vom ISO-Standard 19115/ Um Kompatibilität zu gewährleisten und keine Informationen durch Mapping zu verlieren, soll das Freitext- Feld des ISO-Standards genutzt werden, und Einträge basierend auf standardisierte Qualitäts Schemata (z.b. SeaDataNet, ODV) erfolgen. Eine detaillierte Syntax sowie Angaben zu Unsicherheiten/Genauigkeiten werden noch erarbeitet. Die Arbeitsgruppe setzt sich das Ziel, ein Papier zur Best Practice für die Erfassung von Qualitätsinformationen in den Metadaten zu erstellen. 2. Vergleich des Stands des Vorhabens mit der ursprünglichen Arbeits-, Zeit- und Ausgabenplanung. Mit Blick auf den größtenteils planmäßigen Bearbeitungsstand aller Teilprojekte kann auch keine folgenschwere Abweichung bzw. Verzögerung im Ablauf des Verbundvorhabens NOAH festgestellt werden. Unbedeutende Änderungen im Zeitplan können im weiteren Verlauf des Projekts aber kompensiert werden, sodass die mit dem Konsortium abgestimmte Meilensteinplanung eingehalten und die fälligen Leistungen erbracht werden. Dem entsprechend ist der Fortschritt der Arbeiten wie geplant (Abb. 8). 3. Haben sich die Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens innerhalb des angegebenen Berichtszeitraums gegenüber dem ursprünglichen Antrag geändert? Nein, die weiteren Zielvorgaben des Verbundvorhabens bleiben gültig. Seite 8

11 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Verbundvorhaben Abbildung 8. Ausschnitt (Jahr 1) aus dem Managementplan für NOAH-Synthese 4. Sind inzwischen von dritter Seite Ergebnisse bekannt geworden, die für die Durchführung des Vorhabens relevant sind? Das Projektteam stand (und steht natürlich auch weiterhin) im intensiven Dialog mit den anderen Vorhaben der Agenda Küstenmeerforschung in Nord- und Ostsee (KüNO) sowie mit den an der Umsetzung von EU-Richtlinien beteiligten Behörden und Landesämtern. Synergien auf diesen Ebenen werden selbstverständlich von Seiten der NOAH-Synthese Mitarbeiter gesucht und genutzt. Indirekt wirken auf das Vorhaben auch Einflüsse durch die Beteiligungen an diversen nationalen und internationalen Arbeitsgruppen wie denen des BLANO und ICES. Wissenschaftliche oder technische Seite 9

12 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Verbundvorhaben Stand: April May 2017 Fortschritte, die eine Änderung der geplanten Durchführung des Vorhabens erforderlich machen würden, sind aus den genannten Kreisen sowie aus der Recherche gängiger Quellen (Fachliteratur, Internet, Konferenzen) aber nicht bekannt geworden. Sind oder werden Änderungen in der Zielsetzung notwendig? Mit dem Fortschreiten nationaler und EU-weiter Meerespolitik ist eine Einflussnahme der sich ändernden Rahmenbedingungen und Forschungsschwerpunkte auf die zukünftige Zielsetzung innerhalb des Projekts nicht abzusehen. Momentan ist dies nicht der Fall. 5. Fortschreibung des Verwertungsplans. Erfindungen und Schutzrechtsanmeldungen Nicht zutreffend. Wirtschaftliche Erfolgsaussichten Als Folge der Wirtschaftskrise ist sowohl die Bundesregierung als auch die Europäische Kommission gefordert, neue Perspektiven für ein stabiles und dauerhaftes ökonomisches Wachstum zu schaffen. Dabei ist der Weg einer intensiveren Nutzung der Küstenmeere als Wirtschaftraum äußerst attraktiv. Hier bieten sich aussichtsreiche Investitionsstrategien in den Bereichen Ernährung, Biotechnologie, Energieversorgung und Rohstoffgewinnung. Die Notwendigkeit zur Schaffung wissenschaftlicher Fakten als entsprechende Grundlage für investitionspolitische Entscheidungen ist naheliegend. Solche Assoziationen zeigen sich bereits in Initiativen wie Blue Growth, einem Schwerpunkt des EU-Rahmenprogramms Horizon Demnach helfen die im NOAH-Synthese Projekt erfassten Geoinformationen sowie die entwickelten Bewertungsmodelle und Verfahren möglicherweise sowohl Unternehmen als auch der Politik bei der Entwicklung effizienter Lösungsstrategien. Wissenschaftliche und/oder technische Erfolgsaussichten Das konstruktive Zusammenwirken des NOAH-Konsortiums sowie der gemeinsam mit Behörden und anderen Forschungsprojekten beschrittene Weg des dialogorientierten Erfahrungsaustauschs, haben die Erfolgsaussichten des Vorhabens deutlich erhöht. Ein wissenschaftlich bedeutender Zugewinn ist insbesondere durch die Begleitung des MSRL-Umsetzungsprozesses zu erwarten, die im Verbund mit der Entwicklung innovativer Methoden zur Erfassung, Bewertung und Beobachtung des good environmental status (GES) einhergeht und nicht zuletzt in wissenschaftlichen Publikationen münden wird. Die Erfolgsaussichten des Vorhabens erhöhen sich zusätzlich durch die Kooperationen mit den anderen vier Vorhaben der BMBF-FONA Agenda Küstenmeerforschung in Seite 10

13 Zwischenbericht BMBF-FONA Projekt NOAH Verbundvorhaben 24 Feb 2014 Stand: 030. May April May 2017 Nord- und Ostsee (KüNO). Hier ist zu erwarten, dass die inhaltliche und technische Abstimmung bei der Entwicklung einer gemeinsamen Daten- und Modellinfrastruktur die Küstenforschung in Deutschland langfristig beeinflussen wird. Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit Wie bereits angedeutet wird sich die nationale und europäische Forschungsförderung der kommenden Jahre voraussichtlich verstärkt auf die Entwicklung nachhaltiger Lösungen für marine Raumnutzungsformen konzentrieren. Gleichzeitig ist damit zu rechnen, dass sich auch die politischen Zielvorgaben für den Meeresschutz verändern werden. Ein Indiz dafür ist die geplante Einführung einer EU-Direktive zur Marinen Raumplanung (MSPD). Ähnlich wie bei der Umsetzung der MSFD (dt. MSRL) würde dies wiederum die Nachfrage nach wissenschaftlichen Konzepten und Bewertungsmodellen erhöhen. Forschungsvorhaben wie NOAH böten sich dann Perspektiven im Hinblick auf die weitere Anwendung und Entwicklung von Methoden und Produkten über die Projektlaufzeit hinaus. Im Rahmen des Projekts wurden von NOAH Partnern folgende akademische Qualifizierungsarbeiten betreut und von AbsolventInnen erfolgreich abgeschlossen: Boeckel, Alina (2016): Bindungsformen von Phosphor in Sedimenten der Deutschen Bucht. B.Sc. (Fachhochschule Lübeck), 75 Seiten. Kartheuser, Jan (2016): Kartierung der 15N-Werte in Oberflächensedimenten der nordöstlichen Deutschen Bucht. B.Sc. (Universität Hamburg, FB Geowissenschaften, Institut für Geologie), 44 Seiten. Meier, L. (2016): Biogeochemische Methodenüberprüfung der Elementaranalytik (C,N) und Massenspektrometrie (delta 15N) anhand von Oberflächensedimenten aus der Deutschen Bucht. B.Sc. (Universität Hamburg, FB Geowissenschaften, Institut für Geologie), 54 Seiten. Metzing, J. (2016): Hydroakustische Untersuchung von Oberflächen- Sedimenttypen der Nordsee. M.Sc. (Universität Hamburg, FB Geowissenschaften, Institut für Geologie) Ohde, Ramona (2016): Die räumliche und zeitliche Variabilität der Epifaunagemeinschaften in der deutschen ausschließlichen Wirtschaftszone der Jahre 2005 bis M.Sc. (Universität Oldenburg, Senckenberg). Pallacks, Sven (2016): Shear stability of marine sands in the German Bight: Application of a shear test device SEDCURL. B.Sc. (Durchführung am MARUm Einreichung an der Universität Heidelberg). Seite 11

14 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Verbundvorhaben Persichini, Gianna (2016): Flocculation under tidal forcing. M.Sc. (Fachbereich Geowissenschaften, Universität Bremen). Seite 12

15 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Teilprojekt 1 Zwischenbericht (nach Anlage 1 zu Nr. 3.1 BNBest-BMBF 98) Zuwendungsempfänger: Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material und Küstenforschung GmbH (HZG) Vorhabenbezeichnung: Verbundvorhaben North Sea Observation and Assessment of Habitats (NOAH) Synthese Förderkennzeichen: 03F0742A Laufzeit: Berichtszeitraum: berichtendes Teilprojekt: Teilprojekt 1: Biogeochemie, Nährstoff und Kohlenstoffzyklus im benthischen Ökosystem der Nordsee Verantwortlicher Teilprojektleiter: Prof. Dr. Kay-Christian Emeis, Bearbeiter: Dr. Frank-Detlef Bockelmann 1. Aufzählung der wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse und anderer wesentlicher Ereignisse. Das Vorhaben befasst sich mit der Modellierung physikalischer Zustände in der Bodenwasserschicht und benthischer Nährstoffkreisläufe in Sedimenten des deutschen Festlandsockels der Nordsee. Es hat zum Ziel, die Ergebnisse aus umfangreichen Ensemblesimulationen und Messungen von Stofftransporten und Stoffumsätzen auf Basis eines probabilistischen Verfahrens (Bayessches Netzwerk) abzubilden und zu bewerten. Diesbezüglich hatten wir bereits in der ersten Phase des NOAH Projekts ( ) damit begonnen, das biogeochemische Sediment-Modell OMEXDIA-P unter Federführung des Schwesterprojekts MOSSCO zu testen. Erste Ergebnisse zeigten, dass OMEXDIA-P in der Lage ist, die an den NOAH Referenzstationen gemessenen jahreszeitlichen Schwankungen realistisch wiederzugeben (Abb. 1). Für die weitere Verfahrensentwicklung sollten zunächst die Schwankungsbreiten der Modellparameter eingegrenzt und das Modellsetup für Monte-Carlo Simulationen festgelegt werden (Meilenstein 1, Sep 16). Die uns derzeit vorliegenden Ergebnisse lassen vermuten, dass der flexiblere multi-g Ansatz in OMEXDIA-P (organisches Material in unterschiedlicher Qualität) die Übertragbarkeit des Modells auf unterschiedliche Sedimente auf Kosten der Reproduzierbarkeit von lokalen Messungen begünstigt. Demgegenüber mussten wir aber auch feststellen, dass das Modell in den biologisch aktiven Sommermonaten nur geringfügig zwischen kohäsiven (siltigen bis schlickigen) und permeablen (sandigen) Sedimenten unterscheidet. Seite 13

16 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Teilprojekt 1 Stand: April May 2017 Bereits zum Abschluss der NOAH Phase 1 lagen Messungen vor, die darauf hindeuten, dass die relative Bedeutung der Sedimente für die Stoffbilanz des Untersuchungsgebiets deutlich geringer ist als vermutet. Als Grund hierfür wurde u.a. die strömungs- und wind-getriebene Resuspension genannt, die ein Absetzen von frischem organischem Material in der Deutschen Bucht erschweren könnte. Im Vorhaben wurden deshalb frühzeitig die Weichen für eine Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen biogeochemischen Prozessen und regionalspezifischen Strömungsmustern gestellt. Konkret wurde damit begonnen, die Variabilität des Strömungsregimes der Nordsee anhand multi-dekadischer hydrodynamischer Rekonstruktionen ( zu beschreiben. Bislang erwuchs daraus ein Werkzeug, mit dessen Hilfe man die räumliche und zeitliche Entwicklung des Reststromfeldes in der Nordsee interaktiv darstellen kann ( Wir gehen davon aus, dass die Informationen über die hydrodynamischen Verhältnisse eine Beschreibung des Einflusses von lateralem Stofftransport auf die benthischen Nährstoffkreisläufe zulassen und in Kombination mit Zeitserien von satellitengestützten Beobachtungen der Primärproduktion möglicherweise eine räumliche Differenzierung des partikulären Stoffeintrags ermöglichen. Dank der gut funktionierenden Kooperation mit MOSSCO stehen uns für ein solches Unterfangen bereits zeitlich hochauflösende Daten einer multi-annuellen 3D-Simulation zur Verfügung. Abbildung 1. Vergleich beobachteter und modellierter Sauerstoffzehrungsraten (mmol O2 m-2 d-1) in Sedimenten der NOAH Referenzgebiete. Das OMEXDIA-P Modell (als Teil des MOSSCO Modellsystems) liefert im Vergleich zu Messdaten ähnliche Jahresgänge mit vergleichbaren Schwankungsbreiten. Seite 14

17 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Teilprojekt 1 Stand: April May Vergleich des Stands des Vorhabens mit der ursprünglichen Arbeits-, Zeit- und Ausgabenplanung. Der für das Jahr 2016 vorgesehene Meilenstein 1 wurde nur teilweise umgesetzt. Bislang konnten nur einige Modellparameter und Zustandsgrößen analysiert werden. Grund hierfür ist die Notwendigkeit der Durchführung und Auswertung von zeitaufwendigen und datenintensiven gekoppelten 3D-Ensemblesimulationen. Die Ausgaben und die weitere Finanzplanung des Vorhabens liegen innerhalb des Gesamtfinanzierungsplans. 3. Haben sich die Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens innerhalb des angegebenen Berichtszeitraums gegenüber dem ursprünglichen Antrag geändert? Nein, die Ziele können nach wie vor erreicht werden. Gegebenenfalls verringert sich die Komplexität des anvisierten Bayesschen Netzwerks, d.h., weniger Prozesse können abschließend berücksichtigt werden. Möglicherweise zeigt sich im Verlauf des Projekts aber auch, dass die Integration anderer Einflussfaktoren (wie z.b. lateraler Transport) einen größeren Nutzen in sich trägt. 4. Sind inzwischen von dritter Seite FE-Ergebnisse bekannt geworden, die für die Durchführung des Vorhabens relevant sind? Im Rahmen des Shelf Sea Biogeochemistry programme (gefördert durch NERC und Defra, UK) werden u.a. Beobachtungsdaten verschiedener sedimentbiogeochemischer Parameter im Bereich des nord-west europäischen Kontinentalschelfs mittels statistischer Modellierung zu flächendeckenden Karten interpoliert. Erst kürzlich wurde beispielsweise der aktuelle Bestand an partikulärem organischem Kohlenstoff in Oberflächensedimenten abgeschätzt. Diese Informationen sind für unsere Arbeiten als Vergleichswerte und alternative Randbedingungen von Interesse. 5. Sind inzwischen von dritter Seite Ergebnisse bekannt geworden, die für die Durchführung des Vorhabens relevant sind? Nein, dazu gibt es derzeit keine Veranlassung. 6. Fortschreibung des Verwertungsplans. Erfindungen und Schutzrechtsanmeldungen keine Seite 15

