Auswirkungen des Klimawandels auf Fauna, Flora und Lebensräume sowie Anpassungsstrategien des Naturschutzes

Transkript

1 Auswirkungen des Klimawandels auf Fauna, Flora und Lebensräume sowie Anpassungsstrategien des Naturschutzes Carl Beierkuhnlein Bonn, 1. bis 3. März 2010 FKZ

2 Motivation Beierkuhnlein & Foken Klimawandel in Bayern- Auswirkungen und Anpassungsmöglichkeiten. Bayreuther Forum Ökologie 113: 501 S.

3 Motivation Vielfältige bestehende Beeinträchtigungen Habitatverlust Fragmentierung Umweltbelastung Urbanisierung Intensivierung der Landnutzung Klimatrends Klimaextreme Resilienz Interaktionen Aussterben Zuwanderung Ungewissheit bezüglich künftiger Entwicklungen Verlust / Beeinträchtigung von Biodiversität Verlust / Beeinträchtigung von Lebensräumen Anpassung durch natürliche Mechanismen? Gefährdung von Arten, Habitaten und Schutzgebieten Förderung von Arten, Habitaten und Schutzgebieten

4 Häufigkeit heißer Tage Motivation Andauer von Hitzewellen (Della-Marta et al. 2007)

5 Projektaufgaben I) Literaturrecherche zu den Auswirkungen des Klimawandels auf Fauna, Flora und Lebensräume II) Ermittlung von Vorkommenswahrscheinlichkeiten ausgewählter Tier-Arten der Anhänge II, IV und V der FFH- Richtlinie III) Untersuchung biologischer Interaktionen zwischen Arten und Artengemeinschaften (v.a. Tierarten der Anhänge II, IV und V, FFH-LRT) IV) Entwicklung von Szenarien zur Beeinflussung oder Veränderung von Lebensräumen (FFH-Lebensraumtypen) V) Räumliche Analyse des Schutzgebietsnetzes Natura Ableitung von Handlungsoptionen VI) Erstellung einer öffentlichkeitswirksamen Broschüre

6 I. Literaturrecherche Web-basierte Recherche Fortführung und Ergänzung des erarbeiteten Schlagwort-Thesaurus des BfN (nach Leuschner & Schipka 2004) Dokumentation in Datenbank

7 I. Literaturrecherche Auswirkungen des Klimawandels auf Fauna, Flora und Lebensräume - Suche im ISI Web of Science Hauptsuchterm: climat* chang* or changing climat* or global chang* or global warming verknüpft mit verschiedenen Begriffen zu Naturschutz, Verbreitung von Arten, Modellierung, Ökologie und Schutzgebiete ("bioclim* envelop*" or "envelop* model*" or "clima* envelop*" or "bioclim* model*" or "ecosys* manage*" or "species range" or "species distribution" or (habit* AND "Natura 2000") or endangered or "ecolog* model*" or "habitat directive" or "invasive species" or "community ecology" or "population* ecology" or sac or "Special area of conservation" or spa or "special protection area" or "conservation biology" or fragmentation or "habitat model" or "nature reserv*" or "range expansion" or "range extension" or "red list" or (biol* AND conservation) or "sites of community importance" or "national park" or "biosphere reserve") Einschränkung auf rezenten Klimawandel Einschränkung auf Zeitraum 2003 bis 2008

8 I. Literaturrecherche Auswirkungen des Klimawandels auf biotische Interaktionen - Suche im ISI Web of Science Hauptsuchterm: climat* chang* or changing climat* or global chang* or global warming verknüpft mit verschiedenen Begriffen zu biotischen Interaktionen ( plant interact* or intraspecific or interspecific or species interact* or populat* or community or insect* or symbio* or parasit* or mutual* or mycorrhiz* or herbivor* or pollin* or trophic* or coex* or bio* interact* ) Einschränkung auf rezenten Klimawandel Zeitraum 1991 bis 2008

9 I. Literaturrecherche Aussortierung von nicht relevanter Literatur (z.b. Artikel, die Klimawandel erwähnen, aber dessen Auswirkungen nicht explizit untersuchen) Auswertung in Access-Datenbank anhand verschiedener Kriterien Verschlagwortung (Thesaurus) Erstellung einer Literaturdatenbank (Abgabe ans BfN im Mai `09)

10 I. Literaturrecherche Auswertung

11 I. Literaturrecherche Fauna, Flora und Lebensräume 1277 wissenschaftliche Artikel 597 relevante Artikel anhand der Abstracts ausgewertet Klimawandel (KW) KW + Naturschutz KW + Verbreitung KW + Modellierung KW + Ökologie KW + Schutzgebiete Gesamtzahl an Publikationen zu Klimawandel und spezifischen Themen von 2003 bis 2008 Entwicklung der Publikationen zu Auswirkungen des Klimawandels von 2003 bis 2008

