Forschungsaktivitäten des Instituts für Ökologie im Stubaital – ein

Ökologische Forschung im Stubaital
Globale Veränderungen haben in ihrer Dynamik in den letzten Jahrzehnten dramatisch an
Bedeutung gewonnen: die atmosphärische CO2-Konzentration und ihre Zuwachsraten sind so
hoch wie noch nie in den letzten 650 000 Jahren, ein globaler Temperaturanstieg ist
mittlerweile unumstritten, es kommt vermehrt zum Auftreten von Klimaextremen und damit
verbundenen Dürrekatastrophen und Starkniederschlagsereignissen. Darüber hinaus hat ein
rascher Wandel in ökonomischen und sozialen Systemen zu großflächigen Landnutzungsänderungen geführt, die Ökosysteme und Landschaften wie ihre gesellschaftsrelevanten
Serviceleistungen bis hin zum regionalen Maßstab unübersehbar verändert haben und weiter
verändern. Die Auswirkungen dieser globalen Veränderungen sind regional und saisonal
verschieden, Gebirgsregionen zählen jedoch zu den am meisten betroffenen Gebieten. So war
z.B. in den Alpen die Erwärmung in den letzten 100 Jahren mit 1,4 °C doppelt so hoch wie im
globalen Durchschnitt.
Die gängigen Klimaszenarien prognostizieren, dass in den Nord- und Zentralalpen die
Niederschläge im Frühjahr und Herbst zunehmen, wogegen im Süden eine Verringerung der
Niederschläge erwartet wird. Durch den Temperaturanstieg wird es weiters zu einer
Verringerung der Wasserreserven für die Sommermonate kommen. Während der kurzen, aber
intensiven Schmelzperiode wird das in Schnee und Eis gebundene Wasser schneller
freigegeben, damit verringern sich in den trockenen Sommermonaten die Wasserschüttung
der Bäche und die Nutzwassermenge für die Trinkwasserversorgung, die Stromgewinnung
und die landwirtschaftliche Bewässerung.
Die Alpen sind aber auch durch zunehmende Mechanisierung und eine vollständige
Neuorientierung der traditionellen Landwirtschaft massiv betroffen: In den letzten 20 Jahren
wurden 40% der bäuerlichen Betriebe in den Alpen geschlossen. Die verbliebenen Betriebe
werden heute vielfach nur mehr im Nebenerwerb bewirtschaftet. Damit hat der Bauer nur
mehr ein beschränktes Zeitbudget, was dazu führt, dass die Gunstlagen zunehmend intensiver
bewirtschaftet werden. Grenzertragsflächen (v.a. Almflächen) spielen kaum mehr eine Rolle
und werden aufgelassen. Im Durchschnitt liegen heute ca. 20% der landwirtschaftlichen
Flächen brach, in manchen Regionen sogar an die 70%. All diese Entwicklungen haben
Spuren in der Landschaft und ihrer ökologischen Funktion hinterlassen.
Seit 15 Jahren werden von der Universität Innsbruck im Stubaital, als Beitrag zum
Forschungsschwerpunkt „Ökologie des Alpinen Raumes“, die ökologischen Auswirkungen
des Globalen Wandels im Gebirge untersucht. Das Stubaital und die Gemeinde Neustift
wurden für diese Forschungsarbeiten ausgewählt, da hier die Änderungen in der
landwirtschaftlichen Nutzung, aber auch die Auswirkungen des Globalen Klimawandels auf
den Wasserhaushalt, den Sommer- und Wintertourismus und auf die Alpinen Gefahren, wie
Muren und Lawinen, besonders deutlich untersucht werden können.
Hoher Burgstall
Starkenburger Hütte
Brache
Kaserstattalm
Weide
Mähwiese
Pfurtschell
Neder
Talwiese
Neustift
Abb. 1: Projektgebiet Kaserstattalm und Talwiese in der Gemeinde Neustift im Stubaital
Bereits 1993 begannen mit dem Forschungsprojekt INTEGRALP (1993-1996) erste
Untersuchungen zum Wasserhaushalt, zu Schneegleiten und Bodenerosion im Bereich der
Kaserstattalm. Bereits bei diesen ersten Forschungsarbeiten, die vom Österreichischen
Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft finanziert wurden, waren Grundbesitzer
und Gemeinde Neustift intensiv eingebunden. Sie wirkten nicht nur bei der Auswahl
geeigneter Versuchsflächen mit, sondern zeigten auch an den laufenden Untersuchungen und
den gewonnenen Erkenntnissen großes Interesse.
