Vegetationsentwicklung in wiedervernässten Flusstalmooren Mecklenburg-Vorpommerns , Salem

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1 Vegetationsentwicklung in wiedervernässten Flusstalmooren Mecklenburg-Vorpommerns , Salem Tiemo Timmermann, Peggy Steffenhagen, Karsten Schulz, Stefan Zerbe & Annett Frick

2 1 Einführung Vegetation ist Indikator für Zustand und Leistungen von Ökosystemen ( ecosystem services, de Groot 2002). o o o Regulation: Senke C, Nährstoffe (>>Torfbildung, Torferhaltung) Landschaftswasserhaushalt Produktion: Biomasse Information : Biodiversität, Natur, Landschaft

3 1 Einführung Fragen o Welche Entwicklungen zeigt die Vegetation? o Wie sind sie zu erklären? o Welche Entwicklungen sind zu erwarten? o Wie sind sie zu bewerten (ecological services)? o Wie lassen sich Vegetationsentwicklungen steuern?

4 2 Studien der Vegetationsentwicklung in MV o o o Monitoring: Moorschutzkonzept, LIFE, DEGES etc. Diplom- und Doktorarbeiten (Universität Greifswald u.a.) Forschungsprojekte Abb.: Im Moorschutzprogramm MV vernässte Flächen in Peenetal & Trebeltal mit Satellitenbildkartierung, aus Steffenhagen & al. 2012

5 2 Studien der Vegetationsentwicklung in MV Methoden o o o o o Dauerflächenuntersuchungen Kartierungen: Gelände, Satellitenbilder Biomasseanalysen (standing crop TM, stoffliche Bilanzen) Experimente zur Steuerung der Vegetation Kennzeichnung des Standorts - Hydrologie - ehemalige Nutzungsintensität

6 2 Studien der Vegetationsentwicklung in MV Konzept Vernässungsintensitäten Vernässgs.- intensität Jahresmedian (cm über Flur) Wintermedian (cm über Flur) Beschreibung Wasserstufe Min Max Min Max Extrem permanent hoch überstaut Sehr stark permanent flach überstaut Stark langzeitig flach überstaut Schwach kurzzeitig flach überstaut

7 3 Ergebnisse: Vegetationskartierung Pentin (Peene) Grünland, extensiv genutzt Vernässung: 1998 Rohrglanzgras Wasserschwaden Vegetation 0 Offenes Wasser Schilf 2 Seggen stark vern. schwach vern. 4 sehr stark Wasserstände / Vernässungsintens. = sehr stark = stark schwach aus: TIMMERMANN & al. 2011, Telma

8 3 Ergebnisse: Vegetationskartierung Ziethen (Peene) Offenes Wasser Rohrglanzgras Vernässung: 1999 Rohrkolben Submerse Hydrophyten Schilf Vernässungsintensitäten Seggen schwach vern. sehr stark vern. stark vern. = sehr stark vernässt = stark vernässt = schwach vernässt aus: TIMMERMANN & al. 2011, Telma

9 3 Ergebnisse: Oberirdische Biomasse (standing crop) Steffenhagen et al. 2012

10 3 Ergebnisse: Nährstoffgehalte (N, P) von 6Helophyten (standing crop) und ihre jahreszeitlichen Schwankungen P [g/kg] P [kg/ha] May July 0 Phragmites Typha Glyceria Phalaris Carex 0 Phragmites 0 Phragmites Typha Typha Glyceria Glyceria Phalaris Phalaris Carex Carex Sept Schulz & al. 2011

11 Bilanzierungen mit Satellitenbildern: Jargelin (Peene) Vegetation Kohlenstoff in unterirdischer Biomasse (geschätzt) Mengenbilanzen: Biomasse (DM), C, P, N Torfbildungspotenzial Potentially peat forming vegetation Not peat forming vegetation Vegetation types DM C P N area [ha] [ha] [t] [t] [t] [t] Phragmites australis Carex spp Sum Typha latifolia Glyceria maxima 2, Phalaris arundinacea Sum Total sum Steffenhagen & al und in prep.

12 4 Resumé: Vegetationsentwicklungsreihen Schwache Vernässung / kurzzeitig flach überstaut / WS 4+

13 4 Resumé: Vegetationsentwicklungsreihen Schwache Vernässung / kurzzeitig flach überstaut / WS 4+ Polder Randow (Peene) Neukalener Wiesen Friedländer Große Wiese

14 4 Resumé: Vegetationsentwicklungsreihen Starke Vernässung / langzeitig flach überstaut / WS 5+

15 4 Resumé: Vegetationsentwicklungsreihen Starke Vernässung / langzeitig flach überstaut / WS 5+ Murchin (Peene) Polder Jargelin (Peene) Polder Randow (Peene) Polder Pentin (Peene)

16 4 Resumé: Vegetationsentwicklungsreihen Sehr starke Vernässung / permanent flach überstaut / WS 6+

17 4 Resumé: Vegetationsentwicklungsreihen Sehr starke Vernässung / permanent flach überstaut / WS 6+ Polder Ziethen (Peene) Anklamer Stadtbruch (Peene) Anklamer Stadtbruch (Peene) Anklamer Stadtbruch (Peene)