12 Geografischer Schwerpunkt klimawandelorientierter Forschung in Europa von 2003 bis 2008 I. Literaturrecherche Fauna, Flora und Lebensräume Länder nach Anzahl der Publikationen im Zeitraum 2003 bis 2008

13 I. Literaturrecherche Fauna, Flora und Lebensräume Anzahl Publikationen zu Auswirkungen des Klimawandels auf Fauna, Flora und Lebensräume je Land 2003 bis 2008; ermittelt anhand des Sitzes des Erstautors/in

14 I. Literaturrecherche Fauna, Flora und Lebensräume Untersuchungsgebiete, ermittelt aus Veröffentlichungen zu Auswirkungen des Klimawandels auf Fauna, Flora und Lebensräume 2003 bis Arbeiten zu globalen Prozessen oder ganzen Kontinenten (Ausn.: Australien), wurden nicht berücksichtigt

15 I. Literaturrecherche Biotische Interaktionen 1029 wissenschaftliche Artikel 313 relevante Artikel anhand der Abstracts ausgewertet Gesamtzahl an Publikationen zu Klimawandel / biotischen Interaktionen 1991 bis 2008 Fokus der Publikationen bezogen auf trophische Ebene der Organismen

16 I. Literaturrecherche Biotische Interaktionen Anzahl Publikationen bezogen auf untersuchte Interaktionspartner Anzahl Publikationen bezogen auf untersuchte Klimafaktoren

17 II. Vorkommenswahrscheinlichkeit

18 II. Vorkommenswahrscheinlichkeit 1182 FFH-Arten in der EU, davon 144 Arten durch Klimawandel beeinflusst Sensitivität von FFH-Tierarten Pflanzen Tiere Anhang II nur Anhang IV nur Anhang V FFH-Arten in Deutschland, davon 184 Tierarten Artengruppe Amphibien Anzahl Arten in dieser Gruppe 51 durch Klimawandel beeinflusst 23 Quelle: BfN, 2009 beeinflusste Arten in % Tierarten als prioritär eingestuft Arthropoden Säugetiere Mollusken Reptilien Fische Quelle: ETC/BD, Paris, 2008

19 II. Vorkommenswahrscheinlichkeit Grundlagen Modellierung Anwendung verschiedener globaler Klimamodelle regionale Klimamodelle (WETTREG, REMO) für unsere Zwecke zu begrenzt Anwendung mehrerer Szenarien Geplante Verwendung von globalen Klimamodellen innerhalb des Projektes sowie verfügbare Szenarien Klimamodelle HadCM3 CSIRO2 PCM ECHAM/MPIO M BCM2 verfügbare Szenarien A2, B1, A1FI A2 A2 A1B, B1 A1B, B1, A2 verfügbar aus ALARM-Projekt CLM ENSEMBLES A1FI: Erwärmung um 4,0 C bis 2100!! Mittlere globale Erwärmung der Erdoberfläche in Abhängigkeit von Emissionsszenarien (nach IPCC, 2007); aus: Bayerisches Landesamt für Umwelt (2008): Klimaanpassung Bayern 2020

20 II. Vorkommenswahrscheinlichkeit Beispiel: ausgewählte Arten der Gattung Lacerta Modellierung der Verbreitungsänderung von FFH-Tierarten der Anhänge II, IV und V Modellierung auf europäischer Skala (Einwanderung von Arten aus Nachbarländern?) Westliche Smaragdeidechse, Östliche Smaragdeidechse, Zauneidechse (Anhang IV) Smaragdeidechsen mit lokalem Vorkommen in Deutschland Thermophile Arten (+ Zauneidechse als klimawandelsensitiv eingestuft (Artikel 17 Bericht, FFH-RL))

21 II. Vorkommenswahrscheinlichkeit Art Lacerta viridis aktuelle Vebreitungsfläche [km²] (Stand 2007) zukünftiges Vorkommen, , A2, BRT + 30,5% Östliche Smaragdeidechse (Lacerta viridis) Torsten Bittner wichtigste Variablen: Tagestemperaturschwankung im Oktober Bewölkung im März Niederschlag im Januar, Juni und Mai aktuelle Verbreitung Aktuelle und potenzielle zukünftige Verbreitung bei uneingeschränkter Ausbreitung, Klimamodell: HadCM3, Szenario: A2, Modellierung mit Boosted Regression Trees (BRT), AUC: 0,91