Im Rahmen des ersten großen EU Projektes ECOMONT (1996-1999) wurden im Bereich der
Kaserstattalm die Auswirkungen von Bewirtschaftungsänderungen auf die Vegetation und
deren Artenvielfalt, auf die Ressourcennutzung von Pflanzen, den Wasserhaushalt und die
Erosionsanfälligkeit von bewirtschafteten und aufgelassenen Flächen und die Gefahr von
verstärktem Schneegleiten untersucht.
Das zweite große EU-Projekt CARBOMONT (2001-2004), das ebenfalls von der Universität
Innsbruck europaweit koordiniert wurde, hatte zum Ziel, für waldfreie Flächen in 15
verschiedenen Gebirgsregionen Europas die Aufnahme und Freisetzung des Treibhausgases
CO2 vergleichend zu analysieren. Ähnliche Untersuchungen aus verschiedenen
Gebirgsregionen Europas – von Lappland über das Schottischen Hochland, mehrere Stationen
in den Alpen (D, I, CH, Ö), der slowakischen Tatra und dem italienischen Apennin bis in die
Spanischen Pyrenäen – wurden zusammengeführt und ausgewertet.
Abbildung 2: Vernetzung in internationalen Kooperationen
Forschungsfragen
Im Vordergrund aller Forschungsprojekte stehen wichtige Fragen in Zusammenhang mit der
Erhaltung des Lebensraumes im Berggebiet:
- Wie hat sich die Situation der Landwirtschaft in den letzten Jahrzehnten verändert,
welche Zukunftsaussichten hat sie?
- Wie wirken sich Bewirtschaftungsänderungen auf die Landschaft, die Vegetation und
den Boden aus? Welche Konsequenzen ergeben sich dadurch für die biologische
Vielfalt?
- Welche Rückkoppelung ist für das Risikopotential (Erosion, Gleitschneelawinen) zu
erwarten?
- Welche Folgen ergeben sich für den Wasserhaushalt (Oberflächenabfluss bei
Gewitterregen, Wasserspeicherungsvermögen des Bodens, Nutzwassermengen)?
- In welchem Ausmaß erfolgt die Aufnahme und Freisetzung des Treibhausgases CO2?
Aktuelle Forschung und Ergebnisse
Situation der Landwirtschaft
Gab es im Stubaital 1950 noch 406 Bauernbetriebe, so sind es heute nur mehr knapp über
290, waren 1950 noch 9.710 ha Flächen bewirtschaftet, sind es heute nur mehr 8.025 ha, also
17% weniger. Ein Trend, der nicht nur im Stubaital vorhanden ist, sondern sich alpenweit
zeigt. Allein in den letzten 20 Jahren wurden in den Alpen fast 40% der landwirtschaftlichen
Betriebe geschlossen, in manchen Ländern wie Italien, Frankreich und Slowenien sogar
deutlich mehr.
Eine schleichende Entwicklung
Dem unerfahrenen Beobachter fallen die schleichenden Entwicklungen kaum auf. Mitunter
dauert es Jahrzehnte bis Jahrhunderte, bis sich auf einer ehemals genutzten Wiese oder Weide
wieder Wald einfindet. Es kommt zu gravierenden Vegetations-, Boden- und
Landschaftsveränderungen. Gewisse Übergangsstadien sind zudem recht instabil und
gefährlich: Bodenanbrüche und Lawinen treten gehäuft auf. Doch auch die Folgen von
Intensivierungen, insbesondere in der Grünlandwirtschaft sind nicht zu vernachlässigen. Bei
Düngung geht die Artenzahl langsam aber sukzessive zurück. Von den farbenfroh blühenden
Wiesen bleibt häufig nur mehr eine monotone, artenarme Vegetation übrig. Es kann aber auch
langfristig zu Veränderungen im Boden und im Gebietswasserhaushalt führen.
Durch die Untersuchungen kristallisiert sich eines ganz klar heraus: Die extensive
Wiesennutzung (1 Schnitt/Jahr, kaum gedüngt) erweist sich aus ökologischer Sicht als die
beste Bewirtschaftungsvariante auf hochgelegenen Wiesen. Auf den durch die alljährliche
Mahd kurzen Grasstoppeln gleitet der Schnee weniger leicht als auf plattgedrückten
Langgrasteppichen aufgelassener Wiesen. Die extensive Mahdnutzung fördert ferner die
Pflanzenvielfalt. Durch die Artenvielfalt wird das Heu schmackhafter und medizinisch
wirksamer. Ganz nebenbei bieten solche Wiesen auch noch einen interessanten Lebensraum
für zahlreiche Insekten. Die in diesen Wiesen vorzufindende dichtere Durchwurzelung „hält“
den Boden besser zusammen und verhindert das Aufbrechen des Bodens. Der höhere Anteil
an anfallender organischer Substanz verbessert die Bodenstruktur und damit das
Wasserspeichervermögen. Insgesamt wird der Oberflächenabfluss und oberflächliche Abtrag
von Bodenpartikeln reduziert.