18 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Teilprojekt 1 Wirtschaftliche Erfolgsaussichten Ein kommerzielles Interesse an den Ergebnissen ist, wenn überhaupt, am ehesten für das Verbundprojekt zu erwarten. Für das Teilprojekt 1 werden daher keine eigenen wirtschaftlichen Erfolge in Aussicht gestellt. Wissenschaftliche und/oder technische Erfolgsaussichten Die derzeitigen Ergebnisse des Vorhabens ein wichtiger Schritt hin zur Entwicklung des probabilistischen Sedimentmodells (mittels Bayesscher Netzwerk Technologie). Ein solches Werkzeug könnte dann die Effekte planerischen Handelns z.b. im Bereich der Eutrophierungsregulierung (Düngung) in Beziehung zur Unschärfe des Wissens setzen. Darüber hinaus erleichtert es die Kommunikation mit externen Nutzern (z.b. Behörden oder Managern) durch seine intuitive Darstellung, woraus sich wesentliche Impulse für eine praxisnahe Ausrichtung der Forschung ergeben sollten. Es sind darüber hinaus mehrere Publikationen in international renommierten Fachzeitschriften zu erwarten. Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit Es ist durchaus vorstellbar, dass der gewählte BN-Ansatz auch für andere aktuelle Fragestellungen der Küstenmeerforschung adaptiert werden kann. Eine wesentliche Attraktivität besteht unserer Meinung nach darin, dass sich die (in der Regel) sehr großen Datenmengen einer detaillierten numerischen Modellierung auf ein Maß reduzieren lassen, das für die meisten Nutzer praktikabler ist. Dieser könnte dann eine interaktive Betrachtung der wesentlichen Abhängigkeiten in einem System vornehmen, ohne auf die umfangreichen Ursprungsdaten zugreifen zu müssen. Veröffentlichungen Bockelmann, F., Puls, W., Kleeberg, U., Müller, D., Emeis, K.-C., submitted Mapping mud content and median grain-size of North Sea sediments a geostatistical approach. Marine Geology. Neumann, A., van Beusekom, J., Emeis, K.-C., in revision. Elimination of reactive nitrogen in German Bight sediment (North Sea). Journ. of Sea Research. Neumann, H., Emeis, K., Kröncke, I., Diekmann, R., Moll, A., Kleeberg, U., submitted. Fullcoverage spatial distribution of epibenthic communities in the south-eastern North Sea in relation to habitat characteristics and fishing effort. Marine Environmental Research. Seite 1816

19 Teilprojekt 2 Zwischenbericht (nach Anlage 1 zu Nr. 3.1 BNBest-BMBF 98) Zuwendungsempfänger: Zentrum für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) der Universität Bremen Vorhabenbezeichnung: Verbundvorhaben North Sea Observation and Assessment of Habitats (NOAH) Synthese Förderkennzeichen: 03F0742B Laufzeit: Berichtszeitraum: berichtendes Teilprojekt: Teilprojekt 2: Turbulenz und kleinskalige Morphodynamik: Interaktion geophysikalischer Prozesse an der Grenzschicht Wasser-Sediment Verantwortlicher Teilprojektleiter: PD Dr. Christian Winter 1. Aufzählung der wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse und anderer wesentlicher Ereignisse. Wie beantragt sind die ersten beiden Meilensteine bearbeitet: M2.1 09/2016 Durchführung der Schiffsforschungsreisen mit FS Heincke HE470, HE471: Beide Reisen wurden durch NOAH2 Antragsteller durchgeführt. HE470 mit Fahrtleitung C Winter (MARUM), HE 471 mit Fahrtleitung J. v. Beusekom (HZG). M2.2 12/2016 Daten der Reisen HE470, HE471 analysiert und in Habitatatlas implementiert Auf der Reise HE470 wurden großflächige Vermessungen mit dem schiffseigenen Fächerecholot durchgeführt. An 7 Positionen wurden mit dem autonomen Meeresbodenobservatorium (Lander) SedObs Messungen durchgeführt. Für jeweils ca 25h wurden gewässerphysikalische Zustandsgrößen und die Dynamik des Meeresbodens gemessen. 49 Sedimentproben wurden entnommen und mit Coulter Laser Sizer für Partikelgrößen analysiert. Auf der anschließenden Reise HE471 wurden weitere großflächige Vermessungen eines Pockmark-Feldes mit dem schiffseigenen Fächerecholot durchgeführt. An 4 Positionen wurden mit dem autonomen Meeresbodenobservatorium (Lander) SedObs Messungen durchgeführt. Für jeweils ca 25h wurden gewässerphysikalische Zustandsgrößen und die Dynamik des Meeresbodens gemessen. 11 Sedimentproben wurden entnommen und mit Coulter Laser Sizer für Korngrößenstatistik analysiert. Seite 17

20 Teilprojekt 2 Stand: April May 2017 Analysen und Datensätze liegen vor und wurden mit Kollegen im Projekt ausgetauscht. Die Daten werden nach Elternzeit von Knut Krämer für die Implementierung in den Habitatatlas vorbereitet (s.u.). Im Rahmen der Fahrten HE470 und HE471 wurde in einem Untersuchungsgebiet (NOAH E) ein offenbar abrupt entstandenes Feld von Fluidaustritten (Pockmarks) entdeckt. Das Auftreten von Pockmarks in dieser Dichte und Anzahl ist für das Untersuchungsgebiet einzigartig. Für die weitergehende interdisziplinäre und projektübergreifende Analyse wurden Daten ausgetauscht und bathymetrische Daten verschiedener Zeitpunkte verschnitten. Zum Thema ist bei der Zeitschrift Scientific Reports ein Manuskript eingereicht und befindet sich zurzeit in der Begutachtung (Krämer et al, in review). 2. Vergleich des Stands des Vorhabens mit der ursprünglichen Arbeits-, Zeit- und Ausgabenplanung. Durch die Elternzeit von Knut Krämer (Februar bis August 2017) ergeben sich kostenneutrale Verschiebungen in der Arbeits- und Zeitplanung. Die damit verbundene Änderung in der Ausgabenplanung ist mit Frau Sagert (PTJ) kommuniziert (Ihre vom ). 3. Haben sich die Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens innerhalb des angegebenen Berichtszeitraums gegenüber dem ursprünglichen Antrag geändert? Die Aussichten für die Erreichung der Ziele haben sich nicht geändert. 4. Sind inzwischen von dritter Seite Ergebnisse bekannt geworden, die für die Durchführung des Vorhabens relevant sind? Es sind keine Ergebnisse bekanntgeworden, die die Durchführung des Vorhabens maßgeblich beeinflussen. Die relevante Literatur in einschlägigen Zeitschriften wird laufend verfolgt. Zur Nutzung der mittelgroßen Forschungsschiffe in der Deutschen Bucht wurde kürzlich ( ) in Kiel ein Workshop veranstaltet, bei dem die Tätigkeiten der Nutzer ausgetauscht diskutiert wurden. C Winter hat dort das Projekt NOAH2-Synthese vorgestellt. 5. Sind oder werden Änderungen in der Zielsetzung notwendig? Zum jetzigen Zeitpunkt sind keine Änderungen in der Zielsetzung notwendig. 6. Fortschreibung des Verwertungsplans. Erfindungen und Schutzrechtsanmeldungen Erfindungen/Schutzrechtsanmeldungen und erteilte Schutzrechte sind nicht angestrebt. Seite 18

21 Teilprojekt 2 Wirtschaftliche Erfolgsaussichten Im Rahmen dieses Teilprojekts werden keine direkten wirtschaftlichen Ziele formuliert und es werden daher auch keine direkten wirtschaftlichen Erfolge erwartet. Wissenschaftliche und/oder technische Erfolgsaussichten Die wissenschaftlichen und technischen Erfolgsaussichten betreffen Ergebnisse aus den Messungen, Analysen und der Dissertation, die direkt in Publikationen international begutachteter Zeitschriften einfließen (s.o.). Sie stellen die wissenschaftliche Grundlage für die Entwicklung von Managementempfehlungen für die nachhaltige Ressourcen- Nutzung dar. Die Projektergebnisse werden der Öffentlichkeit auch im Rahmen von Workshops vorgestellt. Die Arbeit wird in Form von wissenschaftlichen Publikationen, Öffentlichkeitsarbeit und Entwicklung weiterer Forschungsanträge dokumentiert Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit: Die Daten, die in diesem Teilprojekt erhoben werden sind relevant für zukünftige Berichte zum Umweltzustand der Küstengewässer. Das Projekt leistet einen Beitrag zur ökologischen Bewertung der deutschen AWZ mit Hilfe der verschiedenen Deskriptoren der FFH-LRT und EU-WRRL und EU-MSRL. Das Projekt stellt mit dem Einsatz des Landersystems eine Grundlage für die Weiterentwicklung ähnlicher Systeme und deren auch längerfristiger Installation am Meeresboden im Rahmen von Aufgaben im Monitoring des Zustands des Meeresbodens durch staatliche und nichtstaatliche Institutionen. Literatur Krämer et al. (in review) Abrupt emergence of a large pockmark field in the German Bight, southeastern North Sea", Nature Scientific Reports. Krämer K, Winter C (2016) Predicted ripple dimensions in relation to the precision of in situ measurements in the southern North Sea. Ocean Sci 12: doi: /os Ahmerkamp S, Winter C, Krämer K, de Beer D, Janssen F, Friedrich J, Kuypers M, Holtappels M (2017) Regulation of benthic oxygen fluxes in permeable sediments of the coastal ocean. Limnology and Oceanography. Seite 21 19

22 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Teilprojekt 3 3 Stand: 030. May April Zwischenbericht (nach Anlage 1 zu Nr. 3.1 BNBest-BMBF 98) Zuwendungsempfänger: Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, Hamburg (BSH) Vorhabenbezeichnung: Verbundvorhaben North Sea Observation and Assessment of Habitats (NOAH) Synthese Förderkennzeichen: 03F0743A Laufzeit: Berichtszeitraum: berichtendes Teilprojekt: Teilprojekt 3: Erfassung und Bewertung von Schadstoffbudgets und -prozessen in der Deutschen Bucht - Integrierende Werkzeuge zur räumlich strukturierten, nachhaltigen Meeresnutzung. Verantwortlicher Teilprojektleiter: Dr. Berit Brockmeyer 1. Aufzählung der wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse und anderer wesentlicher Ereignisse. Das Teilprojekt 3 ist Teil des AP 2 und befasst sich mit der Bewertung von Schadstoffbudgets und prozessen in der Deutschen Bucht. Zusätzlich sollen im Teilprojekt 3 integrierende Werkzeugen zur räumlich strukturierten, nachhaltigen Meeresnutzung geschaffen werden. Eine Übersicht über den derzeitigen Stand des Teilprojektes gibt Tabelle 1 auf Seite 4. M und M Zusammenfassung der Schadstoffkonzentrationen in der Feinkornfraktion des Sediments, Aus- und Bewertung derzeitiger Normierungsverfahren. Im Rahmen einer BSH-Monitoringfahrt im Jahr 2016 (AT239) wurden Proben für die Analyse der Feinkornfraktion (< 63 µm) des Sediments an den BSH Monitoring- Stationen genommen. Diese Sedimentproben ergänzen räumlich die bereits im NOAH Projekt analysierten ersten Proben in den NOAH Referenzgebieten für die Ermittlung der Schadstoffkonzentration in der Feinkornfraktion des Sediments. Ziel ist ein räumlich ausgeweitetes Inventar der Schadstoffkonzentrationen in der Feinkornfraktion zu erhalten, welches dann auch als flächige Karte im Habitatatlas dargestellt werden kann. Seit September 2016 wurden diese Proben (n = 17) mit dem in der ersten Projektphase erarbeiteten Verfahren gesiebt und anschließend aufgearbeitet und analysiert. Für eine Seite 20

23 Teilprojekt 3 Verfahrensüberprüfung und Validierung wurden Mehrfachsiebungen der genommen Proben durchgeführt und Referenzsedimente gesiebt und aufgearbeitet (n = 37). Erste Ergebnisse sind in Abbildung 1 dargestellt und werden vorrausichtlich im Mai 2017 in einer Bachelorarbeit zusammengefasst. Eine Veröffentlichung der Daten als wissenschaftliche Publikation ist für Ende 2017 geplant. Die neu analysierten Proben erweitern das Spektrum der bereits aus der ersten Projektphase vorhandenen Daten, insbesondere von sandigen Gebieten der AWZ (UE70, UE67), wo durch geringe Konzentrationen im Gesamtsediment Messwerte meist unter der Bestimmungsgrenze liegen. Durch die Erweiterung der Datenlage kann eine Ausund Bewertung derzeitiger Normierungsverfahren erfolgen (OSPAR, 2.5% TOC). Bei der Darstellung der ermittelten Schadstoffkonzentrationen in der Feinkornfraktion (Abb. 1 a und b) wird deutlich, dass diese nicht mehr sedimenttypenabhängig sind, sondern ein quellenabhängiger Zusammenhang sichtbar ist. Vor allem die Konzentrationen der chlorierten Kohlenwasserstoffe sind in den küstennahen Bereichen (speziell an der Elbe- und Rheinmündung) höher und nehmen zur offenen Nordsee hin ab (Abb. 1a). Da der Eintrag der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK) hauptsächlich über atmosphärischen Transport erfolgt, ist der oben beschriebene Trend bei dieser Schadstoffklasse weniger stark ausgeprägt (Abb. 1b). Besonders deutlich wird die Nivellierung der Abhängigkeit des Sedimenttyps durch die Bestimmung in der Feinkornfraktion im Vergleich der Stationen L1 und SSL. Beide Stationen weisen eine sehr unterschiedliche Sedimentbeschaffenheit auf, sind aber denselben Schadstoffeinträgen ausgesetzt. Während die Schadstoffkonzentrationen im Gesamtsediment sehr unterschiedliche sind, wurden in der Feinkornfraktion sehr ähnliche Schadstoffkonzentrationen ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Sedimentsiebung ebenfalls als Normierungstool für Schadstoffkonzentrationen im Sediment eingesetzt werden kann. Seite 21

24 Teilprojekt 3 Stand: April May 2017 Abbildung 1: Räumliche Erweiterung der Schadstoffkonzentrationen in der Feinkornfraktion für ausgewählte CKW (a) und PAK (b) Leitsubstanzen Seite 22

25 Teilprojekt 3 M Auswertung rezenter Belastungen organischer Schadstoffe im Sediment Die Schadstoffanalysen der Sedimentkerne sollen weiteren Aufschluss über die räumliche Belastungsentwicklung geben. Ebenfalls können durch die Analyse der Sedimentkerne neuere Schadstoffklassen über einen zeitlichen Horizont bewertet und der Einfluss der Bioturbation auf die Schadstoffgradienten untersucht werden. Die Sedimentkernanalysen dienen aber vor allem dazu Hintergrundkonzentrationen zu ermitteln, die für die Festlegung von Schwellenwerten für den guten Umweltzustand von zentraler Bedeutung sind. M Auswertung zu Stoff-spezifischen Verteilungsmustern (Chemometrie) Die Auswertung von Stoff-spezifischen Verteilungsmustern wird mit der integrativen Passivsammler Beprobungstechnik durchgeführt um Transport- und Verteilungsprozesse in und zwischen den Kompartimenten Wasser, Sediment, Porenwasser und Benthos zu bestimmen. Anschließend soll eine Bewertung des Risikos für die am Meeresboden lebenden Organismen erfolgen. Durch das in der ersten Projektphase entwickelte Verfahren zur Aufreinigung und Extraktion der eingesetzten Silikonstreifen steht nun ein optimales Analyseverfahren zur Verfügung, welches den Einsatz von Passivsammlern für das Monitoring von Schadstoffen erleichtert. Die Beprobung und Ausbringung erfolgt in Kooperation mit dem Projektpartner HAW. Für April 2017 ist die erste Ausbringung von Sammlern in der Nordsee (Helgoland, MarGate) geplant. Im Verlauf des Jahres sollen an verschiedenen Orten weitere Passivsammler ausgebracht werden. M Abschluss und Bewertung der Verfahrensentwicklung des chemischtoxikologischen Screeningtests Mit der Verfahrensentwicklung für den chemisch-toxikologischen Screeningtests soll Ende 2017 begonnen werden. M Integrierte Aus- und Bewertung mit den anderen Projektpartnern im AP; Karte MSRL-Indikatoren Die integrierte Aus- und Bewertung der gewonnen Ergebnisse erfolgt kontinuierlich. Das BSH steht für die Durchführung der Arbeiten mit den anderen Projektpartnern, wie dem HZG und der HAW, in ständigem Austausch. Seite 23