22 II. Vorkommenswahrscheinlichkeit Art Lacerta bilineata aktuelle Vebreitungsfläche [km²] (Stand 2007) zukünftiges Vorkommen, , A2, BRT - 37,8% Westliche Smaragdeidechse (Lacerta bilineata) philip de pous ( wichtigste Variablen: Maximale Bewölkung Minimumtemperatur im kältesten Monat Minimum des Niederschlags Niederschlag im Oktober, April, Mai und Juli Minimum der Tagestemperaturschwankung aktuelle Verbreitung Aktuelle und potenzielle zukünftige Verbreitung bei uneingeschränkter Ausbreitung, Klimamodell: HadCM3, Szenario: A2, Modellierung mit Boosted Regression Trees (BRT), AUC: 0,95

23 II. Vorkommenswahrscheinlichkeit Art Lacerta agilis aktuelle Vebreitungsfläche [km²] (Stand 2007) zukünftiges Vorkommen, , A2, BRT + 30,1% Zauneidechse (Lacerta agilis) Torsten Bittner wichtigste Variablen: Tagestemperaturschwankung im Dezember und April Luftdruck im Juni Niederschlag im Juni, Januar und Mai maximaler Jahresniederschlag Bewölkung im Januar aktuelle Verbreitung Aktuelle und potenzielle zukünftige Verbreitung bei uneingeschränkter Ausbreitung, Klimamodell: HadCM3, Szenario: A2, Modellierung mit Boosted Regression Trees (BRT), AUC: 0,93

24 II. Vorkommenswahrscheinlichkeit Herausforderungen für die Modellierung: Integration von Ausbreitungsprozessen, z.b.: Geschwindigkeit Barrieren (natürlich, anthropogen) Integration von biotischen Interaktionen, z.b.: Futterpflanzen Konkurrenz Integration von klimatischen Extremereignissen Integration von Landnutzung

25 III. Interaktionen Untersuchung biologischer Interaktionen zwischen Arten von hohem naturschutzfachlichen Interesse und innerhalb von erhaltenswerten, gefährdeten Artengemeinschaften sowie in Lebensgemeinschaften mit wachsendem Potenzial. Literaturstudie mit umfassenderem Artenspektrum Modellierung und Datenauswertung stärker eingegrenzt. Tierarten der FFH-Richtline Vogelarten der Vogelschutz-Richtlinie (Anhang I und Zugvögel) Charakteristische Arten der FFH-Lebensraumtypen Auswahl gefährdeter Arten Funktionelle und strukturelle Schlüsselarten

26 III. Interaktionen Auswertung von Ergebnissen nationaler Konsortien Metaanalysen von Daten internationaler Konsortien Auswertung experimenteller Projekte im Hinblick auf Interaktionen Grundsätzliche Mechanismen (Einfluss der Biodiversität, Rolle der Populationsdichte, Rolle tropischer Ebenen etc.) Spezielle Mechanismen (ausgewählte Habitate, typische, seltene und gefährdete Arten etc.) Aufzeigen allgemeiner Muster in der Reaktion ökologischer Komplexität Literatur- und Quellenstudium und Auswertung Modellierung biotischer Interaktionen unter neuem Klima Simulation der Effekte auf Wechselwirkungen Identifikation konkreter Beeinflussung biotischer Interaktionen Statistische Tests experimenteller Befunde

27 III. Interaktionen Starke Effekte von Trockenheit auf mittleres Blühdatum und auf Blühdauer aber nur in artenreichen Lebensgemeinschaften! Desynchronisierung mit Bestäubern? Jentsch Kreyling Böttcher-Treschkow Beierkuhnlein Beyond gradual warming - effects of extreme weather events on flower phenology Global Change Biology 14, 1-13

28 III. Interaktionen Datengeleiteter Ansatz : Verbreitung interagierender Arten Für jene FFH-Tierarten, deren Verbreitung sich nicht ausreichend allein aus klimatischen Variablen modellieren lassen: Einbeziehung Interaktionspartner Verbreitung aufgrund Klimatischer Filter biologischer Filter Primärer Filter + Interaktionspartner klimatische Nische realisierte Nische Auseinanderlaufen der klimatischen Nische für bereits vorkommende FFH-Arten und ihre Begleitarten? oder Einwanderung von (sub)-mediterranen FFH-Arten mit Interaktionspartnern? Entstehen neue Schutzverantwortungen?

29 III. Interaktionen Abschätzung der Konsequenzen (bis 2050) Verstärkung von Rückgang- und Aussterbeprozessen? Stabilisierung von Populationen und Habitaten? Ohne erkennbaren Einfluss?