18 4 Resumé: Vegetationsentwicklungsreihen Extreme Vernässung / permanent hoch überstaut / WS 6+

19 4 Resumé: Vegetationsentwicklungsreihen Extreme Vernässung / permanent hoch überstaut / WS 6+ Anklamer Stadtbruch (Peene)

20 4 Resumé o o o o o o Die Vegetation der Flusstalmoore in MV ist geprägt durch artenarme Dominanzgesellschaften (Röhrichte, Riede, Staudenfluren, Schwimmblattgesellschaften) Hochauflösende Satellitenbilder ermöglichen großräumige Vegetationskartierungen und Stoffbilanzierungen Die Stoffbindung durch die Vegetation ist hoch, schwankt saisonal und ist stark art- und standortspezifisch Durch starke Zunahme von Schilf und Seggen besitzen große Flächen wieder das Potenzial zur Torfbildung Biomasse kann genutzt werden, wodurch gleichzeitig die Nährstoffflüsse in der Landschaft reduziert werden Lokal Regeneration artenreicher Braunmoos-Seggenriede

21 5 Ausblick: Hauptlinien der Vegetationsentwicklung Intensive Grünlandnutzung Keine Vernässung Vernässung Nährstoffreiche Sümpfe u. Flachseen Weiter Degradierende Brachen, Staudenfluren und Gehölze Flachabtorfung (extensive) Grünlandnutzung Torf bildende Sümpfe Paludikulturen Torf bildende Durchströmungsmoore

22 Flachtorfungsexperimente Renaturierung von Durchströmungsmooren im Kl. Landgraben (FöRiGeF)

23 5 Ausblick Nasse Bewirtschaftung (Paludikultur ) in Flusstalmooren Schilf Rohrkolben Erle

24 5 Ausblick Vegetationsentwicklung der Flusstalmoore MV positiv - ökologische Leistungen nehmen wieder zu: Schutz der Biodiversität Festlegung von Kohlenstoff und Nährstoffen Regulation des Wasserhaushalts Erzeugung von pflanzlichen Rohstoffen Landschaften für Erholung, Tourismus, Umweltbildung

25 5 Ausblick Aktuelle Herausforderungen: Klärung der Klimabilanz von Standorttypen und ihrer Vegetation (GEST) > Bilanzierung mit Satellitendaten Praktikabilität von Paludikulturen und Flachabtorfung Steuerung der Moor- und Vegetationsentwicklung in einer sich immer rascher wandelnden Welt

26 ielen Dank! auch an Kollegen und Freunde: Prof. Dr. Michael Succow, Dr. Lebrecht Jeschke, Dr. Uwe enschow, Dr. Ulf Schievelbein, Kees Vegelin, Dr. Wendelin Wichtmann, Dr. Ingo Koska, Anett dler, Rene Domain, Thomas Heinicke, Hagen Koksch, Arndt Müller, Anja Prager, Janine Rösler laudia Sütering, Romy Zimmermann, Nicole Priller, Eike Beutler, Baburam Bhattarai, Romy lonus sowie der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) und dem LUNG M-V Anklamer Stadtbruch (2003), Typha latifolia, Carex acutiformis und Glyceria maxima, Foto: Karsten Schulz

27 Example II: Restoring Peat Growth and Bird Diversity by Flooding Fen Grasslands Left: Mapping Peat growth potential by means of indicator plant species. Right: Mosaics of reed plants in rewetted fen grasslands (Peene Valley, Germany) are very suitable bird habitats. PF: peat forming PPF: potentially peat forming PC: peat conserving PD: peat degradation OP: open water

28 3 Ergebnisse: Beispiel Peenetal Dauerflächen Polder Randow (n = 23 plots á 16m²) Vernässung: schwach stark sehr stark 100% Grünland Rohrglanzgras Gr. Wasserschwaden Br. Rohrkolben Großseggen Hydrophyten Offenes Wasser TIMMERMANN & al. 2006, JAVS

29 2 Theory Ernst Moritz Arndt University of Greifswald Exspected succession after flooding Course of succession Submerse hydrophytes Shallow lakes Reeds with Typha, Phragmites and Carex Paludification mires, Transgression mires Tall Carex reeds Brown moss Carex reeds Sloping mires (surface flow) Spring mires Percolation mires Peat formation + surface lifting Peat water capacity + water isolation Water blocking + water level rise Surface Inclination + percolation

30 River Randow, NE-Germany, August 1986, Photo: M. Succow

31 Polder Randow (Peene) Rewetting: (Helke 2000) 2004 (Schulz 2005) Species-poor Grasslands (Cynosurion, Deschampsietalia) Tall herb vegetation (Calystegio-Filipenduletalia) Open water Reeds: Typha latifolia, Glyceria maxima, Phalaris, Carex spp., Phragmites Woodlands: Salix cinerea, S. pentandra, Alnus glutinosa

32 Polder Zartenstrom (Peene) Rewetting: (nach Prager) 2003 (Schulz)

33 Transect strip Polder Pentin (Peene) Water level classes Timmermann & al. 2006

34 Polder Ziethen 2 (Peene) Rewetting: Timmermann & al Photos: K. Schulz 2004 Water level classes evel classes Water level classes