26 Zwischenbericht BMBF-FONA Projekt NOAH Teilprojekt 3 3 Stand: 030. May April Tabelle 1: Meilensteine (M) und Deliverables (D) von Teilprojekt 3 gekennzeichnet als abgeschlossen (grün), in Bearbeitung (gelb) und Aktivität ruht (rot), ursprüngliche Planungsziel in ( ). M M D1 M D2 M D3 M D4 M D5 Beschreibung Zusammenfassung der Schadstoffkonzentrationen in der Feinkornfraktion des Sediments Aus- und Bewertung derzeitiger Normierungsverfahren (TOC, Feinkornfraktion) Räumlich strukturiertes Basisinventar von Schadstoffen und Begleitparametern der Sedimentfeinkornfraktion; Beitrag zu MSRL- Normierungsverfahren für Sedimente (Einbeziehung der Feldversuche 2016 sowie der Daten aus NOAH-1); Zwischenbericht Auswertung rezenter Belastungen organischer Schadstoffe im Sediment Bereitstellung von Hintergrundwerten klassischer Schadstoffe im Sediment für MSRL Indikatorset; Vortrag auf wissenschaftlicher Tagung Auswertung zu Stoff-spezifischen Verteilungsmustern (Chemometrie) Bereitstellung aktueller Schadstoffkonzentrationen von Wasser- und Sedimentproben der Jahre 2016 und 2017 an AP 1.1 und AP 3.2; Publikationen (zusammen mit AP 2.4 Partnern) Abschluss und Bewertung der Verfahrensentwicklung des chemisch-toxikologischen Screeningtests Optimiertes Verfahren mit SOP des chemischtoxikologischen Screeningtests Integrierte Aus- und Bewertung mit den anderen Projektpartnern im AP; Karte MSRL-Indikatoren Karte zur Schadstoffbelastung: Erweiterung der NOAH- 1 Habitatkarten um schadstoffbezogene Indikatoren zur Bewertung des ökologischen Zustands; Beitrag zu Indikatorset V2 (mit AP 4.1) Projektmonat Monat 15 (12) Monat 16 (14) Monat 15 (14) Monat 27 (21) Monat 30 (24) Monat 30 (24) Monat 16, 30 und nach Bedarf (15, 24) Monat 30 Monat 36 (30) Monat 36 (30) Monat 36 (30) Vergleich des Stands des Vorhabens mit der ursprünglichen Arbeits-, Zeit- und Ausgabenplanung. Durch die zeitlich verzögerter Einstellung der Projektwissenschaftlerin Frau Lau um 4 Monate, wurde eine Anpassung des ursprünglichen Zeitplans vorgenommen. Trotzdem können die Meilensteine und Deliverables weitgehend wie in der ursprünglichen Zeitplanung erreicht werden. Es wird, wie im aktuellen Zeitplan beschrieben, voraussichtlich eine Verzögerung von zwei Monaten für das Erreichen der Meilenstein M2.3.1 und M2.3.2 sowie D1 geben. Bis jetzt ist nicht abzusehen, dass es zu weiteren Verzögerungen beim Erreichen der restlichen Meilensteine und Deliverables kommen wird. Seite 24 28

27 Teilprojekt 3 2. Haben sich die Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens innerhalb des angegebenen Berichtszeitraums gegenüber dem ursprünglichen Antrag geändert? Es ist nicht abzusehen, dass Ziele nicht erreicht werden können. 3. Sind inzwischen von dritter Seite Ergebnisse bekannt geworden, die für die Durchführung des Vorhabens relevant sind? Die technischen und wissenschaftlichen Fortschritte und Methoden der nationalen und internationalen Kollegen werden durch Lektüre der gängigen Fachzeitschriften, Konferenzen und Internetportale verfolgt. Wissenschaftlich sind uns keine Aktivitäten bekannt, die auf die gleichen wissenschaftlichen und technischen Ziele wie dieses Teilprojekt im Gebiet der Deutschen Bucht fokussieren. 4. Sind oder werden Änderungen in der Zielsetzung notwendig? Es sind keine Änderungen in der Zielsetzung absehbar. 5. Fortschreibung des Verwertungsplans. Zum derzeitigen Zeitpunkt gibt es keine Anhaltspunkte für Änderungen im Verwertungsplan. Zusammen mit den Projektpartnern sollen in diesem Teilprojekt wissenschaftliche Veröffentlichungen in Fachzeitschriften publiziert werden. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse werden zusätzlich auf einer Fachkonferenz im Jahr 2018 präsentiert. Eventuell erfolgen weitere Präsentationen auf Fachkonferenzen. Die gewonnenen Daten sollen nicht nur in Form von Karten für den Habitatatlas sondern ebenfalls, nach der wissenschaftlichen Publikation, in Datenbanken für Dritte öffentlich zugänglich gemacht werden. Durch die Leitung der nationalen FachAG Schadstoffe und biologische Effekte, sowie durch internationale Gremientätigkeit in diesem Bereich durch das Thünen Institut und das BSH (z.b. Teilprojektleitung), können die gewonnenen Ergebnisse zusätzlich von Entscheidungsträgern (beispielsweise für die MSRL) genutzt werden. Eine Liste der Tätigkeiten von Projektleitern in internationalen Gremien findet sich auf den NOAH Projektseiten, Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit innerhalb des Teilprojektes und mit den weiteren Projektpartnern von NOAH-Synthese wird das fachliche Netzwerk zwischen dem BSH als behördlichem Partner und der (außer)universitärer Forschung gestärkt und für die zukünftige Bearbeitung gemeinsamer Fragestellungen ausgebaut. Seite Seite 25 25

28 Teilprojekt 4 Zwischenbericht (nach Anlage 1 zu Nr BNBest-BMBF 98) Zuwendungsempfänger: Forschungsinstitut Senckenberg am Meer, Wilhelmshaven Vorhabenbezeichnung: Verbundvorhaben North Sea Observation and Assessment of Habitats (NOAH) Synthese Förderkennzeichen: 03F0742E Laufzeit: Berichtszeitraum: berichtendes Teilprojekt: Teilprojekt 4: Raum-zeitliche Variabilität der Benthosgemeinschaften und ihrer Bioturbationspotentiale in der deutschen AWZ Verantwortlicher Teilprojektleiter: PD Dr. Ingrid Kröncke 1. Aufzählung der wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse und anderer wesentlicher Ereignisse. Arbeitspaket 1 (Meilenstein 1,2,3) Im Fokus von Teilprojekt 4 steht die Nutzung der im Habitatatlas zusammengeführten Daten für eine umfassende, statistisch basierte und räumlich aufgelöste Charakterisierung benthischer Habitate in der südöstlichen Nordsee. Gemäß Meilensteinplanung wurden die im Habitatatlas implementierten großräumigen Geoinformationen (Umweltfaktoren, Fischerei, benthische Arten) für die Habitatmodelierung geostatistisch aufgearbeitet. Zu diesem Zweck fand am ein geostatistischer Workshop am Helmholtz Zentrum Geesthacht (HZG) statt, bei dem die entsprechenden Daten ausgetauscht und geeignete statistische Interpolationsverfahren diskutiert und angewandt wurden. Wie in vorangegangenen Berichten angekündigt, hatte der Workshop zum Ziel die existierenden Habitatmodelle durch die vom HZG zur Verfügung gestellten Umweltfaktoren (insbesondere Temperatur, Salinität und Bodenschubspannung) zu verbessern. Daraus resultierend wurden gemäß Meilensteinplanung (Meilenstein 2) die potentiellen Habitate von sieben epibenthischen Arten modelliert, die zur Bewertung des Umweltzustandes im Rahmen der Meeresstrategie-Rahmen-Richtlinie relevant sind. Die Güte der sieben Modelle kann, gemessen an dem AUC-Wert, als exzellent bezeichnet werden (AUC Werte jeweils >0,8). Abbildung 1 zeigt exemplarisch die Habitatmodelle des Schlangensterns Ophiothrix fragilis und der Trapezkrabbe Goneplax rhomboides. Das Habitat des Schlangensterns O. fragilis gilt als besonders empfindlich gegenüber der demersalen Fischerei, da er in der südöstlichen Nordsee vorwiegend mit großen Schwamm- Aggregationen assoziiert ist, die langsame Wachstums- und Regenerationsraten Seite 31 26

29 Teilprojekt 4 aufweisen. Dies konnte durch das Habitatmodel von O. fragilis untermauert werden, für das ein Fischereiaufwand von 0 der wichtigste beschreibende Faktor war. Die Trapezkrabbe ist eine in die Nordsee eingewanderte Art, die mittlerweile stabile Populationen in der Deutschen Bucht aufweist. Der wichtigste Umweltfaktor für das Habitatmodel der Trapezkrabbe war der Schlickgehalt des Sedimentes, was eine sehr gute Übereinstimmung mit der Lebensweise der Art widerspiegelt, da sie als tiefgrabende Art komplexe Gangsysteme im Sediment anlegt. Über die Modellierung einzelner Arten hinaus, wurden die verbesserten Umweltvariablen bereits für die Modellierung von epibentischen Lebensgemeinschaften benutzt (Meilenstein 3). Eine Publikation zu diesem Thema steht kurz vor der Einreichung. Abbildung 1: Habitatmodelle des Schlangenstern Ophiothrix fragilis (links) und der Trapezkrabbe Goneplax rhomboides. (von blau nach rot: ansteigende Wahrscheinlichkeit des Vorkommens der Art) Der Geostatistik Workshop diente zudem dazu, geeignete Interpolationsmethoden für benthische Punktdaten zu finden, für die die Habitatmodelierung nicht sinnvoll ist. Um für den Habitatatlas räumlich explizite Karten für die Abundanz weit verbreiteter Arten (Asterias rubens, Liocarcinus holsatus, Ophiura albida), sowie die Parameter Artenzahl, Diversität (Shannon-Wiener), Gesamtabundanz und biomasse zu generieren, wurde sich auf Empirical Bayesian Kriking geeinigt (Abb. 2). Der wesentliche Vorteil dieser Methode gegenüber anderen Verfahren ist, dass sie den Fehler berücksichtigt, der durch die Schätzung des zugrundeliegenden Semivariogramms entsteht und die manuelle Parameter Anpassung anderer Methoden durch Simulationen automatisiert. Die Karten für die genannten Arten bzw. benthischer Parameter befinden sich derzeit in der Aufarbeitung (Update der Metadaten) für den Habitatatlas (Meilenstein 1). Seite 27

30 Zwischenbericht 2016 BMBF-FONA Projekt NOAH Teilprojekt 4 4 Stand: 030. May April Abbildung 2: Mit Empirical Bayesian Kriking interpolierte Abundanz des Seesterns Asterias rubens (links) und der epibenthischen Gesamtartenzahl (rechts) in der südöstlichen Nordsee. Arbeitspaket 2 (Meilenstein 2 und 3): Im Rahmen von Arbeitspaket 2 fand vom eine interdisziplinäre Datenerhebung auf der FS Heincke-Expedition HE470 statt. Die Probennahme diente der Untersuchung des Einflusses der Makrofauna auf benthische Stoffflüsse und kleinräumige Sedimentdynamiken (Transport- und Erosionsprozesse) vor der Insel Sylt und dem NOAH Referenzgebiet NOAH E. Insgesamt wurden 24 Proben mittels Multicorer (MUC) und 32 Proben aus Inkubationskernen zur Erfassung der Makrofauna genommen. Die Makrofaunaproben werden derzeit sortiert und bearbeitet. Im Rahmen eines geplanten Workshops am sollen zusammen mit den Kolleginnen und Kollegen des AWI, MARUM und HZG die biologischen und chemischen Daten gemeinsam ausgewertet und die Ergebnisse und gemeinsame Publikationen diskutiert werden. 2. Vergleich des Stands des Vorhabens mit der ursprünglichen Arbeits-, Zeit- und Ausgabenplanung Bisher gibt es keine Abweichungen vom ursprünglichen Zeitplan. 3. Haben sich die Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens innerhalb des angegebenen Berichtszeitraums gegenüber dem ursprünglichen Antrag geändert? Keine. 4. Sind inzwischen von dritter Seite Ergebnisse bekannt geworden, die für die Durchführung des Vorhabens relevant sind? Keine Seite 28

31 Teilprojekt 4 5. Sind oder werden Änderungen in der Zielsetzung notwendig? Änderungen der Zielsetzung des Vorhabens sind nicht notwendig. 6. Fortschreibung des Verwertungsplans. Wirtschaftliche Erfolgsaussichten Direkte wirtschaftliche Ziele wurden im Rahmen des Projektes nicht formuliert. Der Habitatatlas als zentrales, später auch öffentliches Produkt erlaubt allerdings eine wirtschaftliche Verwendung als Bewertungs- und Planungsgrundlage. Wissenschaftliche und/oder technische Erfolgsaussichten Die Erfolgsaussichten für die Umsetzung des zentralen Produktes Habitatatlas sind sehr gut. Die generierten Karten aus TP4 befinden sich in der Aufarbeitung und werden gemäß Meilensteinplanung im Mai 2017 für die Implementierung in den Habitatatlas ans HZG übergeben. Die in TP4 generierten Daten und Ergebnisse sind Bestandteil von Publikationen, Dissertationen und Masterarbeiten. Bereits im Dezember 2016 wurde die Masterarbeit von Frau Ramona Ohde mit dem Titel Die räumliche und zeitliche Variabilität der Epifaunagemeinschaften in der deutschen ausschließlichen Wirtschaftszone der Jahre 2005 bis 2015 abgeschlossen. Mitte April 2017 erfolgt im Rahmen von Arbeitspaket 1 die Einreichung der Publikation Full-coverage spatial distribution of epibenthic communities in the south-eastern North Sea in relation to habitat characteristics and fishing effort von Dr. Hermann Neumann. Die Daten der Messkampagnen im Rahmen von Arbeitspaket 2 sind Bestandteil der Dissertation von Frau Julia Meyer. Zwei Publikationen befinden sich hierfür in Vorbereitung, die Mitte bzw. Ende 2017 eingereicht werden sollen. Weiterhin dienen der Habitatatlas und die in TP4 generierten Ergebnisse der Umsetzung umweltpolitischer Maßgaben und behördlicher Pflichten im Rahmen der MSRL. Hierfür werden die Ergebnisse auf der nächsten Sitzung der BLANO Fach AG Benthos (Dr. Hermann Neumann, Termin noch nicht bekannt) sowie auf dem 52nd European Marine Biology Symposium vom in Slowenien (Julia Meyer) vorgestellt. Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit Die durch NOAH erfolgte Zusammenführung unterschiedlichster Datensätze wird die Grundlage für die Entwicklung von weiteren Forschungsanträgen und Anschlussprojekten sein. Diesbezüglich erfolgte eine erste Kontaktaufnahme mit Prof. Dr. Schmiedl (Universität Hamburg), der die in TP4 entwickelten Habitatmodelle im Rahmen eines DFG Projektes für die Modellierung von Foraminiferen Arten/Gemeinschaften in der Deutschen Bucht benutzen möchte. Seite 29

