Tockner & Stanford 2002 - Deutscher Rat für Landespflege
Tockner & Stanford 2002 - Deutscher Rat für Landespflege
Tockner & Stanford 2002 - Deutscher Rat für Landespflege
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Leibniz-Institut <strong>für</strong> Gewässerökologie und Binnenfischerei<br />
(March-Aue 2006.<br />
Foto: U. Uehlinger)<br />
Verzahnung von<br />
Fließgewässern und Auen<br />
Martin Pusch,<br />
Klement <strong>Tockner</strong>, Christian Wolter<br />
Kontakt: pusch@igb-berlin.de<br />
Fachtagung des <strong>Deutscher</strong> <strong>Rat</strong>s <strong>für</strong> <strong>Landespflege</strong><br />
(Elbe<br />
"Verbesserungsmöglichkeiten<br />
River, Foto: BfG)<br />
<strong>für</strong> die Biologische Vielfalt<br />
in ausgebauten Gewässerabschnitten, Bonn, 24. 11. 2008
• Charakteristika von Auen<br />
• Was bedeutet „Verzahnung von Fluss und Aue“?<br />
• Das Mosaik von Mesohabitaten unterschiedlichen<br />
„Alters“<br />
• Nutzung der Verzahnung durch Organismen<br />
• Historische Trennung von Fluss und Aue<br />
• Ansätze zur Erneuerung der Verzahnung Fluss-Aue
Charakterstistika von Auen<br />
� Lineare vernetzte Strukturen innerhalb der terrestrischen<br />
Matrix (mittl. Anteil 2,5%)<br />
� Auen sind Produkte des Pulsierens (Expansion und<br />
Kontraktion) von Fließgewässern durch Abflussschwankungen<br />
� Verzahnung aquatischer und terrestr. Lebensräume -<br />
transversale Konnektivität<br />
� Verzahnung führt zu hoher kleinräumiger Spannbreite<br />
abiotischer Umweltbedingungen<br />
� Zentren der biologischen Vielfalt und Biomasseproduktion
Verzahnung Fluss - Aue<br />
Überflutungsfrequenz<br />
100 Jahre<br />
50 Jahre<br />
10 Jahre<br />
1 Jahr
Hydromorphologische Schwellenwerte<br />
in Abhängigkeit von der Hochwasserhöhe<br />
(Bertoldi et al. in rev.)<br />
(Tagliamento-Fluss)
Leibniz-Institut <strong>für</strong> Gewässerökologie und Binnenfischerei<br />
Was bedeutet<br />
„Verzahnung von Fluss und Aue“?
Pulsieren<br />
Auen entstehen durch<br />
regelmäßige Abfolge<br />
von Expansions- und<br />
Kontraktionsphasen<br />
von Fließgewässern<br />
(Fotos: Bertoldi et al. In review)
Frequenz und Amplitude des Pulsierens<br />
variiert mit Flusstyp<br />
und bestimmt Entwicklung und Dynamik<br />
der Auenorganismen<br />
(Foto: Bruno Boz)<br />
Fiumara Amendolea /<br />
Italien
(Photo: Autorita di Bacino)<br />
Po / Italien<br />
(Foto: Autorita di Bacino)
Elbe<br />
(Foto: Schwartz)
Oder 1997<br />
(Foto: Pusch)
Spree 2003<br />
(Foto: Wolter)
Peene<br />
(Foto: Zak)
Leibniz-Institut <strong>für</strong> Gewässerökologie und Binnenfischerei<br />
Das Mosaik von Mesohabitaten<br />
unterschiedlichen Alters
Mosaik aquatischer und terrestrischer<br />
Lebensräume unterschiedlichen „Alters“…<br />
(Tagliamento / Italien)<br />
Aquatic-terrestrial mosaics<br />
Insel<br />
Hauptgerinne<br />
Altarm<br />
Totholz<br />
Auwald<br />
Kiesbank
…und unterschiedlicher Temperaturverhältnisse
Totholz schafft<br />
Vielfalt<br />
(Foto: NP-Donauauen/Kovac)
Abgelagertes Totholz als Auslöser<br />
<strong>für</strong> Inselbildung und Habitatkomplexität<br />
A B C<br />
Flow<br />
direction<br />
0 10m 0 20m 0 200m<br />
Sediment plume<br />
Coarse sediment<br />
Scour hole or pool<br />
Wood jam<br />
Canopy re-sprouting<br />
from buried wood<br />
Deposited tree<br />
(Gurnell, <strong>Tockner</strong>, Edwards & Petts. 2005. Front Ecol Environ)
Auenstrukturen in drei Dimensionen<br />
(nach: <strong>Stanford</strong> 1998)
Vom Mosaik der Strukturen zur Vernetzung der<br />
Funktionen…<br />