30 IV. Lebensräume Entwicklung von Szenarien zur Beeinflussung oder Veränderung von Lebensräumen durch den Klimawandel Veränderung klimatischer Gegebenheiten Veränderung der Biodiversität

31 IV. Lebensräume Lebensraumgruppe Durch Klimawandel beeinflusst Lebensräume pro Gruppe Beinflusste Lebensräume in % Sensitivität nach Petermann et al Hoch- & Niedermoore ,5 Dünen ,2 Wälder ,1 Heide Hartlaubgebüsche Küstenbereiche ,2 Felsige Lebensräume ,4 Grasland ,9 Süßwasserlebensräume ,6 ETC/BD Paris 2009 o 19% aller Lebensraumtypen klimasensitiv (EEA) o Liste jedoch unvollständig. 5/11

32 Active raised bogs and degraded bogs (7110 & 7120) IV. Lebensräume 8/11

33 IV. Lebensräume current

34 IV. Lebensräume Xeric sand calcareous grasslands (6120) Charakteristische Arten: Alyssum montanum Cardaminopsis arenosa Cerastium arvense Dianthus arenarius Dianthus deltoides Gypsophila fastigiata Herniaria glabra Petrorhagia prolifera Potentilla argentea Sedum reflexum Silene chlorantha Silene otites All plant pictures from T. Muer, F. Riegel, O. Angerer

35 Xeric sand calcareous grasslands (6120) IV. Lebensräume Current distribution (EU) of habitat type 6120

36 IV. Lebensräume GLM with no dispersal Current (predicted) A2, HadCM3, Habitat by Environment AUC (test data): 0.98 Slope: 1.03 Habitat by Species AUC (test data): 0.96 Slope: 0.97 Grey points: predicted presence One-time data splitting (70% training, 30% test), variable selection, interactions and quadratic terms 0Probability of occurrence 1

37 IV. Lebensräume RF with no dispersal Current (predicted) A2, HadCM3, Habitat by Environment AUC (test data): 0.97 Slope: 1.19 Habitat by Species AUC (test data): 0.81 Slope: 0.44 Grey points: predicted presence One-time data splitting (70% training, 30% test), variable selection, interactions and quadratic terms 0Probability of occurrence 1

38 IV. Lebensräume Die Invasibilität von Lebensgemeinschaften erhöht sich als Folge von Starkregenereignissen. Trockenheit bewirkt weniger Invasion. Allerdings wird die Invasibilität durch die Biodiversität kontrolliert! Kreyling, Beierkuhnlein, Ellis, Jentsch Invasibility of grassland and heath communities exposed to extreme weather events - additive effects of biotic resistance and fluctuating physical environment. Oikos, 117,

39 V. Schutzgebiete WDPA Räumliche Analyse des Schutzgebietsnetzes Natura Ableitung von Handlungsoptionen World Data Base on Protected Areas

40 VI. Broschüre Die Erstellung einer publikumswirksamen Broschüre zum Thema ist in Arbeit.

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42 Verbreitungsdynamiken & Schutzgebiete Methoden der Schutzgebietsauswahl Zulassen von Dynamik und Veränderungen des Verbreitungsgebietes Entkopplung / Neuorganisation von Interaktionen Veränderungen in ökologischen Gemeinschaften und dessen Auswirkungen invasive Arten Gefährdete Lebensräume / Neuartige Lebensräume Landnutzungsveränderungen Nährstoffeintrag Ökosystemfunktionen vs. Biodiversität: Erweiterung der Naturschutzansätze Auswirkungen auf funktionale Diversität Verlust von genetischer Diversität Herausforderungen Ergänzende Naturschutztechniken flexible, reversible und gemischte Ansätze im Ökosystemmanagement Translokation im Klimawandel ( assisted migration )

43 Herausforderungen Anpassung im Naturschutz Entwicklung neuer Leitbilder Erhalt ausreichend großer Populationen Zulassen von Dynamik Schaffung von großflächigen Sukzessionsflächen in Talräumen (dienen auch der Flutretention) Konzentration des Artenschutzes auf gebietstypische und endemische Arten Entfernung von Ausbreitungsbarrieren und verbesserte Vernetzung von Habitaten

44 Herausforderungen Sommertrockenheit 2003 Quercus petraea & Carpinus betulus Wirsberg, Frankenwald,

45 Herausforderungen Late frost and snow during may 2004 at Waldstein, Fichtelgebirge. Beech is already fully foliated. Such events are expected to occur also in future.

46 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

47 Biodiversität Insurance Effect Erst bei einer Änderung der Umweltbedingungen wird Artenvielfalt wirksam Beierkuhnlein, C. & Jentsch, A. (2004) Ecological importance of species diversity. A review on the ecological implications of species diversity in plant communities. In: Henry, R. (ed.): Diversity and Evolution of Plants. CAB International,