32 Teilprojekt 4 Literatur Neumann H, Diekmann, R, Emeis, K-C, Kleeberg, U, Moll, A, Kröncke, I. (subm.) Fullcoverage spatial distribution of epibenthic communities in the south-eastern North Sea in relation to habitat characteristics and fishing effort. Marine Environmental Research. Diekmann R, Neumann H, Kröncke I, Stelzenmüller V, Fock H, Kraus G. (in prep.), A question of scale trawling impacts on benthic communities. Abschlussarbeiten: Ramona Ohde (2016), Die räumliche und zeitliche Variabilität der Epifaunagemeinschaften in der deutschen ausschließlichen Wirtschaftszone der Jahre 2005 bis Masterarbeit bei Senckenberg am Meer (Betreuung Prof. Dr. Ingrid Kröncke, Dr. Hermann Neumann), masterarbeit_fi nal.pdf (Zugriff: 25. April 2017) Poster: Neumann H, Kröncke I, Emeis KC, Puls W, Callies U, Diekmann R & NOAH Projektpartner (2016) Habitatmodellierung epibenthischer Gemeinschaften in der südöstlichen Nordsee. KÜNO 1 - Abschlusstagung, , Warnemünde, Germany Steffen Beringer, Kleeberg U, Neumann H, Kröncke I, Emeis KC, Puls W, Goldberg EB & NOAH Projektpartner (2016) Der NOAH Habitatatlas. KÜNO 1 - Abschlusstagung, , Warnemünde, Germany Seite 30

33 Teilprojekt 5 Stand: 03 May 2017 Zwischenbericht (nach Anlage 1 zu Nr. 3.1 BNBest-BMBF 98) Zuwendungsempfänger: Johann Heinrich von Thünen Institut, Institut Seefischerei, Hamburg Vorhabenbezeichnung: Verbundvorhaben North Sea Observation and Assessment of Habitats (NOAH) Synthese Förderkennzeichen: 03F0744A Laufzeit: Berichtszeitraum: berichtendes Teilprojekt: Teilprojekt 5: Bewertung des Meeresbodenzustands in der deutschen Nordsee Verantwortlicher Teilprojektleiter: Dr. Gerd Kraus (mit Rabea Diekmann) Ökosystembasierte Risikobewertung und Strategien für das Risikomanagement anthropogener Belastungen des Meeresbodens 1. Aufzählung der wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse und anderer wesentlicher Ereignisse. Teilprojekt 5 (TP5) hat zum Ziel Werkzeuge für das Management von Risiken durch anthropogene Belastungen des Meeresbodens der deutschen ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) der Nordsee zu entwickeln. Es ist in drei Arbeitsbereiche gegliedert, deren bisherige Entwicklung untenstehend beschrieben ist. Seite 31

34 Teilprojekt 5 TP5.1 Datengrundlage und Bezug zum Habitatatlas (M5.1, D 5.1) TP5.1 ist eine direkte Fortführung der ersten Projektphase. Es liefert die Daten für die nachstehenden Analysen und bereitet diese und die Ergebnisse der Analysen von TP5 für den Habitatatlas auf. Zur Erstellung aktueller Managementszenarien ist es notwendig die Daten zu den anthropogenen Nutzungsdrücke zu aktualisieren. Dazu wurden primär räumlich und zeitlich hochaufgelöste Informationen zur Intensität der Schleppnetzfischerei erfasst und bearbeitet. Als Grundlage dafür dienen die Daten des Vessel Monitoring by Satellite (VMS) Systems. VMS liefert im Mittel alle zwei Stunden Informationen zu Schiffsidentität, Geschwindigkeit und Fahrtrichtung des Schiffes. Detaillierte Informationen zu den verwendeten Fanggeräten, Fangzusammensetzungen und mengen können über die Verschneidung von verpflichtend geführten Logbuchdaten mit den VMS-Daten generiert werden, stehen allerdings für das Projekt nur für die in Deutschland registrierten Schiffe zur Verfügung. Für Schiffe anderer europäischer Länder wurde eine Verknüpfung zum europäischen Flottenregister auf dem Métierlevel 4 (d.h. Gerätetyp, EC 2008) erstellt (Fleet register on the Net: Mit Hilfe von Informationen aus dem Flottenregister über Schiffslänge und typ wurde eine näherungsweise Spezifikation des eingesetzten Fanggerätetyps und der damit befischten Fläche ermittelt. Die Analyse von VMS-Daten erfolgte entsprechend der in ICES (2016a) beschriebenen Prozesse. Des Weiteren wurden aus den Positionsangaben der VMS-Daten konkrete Schleppstrecken mit Hilfe der Cubic Hermite Spline interpolation Methode (nach Hintzen et al., 2010) rekonstruiert, um eine höhere räumliche Auflösung zu generieren. Die Gerätebreiten zur Berechnung der überstrichenen Flächen wurden nach Eigaard et al. (2016) bestimmt und zur Darstellung der besonderen Bedingungen in der deutschen AWZ um nationale Beobachtungsdaten ergänzt. Als relevanter Belastungsparameter wurde anschließend die Summe aller überstrichenen Flächen je Flächeneinheit berechnet und zu dieser in Beziehung gesetzt (swept area ratio, SAR). SAR-Werte wurden für verschiedene räumliche Auflösungen ermittelt (z.b. für variable oder reguläre Gitterzellen, letztere mit einer Auflösung von 0.05 *0.05 oder 5km*5km). Die Daten liegen final für die Jahre 2008 bis 2014 vor. Die VMS-Daten der Jahre 2015 und 2016 wurden im März 2017 vom Provider aktualisiert und werden aktuell bearbeitet. Die Karten werden im Anschluss bis Mai 2017 dem Habitatatlas zur Verfügung gestellt. Als Grundlage für die in TP5.2 und TP5.3 zu untersuchenden Managementszenarien gelten die derzeit in Planung befindlichen Gebietsschließungen (Tabelle 1, Abbildung 1). Dazu gehören Fischereimaßnahmen im Rahmen der Umsetzung der Natura 2000 Richtlinie für die Deutsche AWZ sowie nutzungsfreie Zonen um Offshore- Windkraftanlagen (Windparks). Um Effekte auf die fischereiliche Belastung und damit auf die Integrität des Meeresbodens zu untersuchen, ist es notwendig die potentielle Umverteilung der Fischerei zu modellieren. Dieses muss gerätespezifisch erfolgen, da Seite 37 32

35 Teilprojekt 5 Stand: April May 2017 z.b. die Maßnahmen in den Natura 2000 Gebieten sich nicht auf alle Gerätetypen beziehen. Als Beispiel ist der durchschnittliche mehrjährige Aufwand großer Baumkurrenfänger (>221kW, vorwiegend Plattfischfischerei) im Verhältnis zu dem potentiellen Aufwand nach Einrichtung der Schließgebiete (Natura 2000 und Windparks in unterschiedlichen Planungsstadien) dargestellt (Abbildung 2). Für dieses Szenario wurde der Fischereiaufwand für die Gitterzellen, die von einer Schließung betroffen sind, auf Null gesetzt. Der schiffsspezifische Aufwandsverlust wurde anschließend auf die bisher durch das Schiff befischten Gitterzellen prozentual aufgeteilt. Durch die Umverteilung ergeben sich somit Zonen der Nullnutzung aber, sofern der Gesamtaufwand nicht reduziert wird, auch Gebiete mit erhöhtem Fischereiaufwand, d.h. dass die SAR-Werte lokal ansteigen können (Abbildung 2). Die Umverteilungsszenarien werden entsprechend der in TP5.3 untersuchten Managementszenarien dem Habitatatlas gegen Ende des Projektes zur Verfügung gestellt. Tabelle 1: Potentielle Gebietsschließungen und deren Flächenanteil in der deutschen AWZ der Nordsee. Die entsprechenden Gebiete sind in Abbildung 1 räumlich dargestellt. Die Natura 2000 Vorschläge (N2000, Stand April 2016) umfassen 5 Gebiete mit Relevanz für die demersale Fischerei. Im Umfeld von Offshore-Windparks (OWF) werden nach derzeitiger Planung geschleppte Geräte komplett ausgeschlossen. Maßnahmen/ Schließungen Betroffene Fläche (km²) Flächenanteil (%) N2000 M N2000 M N2000 M N2000 M N2000 M OWF in Betrieb OWF in Bau OWF genehmigt OWF geplant M7 M7 OWF in Betrieb im Bau genehmigt potentielle Schließgebiete OWF M1 M2 M3 SAR beantragt NATURA 2000 [0.01; 0.5[ M1 M2 M3 in Betrieb [0.5; 1.0[ im Bau [1.0; 5.0[ genehmigt beantragt NATURA 2000 M6 Sources: Esri, HERE, DeLorme, Intermap, increment P Corp., GEBCO, USGS, FAO, NPS, NRCAN, GeoBase, IGN, Kadaster NL, Ordnance Survey, Esri Japan, METI, Esri China (Hong Kong), swisstopo, MapmyIndia, OpenStreetMap contributors, and the GIS User Community [5.0; 10[ [10; 15[ [15; 46.9[ M6 Sources: Esri, HERE, DeLorme, Intermap, increment P Corp., GEBCO, USGS, FAO, NPS, NRCAN, GeoBase, IGN, Kadaster NL, Ordnance Survey, Esri Japan, METI, Esri China (Hong Kong), swisstopo, MapmyIndia, OpenStreetMap contributors, and the GIS User Community Abbildung 1: a) Potentielle Schließgebiete in der deutschen AWZ der Nordsee. Natura 2000: Es wurden nur Maßnahmen mit Relevanz für die demersale Fischerei dargestellt. OWF: Windparks in unterschiedlichen Planungsstadien. b) Potentielle Schließgebiete im Verhältnis zum kumulativen Fischereiaufwand (swept area ratio, SAR) aller bodenberührenden geschleppten Geräte (d.h. Grundschleppnetze, Baumkurren, demersale Ringwaden). Seite 33

36 Teilprojekt 5 SAR SAR [0.01; 0.1[ [0.01; 0.1[ [0.1; 0.5[ [0.1; 0.5[ [0.5; 1.0[ [0.5; 1.0[ [1.0; 1.5[ [1.0; 1.5[ [1.5; 2.0[ [2.0; 2.4] Sources: Esri, HERE, DeLorme, Intermap, increment P Corp., GEBCO, USGS, FAO, NPS, NRCAN, GeoBase, IGN, Kadaster NL, Ordnance Survey, Esri Japan, METI, Esri China (Hong Kong), swisstopo, MapmyIndia, OpenStreetMap contributors, and the GIS User Community [1.5; 2.0[ [2.0; 3.5[ Sources: Esri, HERE, DeLorme, Intermap, increment P Corp., GEBCO, USGS, FAO, NPS, NRCAN, GeoBase, IGN, Kadaster NL, Ordnance Survey, Esri Japan, METI, Esri China (Hong Kong), swisstopo, MapmyIndia, OpenStreetMap contributors, and the GIS User Community Abbildung 2: Durchschnittlicher Fischereiaufwand (swept area ratio, SAR) großer Baumkurrenfänger (>221kW, vorwiegend Plattfischfischerei) in der deutschen AWZ der Nordsee und angrenzender Gebiete. a) derzeitiger Zustand (bis 2014) unter Berücksichtigung von bereits in Betrieb oder Bau befindlichen Windparks. b) Umverteilungsszenario bei Umsetzung der Fischereimanagementmaßnahmen in Natura 2000 Schutzgebieten sowie Einrichtung aller geplanten Windparks. Für die Modellläufe in TP5.3 werden neben den anthropogenen Belastungen und den georeferenzierten Informationen über managementrelevante Schließgebiete auch Informationen zu verschiedenen Umweltparametern und der natürlichen Störung des Meeresbodens herangezogen. Diese Parameter werden im Wesentlichen durch den Projektpartner HZG (TP1) zur Verfügung gestellt. In Bezug auf die Integrität der Benthosgemeinschaften ist vor allem die gezeiten- und welleninduzierte Bodenschubspannung von Bedeutung. Aus den jährlichen Mittelwerten der stündlichen Strömungs- und Wellendaten aus dem TRIM bzw WAM Modell wurden für eine erste Analyse die mittleren Werte des Zeitraums (letztes Jahr der derzeit verfügbaren Modellläufe) berechnet und dargestellt. Diese Werte wurden des Weiteren auch für eine internationale Arbeitsgruppen des ICES (WKBENTH: Workshop to evaluate regional benthic pressure and impact indicator(s) from bottom fishing, ICES 2017) georeferenziert als auch klassifiziert pro EUNIS Habitat Level 3 und 4 aufgearbeitet. Als einer der wichtigsten Umweltparameter für das Benthos gilt die Sedimentzusammensetzung. Für das in TP5.3 geplante Modell können dafür entweder Sedimentklassen z.b. nach Figge (1981) oder Folk (1954, 1974) oder auch als intervallskalierte Variable der prozentuale Anteil bestimmter Sedimentklassen verwendet werden (z.b. Kiesgehalt oder Median der Korngrößen, siehe NOAH Habitatatlas). Die mittlere Korngröße geht darüber hinaus in die Berechnung der Häufigkeit der Geschiebetransportereignisse ein, die alternativ zu Bodenschubspannung in Modelläufen in TP5.3 als Proxy für die natürliche Störung genutzt werden soll (Abbildung 3). Seite 34

37 Teilprojekt 5 """"" """""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" 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"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" " """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" [55.4; 69.4[ Sources: Esri, HERE, DeLorme, Intermap, increment P Corp., GEBCO, USGS, FAO, """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" NPS, NRCAN, GeoBase, IGN, Kadaster NL, Ordnance Survey, Esri Japan, METI, Esri """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" China (Hong Kong), swisstopo, MapmyIndia, OpenStreetMap contributors, and the GIS """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" " [69.4; 98.7] """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" User Community """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" Abbildung 3: Mittlere Häufigkeit der Geschiebetransportereignisse ( ) im Bereich der deutschen AWZ der Nordsee (Quelle: HZG/TP1). Die Häufigkeit gilt als Proxy für den Grad der natürlichen Störung mit Auswirkung auf die Zusammensetzung der Benthosgemeinschaften. In Zusammenarbeit mit TP4 (Senckenberg am Meer) wurde kürzlich eine Publikation eingereicht (Neumann et al., submitted), die die Epibenthosgemeinschaften in der deutschen Bucht genauer beschreibt und mit Hilfe von Umweltparametern und fischereilicher Belastung lückenlos räumlich modelliert. Die Modellergebnisse werden nach erfolgreicher Publikation in den Habitatatlas einfließen. Die Projektmitarbeiterin in TP5 (Frau Diekmann) wurde im laufenden Projektjahr aufgrund ihrer Arbeiten in NOAH zweimal vom Internationalen Rat für Meeresforschung ICES als Expertin eingeladen, an der Entwicklung und Realisierung eines Workshops zur regionalen Abschätzung der Auswirkungen von Fischerei auf das Benthos mitzuwirken. Frau Diekmann gehörte in beiden Workshops (Workshop on guidance on how pressure maps of fishing intensity contribute to an assessment of the state of seabed habitats (WKFBI), 31 May 1 June 2016; Workshop to evaluate regional benthic pressure and impact indicator(s) from bottom fishing (WKBENTH), 28 February-3 March 2017) zu einer Kernarbeitsgruppe, die die Treffen vorbereitete, Untergruppen leitete, sowie die Berichte verfasste (ICES 2016b, ICES 2017). Sie wurde zudem in das assoziierte Beratungsgremium berufen, das die EU-Kommission in der Umsetzung der Meeresstrategie Rahmenrichtlinie berät (ICES Advice 2016). Dadurch konnten Erkenntnisse und Erfahrungen aus NOAH, z.b. über die räumliche Darstellung des Fischereiaufwandes, direkt in die Politikberatung einfließen. Die in den Workshops verwendeten Methoden zur Bewertung des Zustands der Benthosgemeinschaften sind auch national als Indikatoren für die Umsetzung der Meeresstrategie Rahmenrichtlinie (MSRL) verwendbar und können teilweise in die quantitativen Modelle in TP5.3 eingebaut werden. TP 5.2 Risikoidentifikation und konzeptionelle Modellierung (M5.2, M5.3, D5.2). TP5.2 dient dazu relevante Belastungen zu bestimmen, sie mit den entsprechenden Umweltauswirkungen mit Fokus auf benthische Lebensgemeinschaften in Beziehung zu setzen (pathway of effects), Maßnahmen zur Risikovermeidung oder -minimierung zu identifizieren und darauf basierend eine qualitative Risikobewertung zu erstellen. Dafür Seite 35