Homogenous<br />
Schema der funktionellen Verknüpfung<br />
räumlicher Heterogenität<br />
nach Shugart 1998)<br />
Mosaic<br />
Interactive
Habitatspezifische<br />
Sedimentrespirationsraten<br />
im Flusskorridor des Tagliamento<br />
Habitat Type Respiration +2°C<br />
(g C m -2 yr -1 )<br />
Pond 162 +06%<br />
Channel 212 +08%<br />
Gravel 142 +14%<br />
Large Wood 503 +20%<br />
Vegatated Island 1138 +14%<br />
Riparian Forest 994 +31%<br />
Floodplain* (t C yr -1 ) 863 +20%<br />
* Total Area: 1.83 km 2
Leibniz-Institut <strong>für</strong> Gewässerökologie und Binnenfischerei<br />
Nutzung der Verzahnung<br />
durch Organismen
Biodiversität in den Auen der Schweiz<br />
Thur / Schweiz<br />
Die in der Schweiz<br />
vorkommende Arten<br />
leben in Auen…<br />
…ausschließlich: 10 %<br />
…regelmäßig: 40 %<br />
…gelegentlich: 80 %<br />
Auenfläche: 0.59% der Schweiz<br />
(Quelle: Auenberatungsstelle Schweiz)
Nutzung<br />
benachbarter<br />
Kleinlebensräume<br />
während der<br />
Individualentwicklung<br />
von Fischen<br />
(ms<br />
1,2<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0<br />
-1 )<br />
0<br />
20<br />
Kritische Schwimmgeschwindigkeit<br />
40<br />
60 80 100 120 140<br />
Totallänge (mm)<br />
160<br />
Hecht - Larve<br />
180<br />
200<br />
Grafik: C. Wolter<br />
Foto: J. Gelbrecht
Unterschiedliche Habitatwahl in der Aue durch<br />
Bufo viridis und B. b. bufo:<br />
Indermaur, Schmidt, <strong>Tockner</strong>. 2008. AmphibiaReptilia.<br />
Indermaur, Wehrle, Gehring, Naef-Daenzer, <strong>Tockner</strong>. American Naturalist.<br />
In Press.
Nutzung der jahreszeitlichen Auendynamik<br />
zur Reproduktion – ohne Erfolgsgarantie!<br />
Pegel<br />
(m)<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
Auswaschen<br />
!<br />
Austrocknen<br />
!<br />
Laichperiode Güster<br />
Laichperiode Güster<br />
Laichperiode Güster<br />
1997 1998 1999<br />
„Alles<br />
super!“<br />
Ausuferung<br />
Grafik: C. Wolter
Funktionelle aquatisch-terrestrische<br />
Verknüpfungen
Das Nahrungsnetz des Gewässerrands<br />
Aquatic Terrestrial<br />
Surface-floating<br />
organisms<br />
Aquatic insect<br />
emergence<br />
Movements<br />
Seasonal<br />
migration<br />
Terrestrial<br />
prey<br />
(after Paetzold et al. 2008)
Massenschlupf der Eintagsfliege Palingenia longicauda<br />
in der Theiß / Ungarn:<br />
(Photo: C. Elpers)
Beispiel: Artenzahlen der<br />
Eintags-, Stein- und Köcherfliegen in Alpenflüssen<br />
Cumulative species richness (%)<br />
100<br />
75<br />
50<br />
25<br />
0<br />
Wodurch zeichnen sich<br />
intakte Flusskorridore aus ?<br />
81 119 65<br />
Tagliamento Thur Rhone<br />
Tributary<br />
Pond<br />
Backwater<br />
Main channel
Additive richness (% of total richness)<br />
Hierarchische Gliederung<br />
der Gesamtbiodiversität<br />
(anhand prozentualer Artenzahlen)<br />
100<br />
75<br />
50<br />
25<br />
0<br />
162 Taxa<br />
β 3<br />
β 2<br />
β 1<br />
Scale<br />
Catchment<br />
Corridor<br />
Flood plain<br />
α Habitat<br />
(Karaus, Guillong, <strong>Tockner</strong>. in review)
(Ward & <strong>Tockner</strong> 2001)
Leibniz-Institut <strong>für</strong> Gewässerökologie und Binnenfischerei<br />
Historische Trennung von Fluss und Aue
Steinfurth<br />
Flussbegradigung am Beispiel der<br />
“Müggelspree” östlich von Berlin<br />
Freienbrink<br />
500 m<br />
‘Brouillon Plan…’ 1779,<br />
Staatsbibliothek Berlin<br />
Heute<br />
(Köhler, Pusch & Gelbrecht <strong>2002</strong>: Die Spree)
1 m<br />
Begradigung und Schiffbarmachung<br />
der Krummen Spree 1906-1912<br />
10 m<br />
