Auswirkungen des Klimawandels auf Fauna, Flora und
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Auswirkungen des Klimawandels auf Fauna, Flora und Lebensräume sowie Anpassungsstrategien des Naturschutzes Carl Beierkuhnlein Bonn, 1. bis 3. März 2010 FKZ 3508 85 0600 http://www.bayceer.uni-bayreuth.de/KLINAT-FFH/ Motivation Beierkuhnlein & Foken 2008. Klimawandel in Bayern- Auswirkungen und Anpassungsmöglichkeiten. Bayreuther Forum Ökologie 113: 501 S. Habitatverlust Klimatrends Fragmentierung Klimaextreme Umweltbelastung Resilienz Urbanisierung Interaktionen Intensivierung der Landnutzung Aussterben Verlust / Beeinträchtigung von Biodiversität Zuwanderung it er he ss tig wi ünf en k ge ng Un ch gli icklu zü be Entw Vie Be be lfäl ein ste tig trä hen e ch tig de un ge n Motivation Verlust / Beeinträchtigung von Lebensräumen Anpassung durch natürliche Mechanismen ? Gefährdung von Arten, Habitaten und Schutzgebieten Förderung von Arten, Habitaten und Schutzgebieten Motivation Häufigkeit heißer Tage Andauer von Hitzewellen (Della-Marta et al. 2007) 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 FFHRichtlinie 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 2000 - Ableitung von Handlungsoptionen VI) Erstellung einer öffentlichkeitswirksamen Broschüre I. Literaturrecherche Web-basierte Recherche Fortführung und Ergänzung des erarbeiteten Schlagwort-Thesaurus des BfN (nach Leuschner & Schipka 2004) Dokumentation in Datenbank 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 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 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) I. Literaturrecherche Auswertung 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 I. Literaturrecherche Fauna, Flora und Lebensräume Geografischer Schwerpunkt klimawandelorientierter Forschung in Europa von 2003 bis 2008 Länder nach Anzahl der Publikationen im Zeitraum 2003 bis 2008 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 I. Literaturrecherche Fauna, Flora und Lebensräume Untersuchungsgebiete, ermittelt aus Veröffentlichungen zu Auswirkungen des Klimawandels auf Fauna, Flora und Lebensräume 2003 bis 2008. Arbeiten zu globalen Prozessen oder ganzen Kontinenten (Ausn.: Australien), wurden nicht berücksichtigt 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 I. Literaturrecherche Biotische Interaktionen Anzahl Publikationen bezogen auf untersuchte Interaktionspartner Anzahl Publikationen bezogen auf untersuchte Klimafaktoren II. Vorkommenswahrscheinlichkeit II. Vorkommenswahrscheinlichkeit Sensitivität von FFH-Tierarten Pflanzen • 1182 FFH-Arten in der EU, davon 144 Arten durch Klimawandel beeinflusst • 258 FFH-Arten in Deutschland, davon 184 Tierarten • 12 Tierarten als prioritär eingestuft Tiere 74 Anhang II nur Anhang IV nur Anhang V 98 184 54 32 Quelle: BfN, 2009 Artengruppe Anzahl Arten in dieser Gruppe durch Klimawandel beeinflusst beeinflusste Arten in % Amphibien 51 23 45 Arthropoden 118 34 29 Säugetiere 125 32 26 Mollusken 35 6 17 Reptilien 87 11 13 Fische 100 4 4 Quelle: ETC/BD, Paris, 2008 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 verfügbare Szenarien verfügbar aus HadCM3 A2, B1, A1FI ALARM-Projekt CSIRO2 A2 PCM A2 ECHAM/MPIO M A1B, B1 CLM BCM2 A1B, B1, A2 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 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)) II. Vorkommenswahrscheinlichkeit Art aktuelle Vebreitungsfläche [km²] (Stand 2007) zukünftiges Vorkommen, 2051-60, A2, BRT Lacerta viridis 836.244 + 30,5% © Torsten Bittner Östliche Smaragdeidechse (Lacerta viridis) wichtigste Variablen: Tagestemperaturschwankung im Oktober Bewölkung im März Niederschlag im Januar, Juni und Mai aktuelle Verbreitung 2051-60 Aktuelle und potenzielle zukünftige Verbreitung 2051-60 bei uneingeschränkter Ausbreitung, Klimamodell: HadCM3, Szenario: A2, Modellierung mit Boosted Regression Trees (BRT), AUC: 0,91 II. Vorkommenswahrscheinlichkeit Art aktuelle Vebreitungsfläche [km²] (Stand 2007) zukünftiges Vorkommen, 2051-60, A2, BRT Lacerta bilineata 1.025.784 - 