38 Teilprojekt 5 finden sogenannte BowTie Analysen (IEC/ISO 31010) Verwendung, die gleichzeitig als Kommunikations- als auch als Entscheidungshilfewerkzeug fungieren können. Für NOAH wurde bisher eine Serie von miteinander verknüpften BowTie Modellen erstellt, die, ausgehend vom derzeit definierten Ordnungsrahmen für Maßnahmen im Bereich der MSRL bis hin zu konkreten Belastungen und Risiken eine Diskussionsgrundlage für den Austausch mit Interessenvertretern bilden soll. Die Analysen wurden mit einer speziellen Software durchgeführt (BowTieXP 8.0), die zu Projektbeginn angeschafft wurde. Im ersten Schritt wurde die BowTie Methode nicht zur Risikobewertung verwendet, sondern diente dazu den umweltpolitischen Rahmen und den derzeitigen Stand des Maßnahmenprogramms der MSRL zu beschreiben (Abbildung 4 und 5). In diesem Fall wurde nicht ein unerwünschtes Ereignis ins Zentrum der Analyse gestellt, sondern die zu untersuchende Region (Deutsche AWZ). Auf der linken Seite, die im regulären BowTie Modell die Ursachen (threats) beschreibt, sind die sieben übergeordneten Umweltziele (UZ, Meere ohne signifikante Beeinträchtigung durch ) formuliert, die jeweils noch eine unterschiedliche Anzahl operativer Umweltziele oder Maßnahmen einschließen (Stand: März 2016). Für das UZ Meere mit nachhaltig und schonend genutzten Ressource (Sustainable use of marine ressources), werden z.b. fünf operative Ziele, die mit Maßnahmen hinterlegt werden, genannt: UZ4-01 Weitere Verankerung des Themas nachhaltige ökosystemgerechte Fischerei im öffentlichen Bewusstsein, UZ4-02 Fischereimaßnahmen, UZ4-03 Miesmuschelbewirtschaftungsplan im Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer, UZ4-04 Nachhaltige und schonende Nutzung von nicht lebenden sublitoralen Ressourcen für den Küstenschutz (Nordsee), UZ4-05 Umweltgerechtes Management von marinen Sand- und Kiesressourcen für den Küstenschutz in Mecklenburg- Vorpommern (Ostsee). Auf der rechten Seite des BowTie Modells, die üblicherweise die diversen Konsequenzen aus einem Ereignis beschreibt, sind die in der MSRL definierten Deskriptoren dargelegt. Dokumente zu Vorschriften und Gesetzgebung wurden direkt mit den Boxen verknüpft (Funktionalität im BowTieXP Programm) und erleichtern so die Kommunikation mit Vertretern der mit der Umsetzung der Richtlinien betrauten Behörden. Im zweiten Schritt wurde Deskriptor 6 (D6, Integrität des Meeresbodens) in das Zentrum des BowTie Modells gestellt (Abbildung 6), d.h. das dieses Modell mit dem vorherigen verknüpft wurde (genestet). Das Erreichen von D6 wird durch verschiedene anthropogene Aktivitäten beeinflusst, die wiederum Belastungen für den Meeresboden generieren. Wenn D6 nicht erfüllt ist, bedeutet das, dass einzelne oder mehrere Indikatoren, auf der rechten Seite des BowTie Modells, ebenfalls nicht als gut bewertet werden können. Dazu wurden zunächst die drei nationalen Indikatoren gelistet (Stand: Juli 2015): 4.1 Verbreitung und Fläche vorherrschender und besonderer Biotoptypen; 4.2 Zustand vorherrschender und besonderer Biotoptypen; 4.3 Physische Schädigung vorherrschender und besonderer Biotoptypen. Jeder der anthropogenen Aktivitäten bzw. Belastungen wird gegenwärtig und zukünftig durch Maßnahmen reguliert, die in der MSRL genannt sind und helfen sollen den guten Umweltzustand im Sinne von D6 zu Seite 36

39 Teilprojekt 5 erreichen (siehe auch Abbildung 7). Bei nahezu allen Maßnahmen kann es wiederum Faktoren geben, die die Effektivität einschränken oder die Maßnahme unwirksam werden lassen (escalation factors, nicht dargestellt). Als ein typischer Faktor, der die Wirksamkeit von Gebietsschließungen negativ beeinflusst, ist z.b. die Nicht-Befolgung dieser Maßnahme zu nennen, welches wiederum Maßnahmen der Überwachung nach sich zieht. Die nationalen Indikatoren, von denen einer oder mehrere nicht als gut bewertet werden können wenn D6 nicht erfüllt ist, sind mit bereits verpflichtend zu bedienenden oder auch vorgeschlagenen Indikatoren des Meeresschutzübereinkommens OSPAR hinterlegt. Diese greifen Diversitätsaspekte (BH2) oder die potentielle Schädigung durch die Fischerei auf (BH3). Die Indikatoren sind semi-quantitativ und im Bereich der AWZ von eingeschränktem Nutzen. Schließlich wurde der nationale Indikator N4.1 in einem finalen BowTie Modell als eine konkrete physikalische Störung ins Zentrum gestellt. Als relevante Belastungstypen für die Integrität des Meeresbodens im Sinne eines physikalischen Störung (Habitatverlust oder -schädigung) sind Bedeckung (smothering), Versiegelung bzw Blockierung (obstruction), Versandung (siltation), Abschürfung (abrasion) und Extraktion (extraction) zu nennen (Eastwood et al., 2007). Kontamination bzw biologische Störungen sind weitere wichtige Kategorien, die in den derzeitigen Modellen nicht näher beleuchtet werden. In englischen Studien zeigte sich, dass in Bezug auf die räumliche Ausdehnung der Aktivitäten, die bodenberührende Fischerei die bei weitem bedeutendste Aktivität darstellt und den größten räumlichen Fußabdruck hinterlässt (Eastwood et al., 2007; Foden et al., 2011). Im hier dargestellten Bow-tie Modell (Abbildung 7) wird daher die kumulative Störung durch Abschürfung untersucht. Als relevante Aktivitäten gelten dabei die bodenberührende Fischerei und die in der deutschen AWZ lokal vorkommende Sand- und Kiesextraktion (siehe auch Greater North Sea Ecosystem Overview; Als Vorbereitung für die Analysen mit Bayes schen Netzwerken wurden eine Reihe von Indikatoren gelistet, die potentiell quantifizierbar sind und sich teilweise bereits in der Operationalisierung befinden (ICES 2017). Dieses Modell liegt noch nicht in einer finalen Version vor und muss noch in bilateralen Gesprächen oder im Rahmen der Fach-AGs der AG ErBeM diskutiert werden. Die präventiven und lindernden Maßnahmen aus Abbildung 7 wurden in ihrer derzeitigen Version hinsichtlich ihrer Wirksamkeit vorläufig bewertet, um das Risiko abschätzen zu können, dass für einen oder mehrere der Indikatoren der gute Umweltzustand nicht erreicht wird (LOPA - Layers of Protection Analysis). Diese Bewertung, die eine reine Expertenabschätzung ist, muss in der zweiten Interviewserie mit den Interessenvertretern überprüft werden. Die LOPA-Ergebnisse können dann eine erste Orientierung über die Wirksamkeit oder Unwirksamkeit von Maßnahmen und über Seite 37

40 Teilprojekt 5 Stand: April May 2017 Lücken im Managementsystem geben. Die LOPA-Analyse ermöglicht mit Hilfe generischer Ausfallraten semi-quantitative Szenarien durchzuspielen, welche Auswirkungen unterschiedliche Wirksamkeiten von Maßnahmen (z.b. durch das Auftreten eines escalation factors) haben können, und somit kritische Bausteine im System zu identifizieren. Diese werden im folgenden Arbeitsbereich TP5.3 quantitativ ausgeleuchtet. TP5.3 Quantitative Risikoanalyse und Bewertung von Managementstrategien (M5.4, D5.3). TP5.3 hat zum Ziel die qualitative, systemische Analyse aus TP5.2 in eine quantitative Risikoanalyse zu überführen. In TP5.3 werden erst zum Ende des zweiten Projektjahres Ergebnisse erwartet. Es wurde aber bereits begonnen ein Bayes sches Netz (BN) basierend auf dem BowTie Modell aus Abbildung 7 aufzusetzen und zu parametrisieren (Abbildung 8). Primäres Ziel ist die Darstellung der kumulativen Abschürfungseffekte in der deutschen AWZ bei Einführung unterschiedlicher Managementmaßnahmen. Zur Parametrisierung wurden räumliche Daten verwendet, wobei für die Fischerei mehrjährige Mittel ( , nach Aktualisierung bis 2016) gebildet wurden unter der Annahme einer relativen räumlichen Stabilität des Fischereiaufwandes. Als Parameter diente der in TP5.1 beschriebene SAR-Wert. Die Auflösung einzelner Métiers erlaubt dabei die Berücksichtigung métierspezifischer Managementmaßnahmen. Im derzeitigen Modell werden Maßnahmen berücksichtigt die Gebietsschließungen nach sich ziehen. Dazu gehören Schutzgebiete im Rahmen von Natura 2000 (M1-3, M6-7, Abbildung 7), das bereits existierende Schutzgebiet der Schollenbox (EC 1998), sowie der Ausschluss von geschleppten Geräten im Umfeld von Offshore-Windparks. Die Wirksamkeit dieser Maßnahmen hängt von der sogenannten compliance rate ab, die aus bereits bestehenden Schließgebieten annähernd abgeleitet werden kann. Die sogenannten escalation factors sind bisher als Platzhalter für Faktoren reserviert, die möglicherweise aus den Diskussionsrunden mit Interessenvertretern hervorgehen. Zum jetzigen Zeitpunkt entfalten sie im Modell keine Wirksamkeit. Die Managementmaßnahmen steuern die fischereilichen Aktivitäten (Nullnutzungszonen, Fischereiumverteilung), die gemeinsam mit anderen Aktivitäten wie z.b. der Sand- und Kiessextraktion die kumulative Abschürfung bestimmen (total residual pressure). Seite 38

41 Teilprojekt 5 Stand: 03 May 2017 Abbildung 4: BowTie Modell zur Darstellung der Meeresstrategie Rahmenrichtlinie, ihrer übergeordneten Umweltziele und Deskriptoren. Seite 39

42 Teilprojekt 5 Abbildung 5: Ausschnitt des BowTie Modells aus Abbildung 3, mit zusätzlicher Darstellung der D6- relevanten operationellen Umweltziele zu UZ3 und UZ4. Abbildung 6: BowTie Modell zu D6 der MSRL. Dargestellt sind relevante und steuerbare anthropogene Aktivitäten, die den guten Umweltzustand von D6 (Meeresbodenintegrität) negativ beeinflussen können. Die Konsequenz bei Nicht-Erreichen des guten Umweltzustandes soll durch national festgelegte Indikatoren (N4.1 N4.3) bewertet werden. Seite 40

43 Teilprojekt 5 Abbildung 7: Operatives BowTie Modell für die für den Meeresboden zentrale Belastung Abschürfung (Abrasion). Dargestellt sind relevante und steuerbare anthropogene Aktivitäten (threats), in der MSRL festgelegte Maßnahmen (preventive and mitigation measures) sowie ausgewählte quantifizierbare Indikatoren in Anlehnung an NOAH1 und ICES (2017). 0 Seite 41

44 Teilprojekt 5 Für die in Abbildung 7 genannten Indikatoren wird im zweiten Projektjahr geprüft, inwieweit sie mit der Belastung Abschürfung quantitativ verknüpft werden können. Ein Indikator ist die kumulative Biomasse langlebiger benthischer Organismen (sensu Rijnsdorp et al., 2016). Diese Variable steht in einem mechanistischen Zusammenhang zur Belastung, hebt sich aber von dem in Stelzenmüller et al. (2015) beschriebenen Disturbance Indicator (Störungsindikator DI) insofern ab, dass er keine Mortalitäts- und Erholungsraten in Beziehung setzt, sondern vielmehr eine Funktionalität der Gemeinschaft betrachtet, die sich sensitiv gegenüber der zu steuernden Belastung verhält. Im zweiten Projektjahr soll eine Parametrisierung dieses Indikators für spezifische Habitateigenschaften erfolgen. Neben den bisher berücksichtigten anthropogenen Belastungen sollen im BN also auch die in TP5.1 beschrieben Habitatcharakteristika (Sedimentparameter, Bodenschubspannung als natürliche Störung) als Knoten eingebaut werden. Ein entsprechendes Vorgehen wurde bereits in einem BN getestet, welches zur Bewertung des Einflusses der Fischerei auf die funktionelle Diversität von Fischgemeinschaften entwickelt wurde. Dazu ist eine Publikation in Vorbereitung (Rambo et al., in prep.), für die im BN ähnliche Knoten wie in Abbildung 8 parametrisiert wurden. Es wurden mit Hilfe des BNs verschiedene Managementszenarien gerechnet und die Wirksamkeiten von Maßnahmen auf die Fischfauna (Community Sensitivity Index für demersale Fischarten (Rambo et al., in press), Artenzahl S, Abundanz von Seezunge und Kabeljau) verglichen (Abbildung 9). Generell zeigten sich für die genannten Indikatoren nur verhältnismäßig geringe Effekte durch die derzeit geplanten Gebietsschließungen. Die Werte wurden vielmehr durch Temperaturanstiege moduliert, die ebenfalls in den Szenarien enthalten waren. Dadurch wurde ein Erreichen des Guten Umweltzustandes trotz Implementierung der Managementmaßnahmen in den durchgeführten Szenarien unwahrscheinlich. 0 Seite 42 46

45 Teilprojekt 5 Abbildung 8: Konzeptionelle Netzwerkstruktur für ein Bayes sches Netzwerk, in Anlehnung an die Ursache-Wirkungsbeziehungen aus Abbildung 7: Verschiedene steuerbare anthropogene Aktivitäten führen zu einer Belastung des Meeresbodens durch Abschürfung, welche sich wiederum auf verschiedene biologische Indikatoren auswirkt. 0 Seite 43