approx. 1900<br />
Channel<br />
cross-sectional area<br />
MW: ca. 17 m 2<br />
LW: ca. 7 m2<br />
today MW: 50 m2<br />
LW: 27 m2<br />
(Köhler, Pusch & Gelbrecht <strong>2002</strong>: Die Spree)<br />
:
Festlegung der Ufer verringert Uferlängen<br />
infolge dominierender Sedimentationsvorgänge<br />
Beispiel der Elbe<br />
1889 (Elbe-km 518-520) 1990<br />
(Pusch & Fischer 2006: Stoffdynamik und Habitatstruktur in der Elbe)
1848 1888 1989<br />
Donau bei Wien /Österreich<br />
Mohilla & Michlmayr (1996). Donauatlas – Wien vier Jahrhunderte Kartenbild
Verfügbarkeit von Auegewässern?<br />
Foto: C. Wolter
Spreeaue heute !<br />
60% der Weltbevölkerung leben innerhalb 1 km<br />
Entfernung zum Wasser (<strong>Tockner</strong> & <strong>Stanford</strong> <strong>2002</strong>)<br />
allein in den USA stehen über 6 Mio. Gebäude in<br />
Überschwemmungsgebieten (115 Mio $ / Woche<br />
Flutschäden)<br />
90% der Auen N-Amerikas & Europas sind<br />
zerstört (<strong>Tockner</strong> & <strong>Stanford</strong> <strong>2002</strong>)<br />
Verlust von Lebensraum ist Gefährdungsursache<br />
<strong>für</strong> 94% aller bedrohten Fischarten (Wilcove et al. 1999)<br />
93% aller verschwundenen Fischarten starben innerhalb<br />
der<br />
letzten 50 Jahre aus (Harrison & Stiassny 1999)<br />
Foto: Senatsverwaltung <strong>für</strong> Stadtentwicklung
Leibniz-Institut <strong>für</strong> Gewässerökologie und Binnenfischerei<br />
Ansätze zur Erneuerung der<br />
Verzahnung Fluss-Aue
Intakte Flusskorridore sind multifunktional<br />
Erosion regulation<br />
Habitat-refugia<br />
Auen Biomass machen production nur<br />
~ 2.5 % der Landfläche aus aber tragen<br />
Climate regulation<br />
> 25 % zu den gesamten ökologischen<br />
Dienstleistungen bei<br />
Cultural services<br />
Quality regulation<br />
Groundwater recharge<br />
Biodiversity<br />
maintenance<br />
Flow regulation
Degradierter Fluss – reduzierte Funktionalität<br />
Climate regulation<br />
Erosion regulation<br />
Habitat-refugia<br />
Cultural services<br />
Biomass production<br />
Quality regulation<br />
Groundwater recharge<br />
Biodiversity<br />
maintenance<br />
Flow regulation
Teilweise wiederhergestellte Funktionalität<br />
nach naturnaher Umgestaltung<br />
Climate regulation<br />
Erosion regulation<br />
Habitat-refugia<br />
Cultural services<br />
Biomass production<br />
Quality regulation<br />
Groundwater recharge<br />
Biodiversity<br />
maintenance<br />
Flow regulation
Fischproduktivität<br />
global:<br />
Fischertrag (kg) = 5,46 * Überschwemmungsfläche (ha)<br />
(<strong>Tockner</strong> & <strong>Stanford</strong> <strong>2002</strong>)<br />
Beispiel Überflutungsgebiet der Havel obh. <strong>Rat</strong>henow<br />
1836: 435 km² = 43.500 ha = 237,5 t Fischertrag<br />
1975: 85 km² = 8.500 ha = 46,4 t Fischertrag<br />
� Ertragsdefizit: 191,1 t/Jahr (80%)<br />
Havel <strong>2002</strong><br />
Foto: W. Lahmer
Hochwasserrückhalt in (unbebauten!) Auen
Hochwasserrückhalt in (unbebauten!) Auen<br />
Tsurumi - Aue / Japan<br />
Überflutungs- Dauerkurve<br />
(<strong>Tockner</strong> et al. 2008. Floodplains:<br />
Threatened Ecosystems. In Polunin. N.C.<br />
(ed) Aquatic Ecosystems, Cambridge<br />
Press)
Ökonomischer Wert von Auen<br />
(US$ ha a -1 )<br />
Recharge of groundwater<br />
/drinking water 7,600<br />
Flood protection 7,240<br />
Self purification capacity 1,660<br />
Cultural benefit 1,760<br />
Recreation 490<br />
Habitat/Refugia 440<br />
Climate regulation 270<br />
Total 19,580<br />
compared to forests 970<br />
compared to cropland 90<br />
