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KLIMZUG-NORD Projekt des Monats August 2013

Wie wird sich der Klimawandel auf die Vegetation von Auenwiesen entlang der Elbe auswirken? (TP 3.2)

Auen sind Übergangsbereiche zwischen Land und Fluss und werden durch das Zusammenspiel von Überflutungen, Sedimentation und Erosion gestaltet. Die mehr oder weniger regelmäßigen Überflutungen stellen für die Auen einen wichtigen Umweltfaktor dar. Wie oft ein Fluss über seine Ufer tritt, hängt von den klimatischen Gegebenheiten seines gesamten Einzugsgebietes ab. Beispielsweise sind für die Elbe regelmäßige Winter- und Frühlingshochwässer typisch. Extreme Regenfälle im Sommer können außer der Reihe zu Hochwässern führen und Überflutungen bewirken, wie in extremer Weise im Frühsommer 2013 an der Elbe und anderen Flüssen geschehen.

Abb1_Sommerhochwasser_KLudewig_web.jpgAbb.1: Sommerhochwasser 2010 im Auengrünland (Foto: K. Ludewig)

In der Regel sind die Auen der Elbe im Sommer überwiegend von Trockenheit geprägt. In dem Vorland zwischen Deich und Flussbett, der so genannten rezenten Aue, kann der Wasserstand im Sommer mehrere Meter niedriger als im Frühjahr liegen. In den sommerlichen Trockenphasen wird das Wasser knapp und die Pflanzen dieses sonst so wasserreichen Standortes können unter Trockenstress geraten. Allerdings haben sich im Laufe der letzten Jahrtausende gerade die Pflanzenarten in der Aue etabliert, die dort trotz dieser wechselhaften Bedingungen gut wachsen können. Darunter finden sich auch viele seltene Arten, die sonst unter ausgeglichenen Bedingungen des Wasserhaushalts nicht mit der Konkurrenzkraft anderer Pflanzenarten mithalten können. Daher kommen viele typische Auenpflanzen, die auch Stromtalpflanzen genannt werden, nur entlang großer Ströme in den Stromtalwiesen vor, welche nach der Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie der EU geschützt sind.

Durch den Klimawandel könnten die ohnehin seltenen Pflanzenarten zusätzlich gefährdet werden. Klimamodelle projizieren, dass in Norddeutschland die Sommer zum Ende des 21. Jahrhunderts trockener werden könnten. Da auch eine Zunahme der Temperaturen vorausgesagt wird, könnte dies in den bereits jetzt sommertrockenen Habitaten zu einem erhöhten Trockenstress für die Auenpflanzen führen.

Fragestellung

(I) Um zunächst herauszufinden, ob sich der Klimawandel auf das Auengrünland der Mittelelbe auswirken wird, wurde untersucht, inwiefern sich der regionale Klimagradient entlang der Mittelelbe in der Vegetation von feuchten und frischen Auenwiesen widerspiegelt. Nur wenn es einen feststellbaren und direkten Einfluss des derzeitigen Klimas auf die Auenvegetation gibt, kann man davon ausgehen, dass sich die Klimaveränderungen auch in der Zukunft auf die Auenvegetation auswirken werden.

(II) Weiterhin wurde untersucht, wie sich der Klimawandel auf die Auenwiesenvegetation auswirken könnte. Dazu wurde an zwei Standorten entlang des regionalen Klimagradienten ein Feldexperiment durchgeführt, in welchem die den Wiesen zur Verfügung stehende Niederschlagsmenge reduziert wurde, da die erhöhte sommerliche Trockenheit als eine relevante Klimaveränderung für die Auenwiesen angesehen wird.

Abb2_Freilandexperiment_KLudewig_web.jpgAbb. 2: Versuchsaufbau mit Gestellen zur Niederschlagsreduktion (Foto: K. Ludewig)

(III) Abgesehen von den Auswirkungen des Klimawandels auf die Auenwiesen haben wurde sich damit befasst, was gegen die potentiellen negativen Folgen des Klimawandels (wie die Sommertrockenheit) getan werden kann. Da der Grundwasserstand wie der Niederschlag eine wichtige Einflussgröße für den Feuchtegehalt der Böden von Stromtalwiesen ist, wurde das Anheben der Grundwasserstände durch verringerte Drainage bzw. durch das Einstellen vorhandener Wehre als mögliche Anpassungsmaßnahme gegen verstärkte Sommertrockenheit identifiziert. Aus diesem Grund wurden experimentell die Effekte von Grundwasserstand, Konkurrenz und Herkunft auf die charakteristische Stromtalwiesenart Cnidium dubium (Sumpf-Brenndolde) untersucht.