46 Teilprojekt 5 Abbildung 9: Bayes sches Netzwerkmodell aus Rambo et al. (in prep.) mit realisierten Wahrscheinlichkeitsverteilungen bei Implementierung des Natura 2000 Managementplans und der Entwicklung von Windparks bis Als biologische Variablen wurden der CSI (Community Sensitivity Index für demersale Fischarten; Rambo et al., in press) sowie die beiden demersalen Fischarten Seezunge (Sole) und Kabeljau (Cod) betrachtet. Seite 44

47 Teilprojekt 5 2. Vergleich des Stands des Vorhabens mit der ursprünglichen Arbeits-, Zeit- und Ausgabenplanung. Die Arbeiten in TP5 liegen innerhalb des vorgegebenen Projektplanes (Tabelle 2). Die Daten zur Parametrisierung der Modelle stehen nun zur Verfügung, bzw. werden innerhalb der nächsten drei Monate aktualisiert (Belastung durch bodenberührende Fischerei in 2015 und 2016). Die zweite Runde der Gespräche mit Interessenvertretern zur Validierung des BowTie Modells sowie der Risikoanalyse mit LOPA stehen noch aus und werden voraussichtlich noch nicht im Monat 15, aber bis Monat 18 abgeschlossen sein. Diese Verzögerung hat aber keine Auswirkungen auf das Gelingen des Projektes, weil zeitgleich die Entwicklung des Bayes schen Netzwerkes frühzeitig vorangetrieben werden konnte. Die Mitwirkung an den ICES Workshops (TP5.1) ermöglicht nun die Berücksichtigung von quantitativen Indikatoren im BN, anstatt der bisher von OSPAR vorgeschlagenen semi-quantitativen Indikatoren (z.b. BH3). Es wird daher angestrebt neben dem BowTie Modell in den Interviews auch einen ersten Entwurf des BN-Modells vorzustellen, um die Funktionsfähigkeit des Ansatzes zu demonstrieren. Durch die direkte Anschlussförderung von NOAH1 zu NOAH2 konnten bereits jetzt zwei Publikation fertiggestellt werden, die kurz vor der Einreichung stehen (Neumann et al., submitted, Rambo et al., in prep.). Die Ausgaben und die weitere Finanzplanung von TP5 liegen innerhalb des Gesamtfinanzierungsplans. Tabelle 2. Meilensteine und Deliverables in der Verantwortung von Teilprojekt 5 (TP-spezifische Nummerierung). Aufgeführt sind Arbeiten, die entweder bereits erfüllt (grün) oder begonnen wurden (gelb). TP Titel Monat Details Nr. M 5.1 Datenaktualisierung und -erweiterung 18 Datenaktualisierung weitgehend abgeschlossen; VMS- Analysen für 2015 und 2016 ausstehend. D5.1 Aktualisierung und Ergänzung Habitatatlas 25 Fischereiaufwandskarten werden im ersten Halbjahr des 2. Projektjahres zur Verfügung gestellt M Phase BowTie Entwicklung 9 Abgeschlossen M Phase BowTie Entwicklung 15 Interviews und LOPA Quantifizierung ausstehend D 5.2 Finales BowTie Managementmodell 18 0 Seite 45

48 Teilprojekt 5 M 5.4 D 5.3 Überführung des Bow-Tie Ansatzes in Bayes sche Netzwerkmodelle (BNs) Operationelles BN - Risikobewertung der Meeresbodenbelastung; Entwicklung von Managementstrategien 24 BN-Entwicklung und Parametrisierung begonnen Zwischenbericht 12 fertiggestellt Haben sich die Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens innerhalb des angegebenen Berichtszeitraums gegenüber dem ursprünglichen Antrag geändert? Die Aussichten zur Erreichung der Ziele des Projektes innerhalb von TP5 haben sich nicht geändert. Milestones und Deliverables (Tabelle 2) werden nicht revidiert. 4. Sind inzwischen von dritter Seite Ergebnisse bekannt geworden, die für die Durchführung des Vorhabens relevant sind? Das EU Projekt BENTHIS (Oktober 2012 Oktober 2017) untersucht den Einfluss von Fischerei auf benthische Ökosysteme. Im Rahmen des Projektes sind eine Reihe von Publikationen erschienen, die bereits Eingang in unsere Analysen gefunden haben bzw. für die BN-Modellierung berücksichtigt werden. Andere relevante Ergebnisse von dritter Seite sind nicht bekannt geworden. 5. Sind oder werden Änderungen in der Zielsetzung notwendig? Die Arbeiten in TP5 liegen innerhalb des vorgegebenen Projektplanes. Es ist zu erwarten, dass die Ziele innerhalb des im Antrag vorgegebenen Zeitrahmens erreicht werden. Die Zielsetzung des Projektes wird daher nicht revidiert. 6. Fortschreibung des Verwertungsplans. Erfindungen und Schutzrechtsanmeldungen Nicht zutreffend Wirtschaftliche Erfolgsaussichten TP5 verfolgt keine wirtschaftlichen Interessen, sondern die wissenschaftliche Begleitung des gesellschaftlichen und politischen Interesses an der nachhaltigen Nutzung der Meeresumwelt. Seite 46

49 Teilprojekt 5 Stand: 03 May 2017 Wissenschaftliche und/oder technische Erfolgsaussichten Die wissenschaftlichen Erfolgsaussichten des Projektes werden als hoch eingestuft. Bereits zum jetzigen Zeitpunkt stehen eine Reihe von Publikationen kurz vor der Einreichung (Neumann et al., submitted, Rambo et al., in prep.). Ein noch während NOAH1 eingereichtes Buchkapitel wird in Kürze erscheinen (Kraus und Diekmann, 2017). Die im Projekt erhobenen Daten und Modellergebnisse werden über die Projektlaufzeit durch den Habitatatlas erhalten bleiben und können somit eine wichtige Grundlage für Monitoring- oder Maßnahmenprogramme bilden. Der Transfer der Datenprodukte zum Habitatatlas wird innerhalb des angestrebten Zeithorizontes (2018, 2019 für Modellergebnisse) abgeschlossen. Die Informationen sollen zudem aktiv an Behördenvertreter herangetragen werden (Interviewserien). TP5 strebt an, maßgeblich die Etablierung quantitativer Methoden zur Risikobewertungen in marinen Systemen anzutreiben. Es stehen dazu eine Reihe von Konzepten in der Entwicklung, die über z.b. ICES Arbeitsgruppen (Working Group on Integrated Assessments of the North Sea WGINOSE) mit Wissenschaftlern anderer Forschungsinstitute im Sommer 2017 im Rahmen eines Workshops getestet werden sollen. Die Projektmitarbeiterin, Frau Dr. Diekmann, wurde aufgrund der in NOAH erarbeiteten Expertise als Expertin zu zwei Workshops des Internationalen Rates für Meeresforschung, ICES eingeladen (Workshop on guidance on how pressure maps of fishing intensity contribute to an assessment of the state of seabed habitats (WKFBI), 31 May 1 June 2016; Workshop to evaluate regional benthic pressure and impact indicator(s) from bottom fishing (WKBENTH), 28 February-3 March 2017) sowie zum Mitglied des assoziierten Beratungsgremiums des ICES berufen. Darin wurden unter anderem Beratungsanfragen aus der EU-Kommission zum Thema Fischereieinfluss auf den Meeresboden und seiner Ökosysteme bearbeitet. Somit wurden und werden die in NOAH gewonnen Erkenntnisse direkt in politische Prozesse auf europäischer Ebene eingespeist. Insgesamt bilden die in TP5 und im Gesamtvorhaben erarbeiteten räumlich aufgelösten Daten und die im Teilprojekt entwickelten Methoden zur Risikoanalyse und integrierten Bewertung eine sehr gute Grundlage für die Weiterentwicklung von Managementkonzepten. Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit Die vorgeschlagenen Indikatoren in TP5.2 und TP5.3 werden für die regionale Bewertung des guten Umweltzustandes bereits getestet (ICES 2017) und können durch die Arbeiten in NOAH2 in die nationale Bewertung einfließen. Durch die Einbindung der Indikatoren in die Risikoanalysen in TP5.3 (BNs) wird ein Transfer in die Gruppen, die sich mit der Implementierung der Meeresstrategie Rahmenrichtlinie beschäftigen, ermöglicht. Generell Seite 47

50 Teilprojekt 5 sollen die Ergebnisse durch die zahlreichen Teilnahmen von Wissenschaftlern des Thünen- Instituts (TP5) in nationalen und internationalen Gremien und Arbeitsgruppen (z.b. Arbeitsgruppen des Bund-Länderausschuss Nord-Ostsee, ICES) in den folgenden MSRL Zyklus ( ) eingespeist werden. Durch die Leitung der nationalen FachAG Schadstoffe und biologische Effekte, sowie durch internationale Gremientätigkeit in diesem Bereich durch das Thünen Institut und das BSH (z.b. Teilprojektleitung), können die gewonnenen Ergebnisse zusätzlich von Entscheidungsträgern (beispielsweise für die MSRL) genutzt werden. Eine Liste der Tätigkeiten von Projektleitern in internationalen Gremien findet sich auf den NOAH Projektseiten, Die Studien aus TP5 bilden eine methodische und inhaltliche Grundlage für die Beurteilung zukünftiger Maßnahmen in der MSRL mit der Besonderheit, dass sektorübergreifende Maßnahmen oder Systemvoraussetzungen, die nicht unmittelbar MSRL-relevant sind, mitberücksichtigt werden können. Literature Eastwood, P. D., Mills, C. M., Aldridge, J. N., Houghton, C. A., and Rogers, S. I Human activities in UK offshore waters: an assessment of direct, physical pressure on the seabed. ICES Journal of Marine Science, 64: EC Council Regulation 1998/850/EC, Official Journal L 125, 1:36. Eigaard, O. R., Bastardie, F., Breen, M., Dinesen, G. E., Hintzen, N. T., Laffargue, P., Mortensen, L. O., et al Estimating seabed pressure from demersal trawls, seines, and dredges based on gear design and dimensions. ICES Journal of Marine Science: Journal du Conseil, 73: i27-i43. Figge, K., Sedimentverteilung in der Deutschen Bucht (Blatt: 2900, Maßstab: 1: ). Deutsches Hydrographisches Institut, Hamburg. Foden, J., Rogers, S. I., and Jones, A. P Human pressures on UK seabed habitats: a cumulative impact assessment. Marine Ecology Progress Series, 428: Folk, R.L., The distinction between grain size and mineral composition in sedimentary-rock nomenclature. Journal of Geology 62, Folk, R.L., Petrology of Sedimentary Rocks. Hemphill Publishing Co., Austin, 182 S. Hintzen, N. T., Piet, G. J., and Brunel, T Improved estimation of trawling tracks using cubic Hermite spline interpolation of position registration data. Fisheries Research, 101: Seite 48

51 Teilprojekt 5 Stand: 03 May 2017 ICES Report of the Workshop to evaluate regional benthic pressure and impact indicator(s) from bottom fishing (WKBENTH), 28 February-3 March 2017, ICES HQ, Copenhagen. In preparation ICES Advice Book EU request for guidance on how pressure maps of fishing intensity contribute to an assessment of the state of seabed habitats. Published 04 July ICES. 2016a. Interim Report of the Working Group on Spatial Fisheries Data (WGSFD), May 2016, Brest, France. ICES CM 2016/ SSGEPI: pp. ICES. 2016b. Report of the Workshop on guidance on how pressure maps of fishing intensity contribute to an assessment of the state of seabed habitats (WKFBI), 31 May 1 June 2016, ICES HQ, Copenhagen, Denmark. ICES CM 2016/ACOM: pp. IEC/ISO Risk Assessment Technques. International Organization for Standardization. IEC/ISO 31010:2009. Kraus, G., Diekmann, R Chapter 2.1: Impact of fishing activities on marine life. In: Marine Environment Protection: Science, Impacts and Sustainable Management. Salomon, M. Markus, T. (eds.). Springer Neumann, H., Diekmann, R., Emeis, K., Kleeberg, U., Moll, A., Kröncke, I. submitted. Full-coverage spatial distribution of epibenthic communities in the south-eastern North Sea in relation to habitat characteristics and fishing effort. Marine Environmental Research. Rambo, H., Stelzenmüller, V., Diekmann, R., Möllmann, C., Cormier, R. in prep. Exploring risks and chances of fisheries regulations in offshore wind farms and protected areas on demersal fish biodiversity with Bayesian Belief Networks. Rambo, H., Stelzenmüller, V., Möllmann, C., and Greenstreet, S. in press. Mapping fish community biodiversity for European marine policy requirements. ICES Journal of Marine Science. Rijnsdorp, A. D., Bastardie, F., Bolam, S. G., Buhl-Mortensen, L., Eigaard, O. R., Hamon, K. G., Hiddink, J. G., et al Towards a framework for the quantitative assessment of trawling impact on the seabed and benthic ecosystem. ICES Journal of Marine Science: Journal du Conseil, 73: i127-i138. Stelzenmüller, V., Fock, H. O., Gimpel, A., Rambo, H., Diekmann, R., Probst, W. N., Callies, U., et al Quantitative environmental risk assessments in the context of marine spatial management: current approaches and some perspectives. ICES Journal of Marine Science: Journal du Conseil, 72: Seite 53 49

52 Teilprojekt 6 Stand: April May 2017 Zwischenbericht (nach Anlage 1 zu Nr. 3.1 BNBest-BMBF 98) Zuwendungsempfänger: Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN), Universität Hamburg Vorhabenbezeichnung: Verbundvorhaben North Sea Observation and Assessment of Habitats (NOAH) Synthese Förderkennzeichen: 03F0742C Laufzeit: Berichtszeitraum: berichtendes Teilprojekt: Teilprojekt 6: Charakterisierung von Meeresboden- und Mikrohabitaten, numerische Modellierung von höheren trophischen Ebenen und adaptives Risikomanagement für die Nutzung des Meeresbodens Verantwortlicher Teilprojektleiter: Prof Dr. Christian Möllmann (mit Dr. T. Lüdmann und Prof. Dr. H. Held) 1. Aufzählung der wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse und anderer wesentlicher Ereignisse. Arbeitsfeld 1 Hydroakustische Habitatkartierung des Meeresbodens (Dr. Thomas Lüdmann) Seit Beginn der NOAH Phase II am 1. April 2016 fanden drei weitere FS Heincke Fahrten statt: He468, He470 und He471. Schwerpunkte waren NOAH Referenzareale, welche im Rahmen von NOAH-I nicht aufgesucht werden konnten bzw. wo ergänzende Erkundungen nötig waren. Die Aufnahme der Sedimentecholotdaten erfolgte standardmäßig wie schon in NOAH-I mit dem Schiffseigenen Sedimentecholot SES2000 (Innomar) und dem Multibeam EM710 (Kongsberg) der FS Heincke. Die Singlebeamdaten wurden tidenkorrigiert, mit ProMax (Landmark-Halliburton) prozesst und in das mit Petrel (Schlumberger) erstellte Interpretationsprojekt eingepflegt. Die Bearbeitung der Multibeamdaten erfolgte mit dem im Rahmen des NOAH-II Projekts beschafften Softwarepaket Qimera der Firma Quality Positioning Services (QPS). Das Prozessieren der Daten umfasst im Wesentlichen eine Laufzeitkorrektur der akustischen Signale anhand von manuell angepassten Geschwindigkeitsprofilen, die Bereinigung der Daten von Fehllotungen mittels des Cube- Algorithmus und deren zusätzlicher manueller Editierung, sowie eine Tidenkorrektur. Hierzu werden Tidenprofile genutzt, welche mit der frei verfügbaren Software OTPS unter Berücksichtigung des Tidenmodells ES2008 berechnet werden. Die drei Heincke Ausfahrten fanden zwischen Juli und September 2016 statt und befanden sich im Berichtszeitraum noch im Stadium der Auswertung. Mit der Interpretation der Seite 50