Große Teile von Bergmähdern wurden in der Vergangenheit in Weideflächen für Rinder,
Ziegen und Schafe umgewidmet. Die extensive Beweidung erfolgt heute meist
unbeaufsichtigt und daher kleinflächig sehr unterschiedlich. Die Vorteile einer solchen
Weidewirtschaft sind vor allem eine hohe Landschafts- und Artenvielfalt. Leider treten diese
Vorteile erst bei stabilisierten Weideflächen auf. Auf ehemaligen Mähwiesen kommt es durch
den einsetzenden Weidegang zu einem starken Anstieg von Narbenverletzungen und einer
erhöhten Erosionsbereitschaft. Gerade in diesem Fall zeigt sich, wie wichtig Kenntnisse aus
dem traditionellen ökologischen Wissen bei den Bauern sind. Die angepasste Beweidung
verhindert die flächendeckende Wiederbewaldung und hält die Landschaft mit vergleichbar
geringem Aufwand offen und attraktiv.
Eine intensive Mahdnutzung in Hochlagen (1-2 Schnitte pro Jahr, Düngung und
maschinelle Bewirtschaftung) bringt ohne Zweifel einige Vorteile für den Bauern. Die
Düngung erhöht die Nährstoffe im Boden und damit den landwirtschaftlichen Ertrag und die
Qualität des Futters. Längerfristig überwiegen jedoch die ökologischen Nachteile. So
verschwinden zahlreiche Arten und es verringert sich auch die stabilisierende
Durchwurzelung im Boden
Das unüberlegte Auflassen (Brachlegen) von Flächen ist aus ökologischer Sicht die
ungünstigste Nutzungsform. Zwar nimmt die Arten- und Lebensraumvielfalt anfänglich
deutlich zu. Im Laufe der Zeit profitieren aber vor allem die Zwergstrauchbestände von den
neuen Bedingungen. Vereinzelt kommen Bäume auf, die sich bis in eine Höhenlage von etwa
2100 m zu einem dichten Wald zusammenschließen. Bis zum dichten Wald vergehen jedoch
Jahrzehnte, wenn nicht Jahrhunderte. Während dieses Zeitraumes nimmt die Gefahr von
Erosionen und Lawinen zu.
Zoologisch-ökologische Forschungen am Zersetzernahrungsnetz im Bereich der Kaserstattalm
zeigten, dass in der subalpinen Stufe nahe der Waldgrenze mit dem Brachfallen von
Almflächen ein deutlicher Wechsel der Artengarnitur auftritt, was zu einer Anhäufung von
organischem Bodenmaterial und in der Folge zu erosionsanfälligeren Oberböden führt.
Die Wiederbewaldung von Flächen verbessert vor allem den Gebietswasserhaushalt: Der
Baumbestand und seine positive Wirkung für den Wasserhaushalt im Einzugsgebiet führt bei
Starkregenereignissen zu einem abgefederten Abfluss des Wassers. In einem naturnahen Wald
sind Schneegleitphänomene und Erosionen selten. Eine flächendeckende Bewaldung heißt
aber gleichzeitig die Vielfalt der Landschaft und somit der Arten zu verringern. Viele der
Kulturlandschaftsformen würden dadurch verschwinden.
CO2-Austausch
Im Zusammenhang mit dem Kyoto-Protokoll ist es eine wichtige Frage, ob Mähwiesen mehr
Kohlenstoff binden oder abgeben. Durchgehende Messungen auf einer Mähwiese zwischen
Neustift und Neder seit dem Jahr 2001 zeigen, dass diese Ökosysteme in "schlechteren"
Jahren eine Quelle für Kohlendioxid sind und in "guten" Jahren eine Senke für Kohlendioxid
darstellen - im langjährigen Mittel ist die Kohlenstoffbilanz dieser Mähwiesen annähernd
ausgeglichen. Die Ursachen für die jährlichen Unterschiede sind mittels der vorliegenden
Daten allerdings nur bedingt erklärbar, was vermutlich an einem komplexen Zusammenspiel
verschiedener Faktoren, insbesondere Bewirtschaftung und Wetterbedingungen, liegt.
Bezüglich der Verdunstung zeigt sich, dass die untersuchte Mähwiese in feuchten Jahren ca.
50% des Jahresniederschlags verdunstet (der Rest versickert und/oder fließt ab), während in
trockenen Jahren beinahe 90% des Jahresniederschlags verdunstet wird.
Aufbauend auf die detaillierten Analysen zum Kohlenstoffhaushalt wurden mittels
Computersimulationen Szenarien entwickelt, die für die nächsten 50 Jahre prognostizieren,
wie sich
im
250 Quadratkilometer großen Gemeindegebiet
von
Neustift die
Kohlenstoffspeicherung in Abhängigkeit von unterschiedlichen sozio-ökonomischen
Rahmenbedingungen (z.B. unterschiedlichen Förderrichtlinien der EU) entwickeln wird.