Abb3_Wasserstandsexperiment_KLudewig_web.jpgAbb. 3: Wasserstandsexperiment mit der Brenndolde ohne Konkurrenz (Foto: K. Ludewig)

Bisherige Untersuchungsergebnisse

(I): Die Analyse der Vegetation entlang des regionalklimatischen Gradienten der Mittelelbe deutet an, dass es insbesondere im feuchten Grünland aufgrund der projizierten Temperaturerhöhungen im Zuge des Klimawandels zu Veränderungen in den Deckungsverhältnissen der Vegetation kommen könnte. Auf die Verbreitung der charakteristischen Auenwiesenarten scheint das Klima  allerdings einen geringeren Einfluss als die hydrologischen Bedingungen zu haben. Daher wird der Erhalt der dynamischen Hydrologie der rezenten Aue als wichtigste Bedingung für den Schutz der charakteristischen Auenwiesenarten angesehen.

(II): Die Vegetation der Auenwiesen an den zwei Experimentalstandorten hat vergleichsweise schwach auf die veränderten Bedingungen reagiert. Die Produktivität hat sich in allen drei Untersuchungsjahren nicht aufgrund der Niederschlagsreduktion verändert. Im dritten Untersuchungsjahr 2011, in welchem die Biomasse nach funktionellen Pflanzengruppen (Leguminosen, sonstige Kräuter und Gräser) unterteilt wurde, hat sich gezeigt, dass die zweikeimblättrigen Kräuter signifikant weniger Biomasse bei Niederschlagsreduktion am kontinentaleren Standort bildeten. Dies war auch bei der einzeln untersuchten Sumpf-Brenndolde (Cnidium dubium) der Fall.

Abb4_Brenndolde_KLudewig.JPGAbb. 4: Die Sumpf-Brenndolde (Foto: K. Ludewig)

(III): Das Wasserstandsexperiment zeigte, dass sich die Sumpf-Brenndolde (Cnidium dubium) bei den experimentellen Grundwasserständen auch unter Konkurrenzbedingungen gut entwickeln konnte. Somit kann davon ausgegangen werden, dass sich in den Wiesen höher eingestellte Grundwasserstände im Sommer nicht negativ auf diese Art auswirken würden.

Handlungsempfehlungen:

Da für die Verbreitung charakteristischer Auenarten die direkten klimatischen Einflüsse von geringerer Relevanz als die Habitat-Verfügbarkeit zu sein scheinen, wird die Erhaltung sowie die Renaturierung (z.B. durch Rückdeichungen) der rezenten Aue empfohlen. Ein positiver Effekt von größeren geeigneten Habitaten ist, dass die auf sie angewiesenen Arten gefördert werden und größere Populationen bilden können. Größere Populationen von Pflanzenarten sind wiederum meist von größerer genetischer Variabilität und können sich daher besser an sich ändernde Umweltbedingungen anpassen. Weiterhin können größere Populationen mehr Samen produzieren, die potentiell an zukünftig geeignete Habitate ausgebreitet werden könnten.

Weiterhin wäre es möglich die zunehmende Trockenheit, die durch die zukünftigen geringeren Niederschläge im Sommer ausgelöst werden könnte, durch einen erhöhten Grundwasserstand auszugleichen. Dies könnte einerseits durch eine technische Anstauung des Grundwasserstands auf im Mittel ca. 20 - 60 cm unter Flur durch Wehre in Entwässerungsgräben geschehen. Andererseits könnte die Unterhaltung von Gräben eingestellt werden, dies hätte ebenfalls feuchtere Bedingungen in den Wiesen zur Folge.

Die Untersuchungen werden im Rahmen des KLIMZUG-NORD-Teilprojektes „Anpassungsstrategien im Biosphärenreservat Niedersächsische Elbtalaue am Beispiel der Auenlebensräume", durchgeführt. Koordiniert wird das Projekt von der Biosphärenreservatsverwaltung (Prof. Dr. Johannes Prüter, Christiane Schreck)

Weitere Informationen zum Teilprojekt finden Sie hier auf der KLIMZUG-NORD-Website und auf der Homepage des Biosphärenreservates.

Kontakt:

Dipl. Biol. Kristin Ludewig
kristin.ludewig@uni-hamburg.de

AG Angewandte Pflanzenökologie (Prof. Kai Jensen)
Universität Hamburg
Biozentrum Klein Flottbek
Ohnhorststr. 18
22609 Hamburg

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