53 Teilprojekt 6 hydroakustischen Daten, hinsichtlich der Bathymetrie und einer ersten visuellen Unterscheidung differenter Sedimenttypen mit FMGT (QPS) anhand der Analyse der Signal- Rückstrahlintensitäten (Mosaik), wurde begonnen. Der nächste Schritt ist die Klassifizierung der Meeresbodenablagerungen basierend auf der Angular-Range-Analysis (ARA) wobei winkelabhängige Änderungen der Rückstrahlintensität mittels des Jackson Modells dem wahrscheinlichsten Sedimenttyp zugeordnet werden. Die Rückstrahlintensitäten zeigen, dass neben dem NOAH Gebiet I auf der Dogger Bank auch die Gebiete G, H und F weiter südöstlich, einem starken anthropogenen Stress durch bodenberührende Fischerei ausgesetzt sind. Bei den Spuren handelt es sich um 2 quasi parallele ca. 9 m breite und ca. 10 cm tiefe Furchen, die in einem Abstand von ca m verlaufen. Die Furchen entsprechen der ungefähren Breite von Kurrbäumen. In der Baumkurrenfischerei kommen zwei Netze und Kurrbäume gleichzeitig zum Einsatz, die steuerbords und backbords ausgebracht werden. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Spuren bis zu 3 Monate überdauern können, bevor sie durch Umlagerungsprozesse, verwischt werden. Im Gebiet NOAH E wurden auf der FS Heincke 468 Ausfahrt ca cm tiefe und m lange Vertiefungen entdeckt, die auf früheren Fahrten nicht in dieser Ausprägung vorhanden waren (Abb.1). Sie sind bevorzugt in NNO-SSW Richtung elongiert und reihen sich teilweise Perlschnurartig aneinander. Zumeist auf ihrer Ostseite befindet sich ein ca m hoher Sedimentwall. Geht man davon aus, dass es sich um Pockmark-ähnliche Strukturen handelt und der Wall vom ausgeblasenen Material stammt, haben sich die Strukturen überwiegend bei Westströmung gebildet. Seite 51

54 Teilprojekt 6 Abbildung 1.1. Kleinskalige Meeresbodenvertiefungen im NOAH Gebiete E (He468). Das ca. 100 m lange Profil zeigt einen Querschnitt der Vertiefungen (X- und Y-Achse in Metern). Arbeitsfeld 2 Nahrungsnetzmodellierung (Prof. Dr. Christian Möllmann, Magarethe Nowicki) Temperaturabhängigkeit von Schlüsselkomponenten im Nahrungsnetzmodell Zur Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der Nahrungsnetzdynamik in der südlichen Nordsee wurde die Dynamik einzelner Schlüsselkomponenten an die Temperatur gekoppelt. Die Temperatur beeinflusst dabei die sogenannte Search rate der Räuber und beeinflusst somit deren Nahrungsaufnahmeeffizienz. In Abb. 2.1 wird das temperatursensitive Modell mit dem Baseline Modell (monatliche Durchschnittstemperatur für den Modellzeitraum ) verglichen. Dabei wurden folgende Szenarien verglichen: (i) Temperatur des wärmsten Jahres im Modellzeitraum (2003), (ii) Temperatur des kältesten Jahres im Modellzeitraum (2007), und (iii) eine jeweilige Erhöhung der Temperatur des Modellzetraumes um 2.5 C (Klimaziel aus dem IPCC Bericht 2013/14; Durschnitt der RCP45LR1-3). Die Modellläufe zeigen, dass für die meisten funktionellen Gruppen der Anstieg der Temperatur (Temperatur in 2003 und IPCC Szenario) zu einem Abfall der Biomasse führt. Seite 52

55 Teilprojekt 6 Die kältesten Temperaturen aus dem Jahr 2007 führen dagegen zumeist zu einem Anstieg der Biomasse. Eine Ausnahme bilden jedoch der Kabeljau und Sessile Infauna, welche mit einem Anstieg der Biomasse auf höhere Temperaturen reagieren. Abbildung 2.1 Temperaturabhängige Entwicklung von Schlüsselkomponenten des Nordsee-Nahrungsnetzes Bei den benthischen Gruppen (Abb. 2.2) zeigte sich, dass die Sessile Infauna deutlich von einer Erwärmung profitieren würden, während Mobile Infauna mit einem Abfall der Biomasse reagieren würde. Andere funktionelle Gruppen zeigten dagegen keine signifikante Reaktion auf den Temperaturanstieg. Seite 53

56 Teilprojekt 6 Abbildung Temperatur-abhängige Entwicklung der benthischen Komponenten des Nordsee- Nahrungsnetzes Einfluss Fischerei auf die Nahrungsnetzdynamik Abb. 2.3 zeigt den Effekt unterschiedlicher fischereilicher Sterblichkeit des Kabeljaus auf die Dynamik aller funktioneller Gruppen im Modellzeitraum. Generell führt eine Erhöhung der Sterblichkeit des Kabeljaus (bis zu F=0.9) nicht zu drastischen Auswirkungen auf das Nahrungsnetz. Trotzdem sind einzelne Top-down Effekte zu sehen. Scholle und Kliesche reagieren mit einer erhöhte Biomassen auf die Erhöhung der Sterblichkeit des Kabeljau. Dieser klare Effekt ist darauf zurück zu führen, dass diese Arten einen Hauptanteil der Nahrung des Kabeljaus ausmachen. Mit sinkender Biomasse des Räubers steigt folglich die Biomasse der Beutearten ansteigen. Die Hauptbeute von Scholle und Kliesche sind insbesondere die mobile Epi- und Infauna: Insbesondere die Infauna wird indirekt durch eine Verringerung des Kabelaubestandes negativ beeinflusst. Modellläufe mit unterschiedlichen fischereilichen Sterblichkeit der Scholle (Abb. 2.4) verdeutlichen die Auswirkungen auf die benthischen Gruppen. Der Anstieg der Schollenbiomasse im Plaice FMSY Modelllauf geht mit einem Abfall der Biomasse der funktionellen Gruppe Mobile Epifauna einher. Zusätzlich bewirkt der Anstieg der Schollenbiomasse auch einen Anstieg der Kabeljaubiomasse, da mehr Beute für den Kabeljau zur Verfügung steht. Generell dominieren in allen Modellläufen die Frassbeziehungen zwischen Kaubeljau, Kliesche und Scholle sowie der Mobilen Epi- und Seite 54

57 Teilprojekt 6 Infauna. Generell zeigen die zeitlichen Verläufe einen starken Einfluss der Fischerei auf die Biomasse von Schlüsselarten. Abbildung 2.3 Effekt von verschiedenen Befischungsszenarios des Kabeljaus auf die Dynamik von Schlüsselkomponenten des Nordseenahrungsnetzes Seite 55

58 Teilprojekt 6 Abbildung 2.4 Effekt von verschiedenen Befischungsszenarios der Scholle auf die Dynamik von Schlüsselkomponenten des Nordseenahrunsgnetzes. Arbeitsfeld 3 Kosteneffektives Risikomanagement (Prof. Dr. Hermann Held, Benjamin Blanz) Während der Synthese-Phase des NOAH-Projekts wurde die Kalibrierung des in der ersten Phase entwickelten Modells fortgeführt und das Modell weiterentwickelt. Zum einen wurde das Modell um die Möglichkeit erweitert, die verwendeten Fanggeräte pro Periode endogen zu bestimmen. Zum anderen wurde das Modell um den zusätzlichen Einfluss von Windenergieanlagen erweitert. Diese Arbeiten werden in den folgenden Absätzen genauer beschrieben. Ein wichtiger Aspekt während der Entwicklung des Modells, schon in der ersten Phase des Projekts, war das Vorhandensein von Beifang in der Fischerei. Beifang ist in diesem Kontext als Fang von Fischen, die nicht der Zielspezies des gewählten Fanggerätes angehören, zu verstehen. Obwohl Beifang als wichtiges Problem im Fischereimanagement bekannt ist, wird dieser in vielen ökonomischen Modellen nicht abgebildet. Für NOAH wurde daher ein bestehendes ökonomisch-ökologisches Multi-Spezies-Modell um Beifang erweitert. Die Arbeiten an dieser Erweiterung dauerten bis in die Synthese-Phase von Seite 56

59 Teilprojekt 6 NOAH an. Mit diesem Modell ist es nun möglich, die Auswirkungen von Beifang nicht nur auf das Ökosystem, sondern auch auf die wirtschaftlichen Akteure zu untersuchen. Die wichtigsten Ergebnisse mit diesem neuen Modell neben der Replikation der erhöhten fischereilichen Mortalität durch Beifang sind, dass sogar sehr starker Beifang in seiner Auswirkung auf die fischereilichen Mortalität begrenzt sein kann und dass ökonomische Variablen wie Beschäftigung und Preise drastisch durch ein Verbot von Rückwurf von Beifang (discards) beeinflusst werden. In der während der ersten Phase des Projekts entwickelten Fassung des Modells wurde bereits der betriebene Aufwand pro Fanggerät endogen bestimmt. Ferner wurden bereits als dynamische Antwort Fanggeräte entfernt, wenn die jeweilige Zielspezies abgestorben war. Bei Fanggeräten mit Beifang kann es jedoch auch, ohne dass eine Spezies abstirbt, dazu kommen, dass ein Fanggerät nicht mehr wirtschaftlich ist. In Synthese-Phase wurde das Modell verbessert, so dass derartige Fanggeräte nun endogen deaktiviert und bei veränderten Beständen ggf. auch wieder reaktiviert werden. Für eine Konfiguration mit zwei Spezies und zwei möglichen Fanggeräten wurden die Parameter- und Bestandsbedingungen analytisch bestimmt, um zwischen dem Zustand mit allen Fanggeräten in Verwendung und nur einem zu wechseln. In Ab. 3.1 ist ein Vergleich der Dynamik des Modells mit und ohne Beifang zu sehen. Es ist deutlich erkennbar, dass der Beifang die Fangmortalität deutlich erhöht und daraus resultierend starke Veränderungen sowohl in den Beständen (a) als auch in den Preisen (b), den Beschäftigungsgraden (d) und den damit verbundenen Fangintensitäten (c) verursacht. Stützte sich daher ein Management auf ein Modell ohne Beifang, wäre mit spürbar sub-optimalen Empfehlungen zu rechnen, wenn in der Realität Beifang relevant ist. Seite 57

60 Teilprojekt 6 Abbidlung 3.1 Dynamische Veränderungen von Beständen (a), Preisen (b), Fangmengen (c) und Anzahl an Firmen (d) im Zeitverlauf eines Modellaufs ohne (gestrichelte Linien) und mit Beifang starkem (durchgezogene Linien). Modellierte Konsumenten haben eine sehr starke Präferenz für Fischkonsum. Die Größe des gemachten Fehlers hängt von verschieden Parametern des Modells ab insbesondere der Beifangsintensität. In Abb. 3.2 ist der Einfluss der Beifangsintensität eines der Fanggeräte (Tool 2) auf das Ergebnis des Modells im Gleichgewicht erkennbar Tool 1 hat keinen Beifang. Zum einen wird hier ebenfalls deutlich, wie sehr sich das Modellergebnis durch Beifang verändert. Zum anderen kann aus den abgebildeten Ergebnissen der Effekt eines Rückwurfverbots abgelesen werden. Von besonderem Interesse ist, dass bei höherer Beifangsintensität von Tool 2 das andere Fanggerät (Tool 1) komplett vom Markt verdrängt wird, da die Zielspezies dieses Fanggeräts preiswerter im Beifang von Tool 2 gefangen werden kann als mit Tool 1. Ab diesem Punkt wechselt das Modell in einen Modus mit nur einem aktiven Fanggerät, dadurch sind die Fangmengen der beiden Spezies nicht mehr unabhängig voneinander durch Marktmechanismen oder ein Management steuerbar. Dies ist klar in Abb. 3.2 sichtbar. Ab einer Beifangsintensität von 0.18 wird Tool 2 nicht mehr verwendet und die Anzahl an Firmen ist konstant. Die Veränderung der anderen variablen im Gleichgewicht hängt daher direkt von der veränderten Beifangsintensität ab. Die steigende Produktion mit Tool 2 kann nicht mehr durch eine Reduktion der Firmen mit Tool 1 ausgeglichen Seite 58

61 Teilprojekt 6 werden. Dadurch kommt es zu einem massiven Preisverfall von Spezies 1. Da die Fangintensität von Spezies 2 mit Tool 2 unverändert bleibt, sind die Anpassungen im Preis dieser Spezies nur auf den veränderten Preis Spezies 1 zurückzuführen. Bei niedrigeren Beifangsintensitäten hingegen sind beide Fanggeräte in Verwendung. Ein erhöhtes Angebot durch Firmen mit Tool 2 kann durch eine Reduktion der Aktivität von Firmen mit Tool 1 ausgeglichen werden, wodurch der Preis von Spezies 1 relativ konstant bleibt. Abbildung 3.2 Equilibrium Werte von Beständen (a), Preisen (b), Fangmengen (c) und Anzahl an Firmen (d) für Modelläufe mit unterschiedlich starkem Beifang von Tool 2. Tool 1 hat keinen Beifang (fängt nur Spezies 1). Die Beifang-Intensität von Tool 2 ist entlang der horizontalen Achse abgebildet. Am linken Rand hat Tool 2 keinen Beifang (fängt nur Spezies 2), am rechten ist der Beifang an Spezies 1 beinahe so groß wie der Fang der Zielspezies (Spezies 2). Ist der Rückwurf von Beifang erlaubt, fängt der Fischer nach wie vor beide Spezies, behält aber nur den Fang seiner Zielspezies und bringt auch nur diesen auf den Markt. Aus Sicht der Konsumenten besteht der angebotene Fang daher nur aus den jeweils als Zielspezies gefangenen Mengen, als ob die Fische mit perfekter Selektivität gefangen worden wären. Das Ökosystem hingegen erfährt die Mortalität für den gesamten Fang auch zurückgeworfene Fische sterben. Wird nun, für eine gegebene Beifangsintensität, der Rückwurf verboten, verändert sich das am Markt verfügbare Angebot dementsprechend, da auch die als Beifang gefangenen Spezies angeboten werden müssen. Intuitiv führt dieses Seite 59