Diese Szenarien wurden auf Grundlage von aktuellen und historischen Luftbildern,
Vegetations- und Bodenaufnahmen und Gesprächen mit Entscheidungsträgern und deren
Einschätzung der künftigen Landschaftsentwicklung im Stubaital realisiert. Die Ergebnisse
zeigen, dass in den letzten 150 Jahren aufgrund der Nicht–Bewirtschaftung von ehemals
landwirtschaftlichen Flächen und des Aufkommens von Wald 105.000 t Kohlenstoff
zusätzlich gebunden wurden. Die Szenarien zeigen, dass in den nächsten Jahren weitere
95.000 t Kohlenstoff gebunden werden können, falls sich die Landwirtschaft weiter stark
zurückzieht. Wenn man bedenkt, dass in Tirol allein im Jahr 2000 an die 870.000 t
Kohlenstoff freigesetzt wurden, so kann die Wiederbewaldung für die Kohlenstoffbindung
nur eine untergeordnete Rolle spielen.
In den nächsten Jahren wird im Stubaital ein weiteres EU-Projekt gestartet, bei dem
Experimente auf der Kaserstattalm zur Frage beitragen sollen, wie sich Klimaextreme (z.B.
Sommerdürre) auf den Kohlenstoffhaushalt einer Bergwiese auswirken werden.
Wasserhaushalt
2007 wurde mit einem neu angelaufenen internationalen Kooperationsprojekt der
Wasserhaushalt ins Zentrum des Forschungsinteresses gerückt. Da Gebirge zu den
bedeutsamsten Versorgern mit qualitativ hochwertigem Wasser zählen, soll u.a. untersucht
werden, wie sich Landnutzung und Artenvielfalt auf die Menge und Qualität des
Sickerwassers in Gebirgsökosystemen auswirken. Ein bedeutender, wenn auch häufig
unberücksichtigter Nebeneffekt der traditionellen landwirtschaftlichen Nutzung, insbesondere
von Grünlandflächen, liegt in einer höheren Wasserverfügbarkeit. Die Rate des
Wasserverbrauches durch Verdunstung (Evapotranspiration) liegt bei Grünlandflächen in
europäischen Gebirgsregionen zwischen 40-60% des Niederschlags. Das restliche
Niederschlagswasser versickert im Boden oder fließt oberflächlich ab.
Die Untersuchungen im Stubaital zeigen, dass eine kurze, beweidete oder gemähte Grasnarbe
dabei deutlich weniger Wasser an die Atmosphäre abgibt, als eine langgrasige Almfläche, und
damit eine höhere Wasserverfügbarkeit für die Tallagen fördert. Simulationen mit
Starkniederschlägen zeigten weiters, dass auf aufgelassenen Flächen kaum Wasser
oberflächlich abrinnt, im Gegensatz zu Weiden und Mähwiesen, wo bei einem 100jährigen
Niederschlagsereignis bis zu 15% oberflächlich abfließen können. In den nächsten beiden
Jahren wird die Wasserfrage noch intensiver im Rahmen eines Sparkling Science Projektes
gemeinsam mit zwei Klassen der HBLA Kematen in mehreren Höhentransekten im Stubaital
untersucht.
Institutionen und Personen (die in laufende Projekte involviert sind)
Institut für Ökologie, Universität Innsbruck:
Univ.-Prof. Dr. Ulrike Tappeiner, Dr. Michael Bahn, Univ.-Doz. Dr. Georg Wohlfahrt,
Ao.Univ.-Prof. Dr. Erwin Meyer, Dr. Christian Newesely, Mag. Klaus Obojes, Mag.
Dagmar Rubatscher und u.a.
Institut für Geschichte und Ethnologie, Universität Innsbruck:
Ass.-Prof. Dr. Wolfgang Meixner, Mag. Gerhard Siegl
Institut für Institut für Wirtschaftstheorie, Wirtschaftspolitik, Wirtschaftsgeschichte:
Univ.-Prof. Dr. Gottfried Tappeiner
Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik:
Ao.Univ.-Prof. Mag.Dr. Armin Hansel
EURAC - Europäische Akademie Bozen :
Dr. Erich Tasser, Mag. Georg Leitinger
Land Tirol, Gruppe Forst:
DI Dr. Dieter Stöhr
Land Tirol, Abteilung Wasserwirtschaft, Hydrographie und Hydrologie:
Dr. Wolfgang Gattermayr, Mag. Msc. Georg Raffeiner
BFW- Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und
Landschaft; Institut für Naturgefahren und Waldgrenzregionen:
DI DR. Peter Höller