(Costanza et al. 1997. Science, Various sources)
Bestandsaufnahme der Flussgebiete Europas<br />
90% der europäischen Auen sind verloren gegangen.<br />
Daher wurden sie in die EG-FFH-Richtlinie zurecht als prioritäre<br />
Lebensraumstypen aufgenommen
Gefährdete Süßwasserarten<br />
(Fische, Amphibien, Wasservögel, Libellen)
Prozentsätze<br />
regional ausgestorbener Fischarten
Diese und weitere Grundlagendaten<br />
zu europäischen Flussgebieten<br />
erscheinen in:<br />
<strong>Tockner</strong> K., & Robinson C.T.<br />
& Uehlinger U. (eds) 2009.<br />
Rivers of Europe.<br />
Academic Press.<br />
Prozentsätze<br />
gefährdeter Fischarten
Die wenigen verbliebenen Flussinseln stellen<br />
äußerst wertvolle Landschaftselemente<br />
in Flusskorridoren dar<br />
Study area: 12 European rivers (Varzuga to Ebro)<br />
Total: 2771 islands<br />
Islands per 100 km: 8 (Rhine) to 160 (Tagliamento)<br />
Total ecotone length: 7200 km (island area: 1600 km 2 )<br />
Environmental condition:<br />
100%<br />
80%<br />
60%<br />
40%<br />
20%<br />
0%<br />
1 2<br />
Floodplain Island<br />
(Boesch, Ricaurte & <strong>Tockner</strong>. unpubl. data)
Rückgängigmachung eines Flussausbaus nach<br />
20 Jahren – Beispiel Skjern / Dänemark<br />
Verlauf der unteren 20 km des Skjern (links)<br />
und Ausdehnung von Wiesen und Feuchtgebieten entlang des Flusses (rechts)<br />
nach einer Karte von 1871 (oben) und nach der Flussregulierung 1987 (unten)<br />
(<strong>Tockner</strong> K., & Robinson C.T. & Uehlinger U. (eds) 2009: Rivers of Europe )
Renaturierung<br />
von Auen<br />
Beispiel<br />
Skjern /<br />
Dänemark<br />
(<strong>Tockner</strong> et al. 2009:<br />
Rivers of Europe )<br />
nachher<br />
vorher
Erhöhung des Grundwasserspiegels der Aue durch<br />
Flussrenaturierung: Beispiel Müggelspree<br />
Ausgangszustand<br />
(Freie Planungsgruppe Berlin 2001)<br />
Grafik:
Erhöhung des Grundwasserspiegels der Aue durch<br />
Flussrenaturierung: Beispiel Müggelspree<br />
Zielzustand<br />
(Freie Planungsgruppe Berlin 2001)<br />
Grafik:
Erhöhung des Grundwasserspiegels der Aue durch<br />
Flussrenaturierung: Beispiel Müggelspree<br />
Ausgangszustand<br />
(Freie Planungsgruppe Berlin 2001)<br />
Grafik:<br />
Freie Planungsgruppe Berlin
Erhöhung des Grundwasserspiegels der Aue durch<br />
Flussrenaturierung: Beispiel Müggelspree<br />
Zielzustand<br />
(Freie Planungsgruppe Berlin 2001)<br />
Grafik:<br />
Freie Planungsgruppe Berlin
Erhöhung des Grundwasserspiegels der Aue durch<br />
Flussrenaturierung: Beispiel Müggelspree<br />
Hochwasserfall<br />
(Freie Planungsgruppe Berlin 2001)<br />
Grafik:<br />
Freie Planungsgruppe Berlin
Wiedereinbürgerungsprogramme <strong>für</strong> „Schirmarten“<br />
„Der Lachs kehrt<br />
in die Elbe zurück“<br />
(www.smul.sachsen.de)<br />
„The sturgeon should again<br />
swimm in the Odra River“<br />
(National Geographic)<br />
Sturgeon programe<br />
at IGB, Berlin
Ansätze zur Wiederherstellung<br />
fluvialer Morphodynamik an der Elbe
Teilweise Wiedergewinnung von Auenlebensräumen<br />
durch Bau von Sekundärgerinnen<br />
am Niederrhein / Waal (NL)
Aus wissenschaftlicher Sicht erforderlicher Aufbau<br />
einer Fischfauna – Messstelle<br />
<strong>für</strong> Bewertung gemäß WRRL<br />
Foto: Zebisch/Itzerott
Millenium Ecosystem Assessment 2005<br />
Wieder-Verzahnung<br />
von Fluss und Aue ist<br />
notwendig …<br />
….doch wie überzeugt<br />
man die Öffentlichkeit<br />
und die Politik davon?<br />
Merops apiaster<br />
Acipenser oxyrinchus
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