35 3 Ausgewählte Ergebnisse Ökologische Moortypen mit Wiedervernässungen: o Nährstoff- und basenreiche, Moore der Flusstäler (v.a. Grassland, Wälder) o Nährstoffarm- saure Moore (Regenmoore, Kessel- und Verlandungsmoore)

36 3 Ausgewählte Ergebnisse Ökologische Moortypen mit Wiedervernässungen: o Nährstoff- und basenreiche, Moore der Flusstäler (v.a. Grassland, Wälder) o Nährstoffarm- saure Moore (Regenmoore, Kessel- und Verlandungsmoore)

37 2 Important Ecological Services of Mires 1. Biodiversity: Habitat s of rare species, rare ecosystem types 2. Regulation - Climate: C sink - Water: flood prevention, water purification (N, P, C etc)

43 History of Mires and Peatlands in Germany (M. Succow 2001) I. ~ 12,000 5,000 yrs B.P. Age of natural mire landscape II. ~ yrs B.P. Age of anthropogenic support of mires III. ~ /60 IV. ~ 1950/ Age of peat cuttings and grasslands Age of industrial grassland use V. ~ Age of low-intensity grassland use VI. ~ after 2000 VII. ~ since 2010 Age of polytrophic swamps (restoration) Age of peat formation and sustainable use of peatlands ( paludicultures )

44 Percolation mire in the Peene River near Anklam (NE-Germany) Vegetation Changes Dry meadow Fallow grassland Reed with trees Water Wet meadow Forest Reed Town Van Diggelen & Wierda 1995

45 Global Warming Potential (GWP) and water level GWP = CO2 + NOx + CH4 Red: CO2 Blue: CH4 Black: GWP GWP Mean Water Level After Couwenberg 2008

46 Summary: Ecosystem components changed by mire degradation 1. Hydrology (Water): lower mean water levels, higher amplitudes 2. Peat: decomposition, nutrient and C release 3. Vegetation and Fauna: increase of eutrophent species poor peatlands 4. Surface Height and Relief: peat loss due to mineralisation and peat cutting

47 4. Restoration Objectives, Principles and Tools?!? Peatland: Stratigraphy-Investigation: Calcarous gyttja, Germany 1992

48 General Mire Restoration Ojectives 1. Regulation: e.g. climate (C- and N- fixation / accumulation) and hydrology (nutrient fix., flood prevention) 2. Biodiversity: e.g. species, habitats, ecosystems 3. Natural processes (= doing nothing) 4. Information: e.g. recreation, knowledge, experiences etc. 5. Production: paludicultures, extensive used grasslands

49 Transekt 6 Landscape Analysis Peat Stratigraphy & Soils Transekt 2 Transekt 3 Transekt 1 Transekt 4 Transekt 5

50 3.2 Stratigraphy and top soil degradation Transect 2 Red = peats H8 H10 Green = peats H5 H7 Grey = clayey layers Yellow = sand 50

51 Status description Evaluation Restoration Targets

52 Reference Ecosystem First Developments January 2011 Gützkower Wiesen Mestrophic base rich: Brown Moos - Carex - Comm.

53 Top Soil Removal: Pros & Contras Pro Removal of nutrients and (species poor) vegetation Surface comes near the ground water level Undegraded soils at the surface > Large soil pores enable percolation > diaspore input easy (hay) > establishment of target vegetation possible Contra Expensive Seedbank destruction (positive if no target species left) How getting rid of peat?

54 Case study: Flooding of eutrophic fen grasslands in the Peene River Peene river valley, Murchiner Wiesen (2003), 1 year after rewetting with high intensity, photo: Karsten Schulz

55 Peene river valley, Polder Bugewitz (2003), green algae and Typha latifolia, photo: Karsten Schulz

56 Restoration measures raised mean water levels cm Peene River, photos: Frank Hennecke

57 Biomass: Aboveground Standing crop (dm) Steffenhagen & al TS [t/ha] N = Phragmites australis Glyceria maxima Carex acutiformis Typha latifolia Carex riparia Phalaris arundinacea Art

58 litter layer (L1) 5 cm low decomposed root layer (L2) 15 cm degraded peat layer (L3) 30 cm Soil profile of Glyceria maxima L1: litter layer L2: main rooting zone L3: degraded peat, no rhizomes

59 Flooding of eutrophic grasslands: Pros & Contras Pro Stop of peat mineralisation and Co2 and NOx emissions Natural near reed vegetation Initial Peat formation Bird habitat Cheap method Contra Nutrient rich sites with species poor vegetation Initially high CH4 emissions (negative climate effect) Risk of P mobility and export (eutrophication)

60 Global Warming Potential (GWP) and water level GWP = CO2 + NOx + CH4 Red: CO2 Blue: CH4 Black: GWP GWP Mean Water Level After Couwenberg 2008

61 6. Paludicultures Sustainable production of biomass in rewetted peatlands Common reed, cattail, sedges Alder (Alnus glutinosa) Peat Moss (Sphagnum spp.)