62 Teilprojekt 6 gesteigerte Angebot zu niedrigeren Preisen für Konsumenten. Zusätzlich kann es jedoch auch dazu kommen, dass Firmen, die bestimmte Fanggeräte verwenden, vom Markt verdrängt werden. Der Fall ohne Rückwurfverbot ist in Panels (b), (c) und (d) am linken Rand der Beifang landet nicht auf dem Markt und hat daher keinen Einfluss auf Marktvariablen und in (a) für die gesuchte Beifangsintensität sichtbar das Ökosystem erfährt auch den Beifang. Mit einem Rückwurfverbot ist das Ergebnis in allen Panels an der gesuchten Beifangsintensität ablesbar. Aus dem Unterschied dieser Werte ergibt sich die Wichtigkeit, Beifang in der Bewertung von Managementansätzen zu berücksichtigen. Eine Besonderheit des Modells ist, dass es analytisch gelöst wurde. Dies ermöglicht es, die Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der Fanggeräte, dem Konsumverhalten der Nachfrager und der Bestände zu untersuchen. Beispielsweise kann bestimmt werden, wie groß der durch nicht Beachtung des Beifangs entstandene Fehler ist. Gleichermaßen konnten die Bedingungen bestimmt werden, gegeben derer Beifang keinerlei Einfluss auf Bestände, Preise oder Fangmengen hat. Diese ist in Gleichung 1 gegeben. Hierfür es ist erforderlich, dass die Fixkosten der verfügbaren Fanggeräte (φ) in einem bestimmten Verhältnis abhängig von den jeweiligen Fangeffizienzen (ν) und der Aufwandselastizität n (ε) zueinanderstehen und beide Fanggeräte in Verwendung sind. Dies ist nur der Fall, solange die Bedingung in Gleichung 2 nicht erfüllt ist. In dieser spielt zusätzlich zu den Fangeffizienten der Geräte (ν) auch die bestandsabhängige Fangbarkeit der Spezies (χ) und die Substitutionselastizität von Fisch im Konsum (σ) eine Rolle. Gleichung 2: Bedingung für keine Veränderung des Bestands durch Beifang, gegeben, dass beide Werkzeuge in Verwendung sind. Für die Fangeffizienzen der Werkzeuge (ν) benennt der Index die Spezies, der zweite das Werkzeug. Die Fixkosten (φ) sind nur mit ihren Werkzeugen indiziert. Gleichung 2: Bedingung für die Unwirtschaftlichkeit von Werkzeug 1. Für die Fangeffizienzen der Werkzeuge (ν) benennt der Index die Spezies, der zweite das Werkzeug. Die bestandsabhängige Fangbarkeit der Spezies (χ) ist nur mit den Spezies indiziert. Für die in NOAH kalibrierten Parameter sind diese Bedingungen nicht erfüllt. Es ist davon auszugehen, dass Modelle, die Beifang nicht berücksichtigen, abgesehen von den Beschriebenen Spezialfällten zu fehlerhaften Ergebnissen kommen. Es wurde für das Modell mit Beifang das theoretische optimale Gleichgewicht bestimmt. Die Interpretation der analytischen Ergebnisse dauert jedoch noch an. Mit der analytischen Lösung des theoretischen Optimums wird der Einfluss von gesellschaftlichen Parametern, Seite 60

63 Teilprojekt 6 wie beispielsweise der Zeitpräferenz, auf den langfristigen Zustand des Ökosystems untersucht. Um den Bau von Windkraftanlagen als zusätzlichen anthropogenen Nutzungsdruck im Modell abzubilden, wurden erst die modellierungsrelevanten Eigenschaften von Windkraftanlagen im Kontext des Modells betrachtet. Hierbei spielt insbesondere der große Zeitbedarf beim Bau von Windkraftanlagen eine große Rolle. Die bisher im Modell dargestellten Akteure werden mit jährlichen Veränderungen simuliert und reagieren dynamisch auf einander. Beide Modell-Annahmen jährliche Veränderbarkeit und dynamisches Anpassen sind nicht mit Windkraftanlagen vereinbar, da diese auf einer deutlich langsameren Zeitskala gebaut werden. Aus Sicht der bereits vorhandenen Akteure des Modells Fische und Fischer stellen die Windkraftanlagen daher eine exogene Veränderung der Parameter dar, gegeben derer das Verhalten bestimmt wird. Diese Veränderung der Parameter kann zum einen als Vorher-/ Nachher-Betrachtung zu einem bestimmten Zeitpunkt implementiert werden oder es kann eine Anpassung in kleineren Schritten vorgenommen werden. In der Betrachtung des dynamischen Modells ohne Management kann die Reaktion der Akteure auf die Inbetriebnahme der Windkraftanlagen beobachtet werden. Ferner kann für jede Parametrisierung das optimale Gleichgewicht mit Management berechnet werden. Da die Kalibrierung des Modells für ein Szenario ohne Windparks durchgeführt wurde, sind für das Szenario mit Windparks nur qualitative Wenn-Dann-Aussagen, abhängig von gewählten Parameterszenarien, möglich. Als Teil der Modellimplementierung wurde eine graphische Oberfläche für das Modell entwickelt, mit der die Parameter des Modells leicht angepasst werden können und die Reaktion des Modells auf die veränderten Parameter direkt sichtbar gemacht wird. Diese kann in Stakeholder-Dialogen verwendet werden, um die Konsequenzen von vorgeschlagenen Kalibrierungen oder Managementszenarien direkt zu berechnen und darzustellen. 2. Vergleich des Stands des Vorhabens mit der ursprünglichen Arbeits-, Zeit- und Ausgabenplanung. Die Arbeiten zu allen für den Berichtszeitraum geplanten Meilensteine (2.2, 2.3, 3.1, 3.2) wurden wie geplant abgeschlossen. Der Meilenstein 1.1 umfasst mehrere Aufgaben die am 31. März 2018 abgeschlossen werden sollen. Hierzu zählen die hydroakustische Datenaufnahme mit der FS Heincke, welche fortgeführt wird und sich auf NOAH Referenzareale konzentriert, die im Rahmen von NOAH-I nicht erfasst werden konnten. Die neuen Daten werden prozessiert und in das rechnerbasierte Interpretationsprojekt integriert. Endergebnisse sind Sediment- Verteilungskarten sowie die Rekonstruktion der Sedimentmobilität und die Auswertung Seite 61

64 Teilprojekt 6 der Grundschleppnetzspuren. Hierzu liegen die Vorarbeiten in geplanten Zeitrahmen und können wie anvisiert abgeschlossen werden. 3. Haben sich die Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens innerhalb des angegebenen Berichtszeitraums gegenüber dem ursprünglichen Antrag geändert? Insgesamt nicht. Einige in der Vorhabenbeschreibung aufgeführten Erweiterungen des Modells in Arbeitsfeld 3 konnten aber nicht durchgeführt werden. Sowohl die Integration der in der ersten NOAH-Phase entwickelten Frühwarnmethode in das Modell als auch die Anwendung von Kosten-Risiko-Analyse nicht durchgeführt werden. Dies ist auf eine Verzögerung in der analytischen Bestimmung des optimalen Managements und der verwendeten Fanggeräte sowie der Kalibrierung des Modells zurückzuführen. Während die Analyse des Modells viel Zeit in Anspruch genommen hat, war die Bestimmung der Bedingungen für den Einfluss von Beifang auf die Modellvariablen in Abhängigkeit von den diskutierten Parametern mit einer numerischen Modellierung in dieser Form nicht möglich. Des Weiteren stellt sie einen wichtigen Faktor dar, um mit den gemachten Arbeiten innerhalb der ökonomischen Forschung Anklang zu finden. Ferner ist nur so ein Vergleich mit bereits existierenden Modellen in der Literatur möglich. Beispielsweise ist es durch einen Vergleich mit Vorgängermodellen, welche Beifang ignorieren, möglich abzuschätzen, ob es für das Management nötig ist, Beifang in der Fischerei zu berücksichtigen. 4. Sind inzwischen von dritter Seite Ergebnisse bekannt geworden, die für die Durchführung des Vorhabens relevant sind? Nein. 5. Sind oder werden Änderungen in der Zielsetzung notwendig? Nein, Änderungen sind nicht notwendig. 6. Fortschreibung des Verwertungsplans. Wie im Teilprojektantrag formuliert. Seite 62

65 Teilprojekt 6 Schon erfolgte Verwertung im Berichtszeitraum: Die Arbeiten zum Nahrungsnetzmodell werden momentan für eine Veröffentlichung vorbereitet. Die Arbeiten zur endogenen Bestimmung der verwendeten Fanggeräte unter Beifang sind als Beitrag zum in Hydrobiologika erscheinenden Konferenzband der North Sea Open Science Conference eingereicht. Es wird darauf hingearbeitet, auch alle anderen Ergebnisse des Projekts innerhalb des Jahres 2017 zur Veröffentlichung in wissenschaftlichen Journalen einzureichen. Das während NOAH entwickelte Modell soll im bald beginnenden Projekt SeaUseTip weiterentwickelt und verwendet werden. Die Arbeiten am Modell werden an der FNU auch nach dem Ende der Finanzierung aus NOAH fortgesetzt werden. Seite 67 63

66 Teilprojekt 7 Stand: 03 May 2017 Zwischenbericht (nach Anlage 1 zu Nr. 3.1 BNBest-BMBF 98) Zuwendungsempfänger: Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW), Hamburg Vorhabenbezeichnung: Verbundvorhaben North Sea Observation and Assessment of Habitats (NOAH) Synthese Förderkennzeichen: 03F0742D Laufzeit: Berichtszeitraum: berichtendes Teilprojekt: Teilprojekt 7: Erfassung und Bewertung von Schadstoffbudgets und -prozessen in der Deutschen Bucht - integrierende Werkzeuge zur räumlich strukturierten, nachhaltigen Meeresnutzung Verantwortlicher Teilprojektleiter: Prof. Dr. habil. Gesine Witt 1. Aufzählung der wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse und anderer wesentlicher Ereignisse. Zu Beginn des Projektes erfolgte gemeinsam mit dem Institut für Ostseeforschung (SECOS) die Beprobung von Sedimenten (n=27), Sedimentkernen (n=3; Probenanzahl: 45) sowie der fluffy layer Schicht (n=3) der NOAH Gebiete der Nordsee, des Skagerraks und Kattegats sowie der SECOS Untersuchungsgebiete der Ostsee. Derzeit werden in den genommenen Proben die hydrophoben organischen Schadstoffe (HOCs) untersucht, wobei arbeitsteilig das BSH die Sedimente untersucht (TP3) und die HAW die Untersuchung der HOC Belastung der Porenwässer durchführt. Es werden ebenfalls die Begleitparameter Korngröße und TOC bestimmt (TP3). Die Untersuchungen dauern aufgrund der großen Probenanzahl noch an. Abschließende Ergebnisse sind im September 2017 zu erwarten. Der für die marinen Gebiete adaptierte in-situ Sammler wurde erfolgreich getestet. An 45 Stationen wurden entlang eines Gradienten von West nach Ost in situ Probenehmer ausgebracht. Nach einer Beprobungszeit von drei Monaten wurden von den 45 Sammlern 27 erfolgreich aus dem Sediment geborgen. Damit handelt es sich um die bisher größte geographische Studie des Einsatzes eines in situ Gleichgewichtssammlers für die Beprobung von HOCs im Sediment-Porenwasser. Vergleichbare nationale oder internationale Studien gibt es derzeit nicht. Ein Großteil der nicht wiedergefundenen Sammler wurde vermutlich gestohlen, da die Sammler mit Edelstahlschäkeln an Seewasserzeichen befestigt waren, die entfernt wurden. Seite 64

67 Teilprojekt 7 Außerdem waren speziell in der Elbe durch die Kräfte der Tide Sammler von den Seezeichen abgerissen. Vier Sammler wurden aus dem Wasser geborgen und lagen nicht im Sediment. Diese wurden daher nicht in die Auswertung einbezogen. Ausgewählte Ergebnisse für die Porenwasserbelastung der Polyzyklischen Aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAH) und der Polychlorierten Biphenyle (PCB) sind in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt. Die Sedimentproben, die vor und nach der in situ Probenahme genommen wurden, sind mittels der ex situ Experimente im Labor untersucht worden (Proben: June und September). Die Ergebnisse wurden mit denen der in situ Probenahme verglichen. Es gab eine gute Übereinstimmung zwischen den in situ und ex situ Ergebnissen. Abweichungen waren vor allen für die PAH in den Häfen beobachtet, die vermutlich aus lokaler Ölkontamination durch die Schifffahrt herrühren (Abb. 3 und 4). Zusätzlich zu den Untersuchungen des Sediment-Porenwassers werden derzeit die Experimente in der Darß-Zingster Boddenkette zur Ermittlung der totalen Sedimentkonzentrationen der HOCs durchgeführt. Nach Beendigung dieser Messungen werden voraussichtlich bis Dezember 2017 sowohl die Porenwasserkonzentrationen der einzelnen Messstationen, deren Basistoxizität als auch die Verteilungskoeffizienten zwischen Sediment und Porenwasser vorliegen (Meilenstein 5). Abbildung 1: Ex situ und in situ Experiment für die Verteilung der PAH und PCB im Sediment Porenwasser (Konzentration in pg/l; Messstation: Rostocker Haedgehafen) Seite 65

68 Teilprojekt 7 Abbildung 2: Ex situ und in situ Experiment für die Verteilung der PAH und PCB im Sediment Porenwasser (Konzentration in pg/l; Messstation: Weser) Die biologischen Effekte von Schadstoffen sollen auf unterschiedlichen Ebenen betrachtet werden: Als Indikatoren für Effekte auf Organismen-Ebene werden die als Aktivsammler benutzten Miesmuscheln sowie Wattwürmer eingesetzt (Zusammenarbeit mit Senckenberg am Meer, TP4). Um die Biota zu analysieren, wurde die Methode zur Festphasenmikroextraktion (SPME) entwickelt. Zur Berechnung der internen Schadstoffkonzentrationen wurden die Verteilungskoeffizienten zwischen Lipid des Organismus und der PDMS Faser für PAH und PCB ermittelt (D3). K intern = C PDMS C intern (1) Eine erste Studie wurde im Jadebusen durchgeführt. Die Muschelproben wurden vom Senckenberg am Meer (TP4) bereitgestellt. In Abbildung 5 sind die Probenahmestationen dargestellt. Seite 66

69 Teilprojekt 7 Abbildung 3: Probenahmestelle von Muschel und Sediment; Karte erstellt mit Hilfe von GPS-Geoplaner auf Abbildung 4 zeigt einen Vergleich des analytischen Fehlers für die herkömmliche Extraktionsmethode mittels ASE und für die neu entwickelte SPME Faserextraktionsmethode. Bei der ASE handelt es sich um eine erschöpfende Extraktion, was bedeutet, dass der gesamte Schadstoffgehalt aus einer Probe extrahiert und dargestellt wird. Die Schwierigkeit bei der passiven Extraktion mit SPME liegt darin, dass im Gleichgewicht gemessen werden muss. Hierfür wurden kinetische Experimente durchgeführt, um die Zeit bis zur Gleichgewichtseinstellung zu ermitteln. Diese lag für alle Analyten unter 24 h. Die SPME Methode kann bis zu einem Lipidgehalt von 1,00 % durchgeführt werden. Bei geringerem Lipidgehalt ist die Methode nicht durchführbar, da das Lipid den Transfer der Schadstoffe vom Muschelgewebe in die Silikonfaser gewährleistet. Für die hier entwickelte SPME Methode wurde eine Reproduzierbarkeit mit Standardabweichungen von kleiner gleich 10 % ermittelt. Bei beiden Extraktionen ist sicherzustellen, dass keine Sedimentrückstände im Muschelgewebe zurückbleiben, da diese die Messwerte verfälschen, hier ergab sich v.a. bei der ASE Methode ein großer prozentualer Fehler (ASE ms). Seite 67