37,8% © philip de pous (www.flickr.com) Westliche Smaragdeidechse (Lacerta bilineata) wichtigste Variablen: Maximale Bewölkung Minimumtemperatur im kältesten Monat Minimum des Niederschlags Niederschlag im Oktober, April, Mai und Juli Minimum der Tagestemperaturschwankung aktuelle Verbreitung 2051-60 Aktuelle und potenzielle zukünftige Verbreitung 2051-60 bei uneingeschränkter Ausbreitung, Klimamodell: HadCM3, Szenario: A2, Modellierung mit Boosted Regression Trees (BRT), AUC: 0,95 II. Vorkommenswahrscheinlichkeit Art aktuelle Vebreitungsfläche [km²] (Stand 2007) zukünftiges Vorkommen, 2051-60, A2, BRT Lacerta agilis 3.024.216 + 30,1% © Torsten Bittner Zauneidechse (Lacerta agilis) wichtigste Variablen: Tagestemperaturschwankung im Dezember und April Luftdruck im Juni Niederschlag im Juni, Januar und Mai maximaler Jahresniederschlag Bewölkung im Januar aktuelle Verbreitung 2051-60 Aktuelle und potenzielle zukünftige Verbreitung 2051-60 bei uneingeschränkter Ausbreitung, Klimamodell: HadCM3, Szenario: A2, Modellierung mit Boosted Regression Trees (BRT), AUC: 0,93 II. Vorkommenswahrscheinlichkeit Herausforderungen für die Modellierung: • Integration von Ausbreitungsprozessen, z.B.: ¾ Geschwindigkeit ¾ Barrieren (natürlich, anthropogen) • Integration von biotischen Interaktionen, z.B.: ¾ Futterpflanzen ¾ Konkurrenz • Integration von klimatischen Extremereignissen • Integration von Landnutzung 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. ¾ Tierarten der FFH-Richtline ¾ Vogelarten der Vogelschutz-Richtlinie (Anhang I und Zugvögel) ¾ Charakteristische Arten der FFH-Lebensraumtypen ¾ Auswahl gefährdeter Arten ¾ Funktionelle und strukturelle „Schlüsselarten“ III. Interaktionen Auswertung von Ergebnissen nationaler Konsortien Metaanalysen von Daten internationaler Konsortien Grundsätzliche Mechanismen (Einfluss der Biodiversität, Rolle der Populationsdichte, Rolle tropischer Ebenen etc.) Auswertung experimenteller Projekte im Hinblick auf Interaktionen Spezielle Mechanismen (ausgewählte Habitate, typische, seltene und gefährdete Arten etc.) Aufzeigen allgemeiner Muster in der Reaktion ökologischer Komplexität Modellierung biotischer Interaktionen unter neuem Klima Identifikation konkreter Beeinflussung biotischer Interaktionen Literatur- und Quellenstudium und Auswertung Simulation der Effekte auf Wechselwirkungen Statistische Tests experimenteller Befunde 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 2008. Beyond gradual warming effects of extreme weather events on flower phenology Global Change Biology 14, 1-13 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 Primärer Filter klimatische Nische + biologischer Filter Interaktionspartner realisierte Nische ¾ Auseinanderlaufen der klimatischen Nische für bereits vorkommende FFH-Arten und ihre Begleitarten? oder ¾ Einwanderung von (sub)-mediterranen FFH-Arten mit Interaktionspartnern? Entstehen neue Schutzverantwortungen? III. Interaktionen Abschätzung der Konsequenzen (bis 2050) ¾ Verstärkung von Rückgang- und Aussterbeprozessen? ¾ Stabilisierung von Populationen und Habitaten? ¾ Ohne erkennbaren Einfluss? IV. Lebensräume Entwicklung von Szenarien zur Beeinflussung oder Veränderung von Lebensräumen durch den Klimawandel Veränderung klimatischer Gegebenheiten Veränderung der Biodiversität IV. Lebensräume Lebensraumgruppe Durch Klimawandel beeinflusst Lebensräume pro Gruppe Beinflusste Lebensräume in % Sensitivität nach Petermann et al. 2007 Hoch- & Niedermoore 6 12 50 2,5 Dünen 6 21 29 1,2 Wälder 16 72 22 2,1 Heide 2 10 20 2 Hartlaubgebüsche 2 13 15 1 Küstenbereiche 4 28 14 1,2 Felsige Lebensräume 2 14 14 1,4 Grasland 3 29 10 1,9 Süßwasserlebensräume 1 19 5 2,6 ETC/BD Paris 2009 o 19% aller Lebensraumtypen klimasensitiv (EEA) o Liste jedoch unvollständig. 5/11 IV. Lebensräume Active raised bogs and degraded bogs (7110 & 7120) 8/11 IV. Lebensräume current 2071-2100 2071-2100 2071-2100 IV. Lebensräume Xeric sand calcareous grasslands (6120) Charakteristische Arten: Alyssum montanum Herniaria glabra Cardaminopsis arenosa Petrorhagia prolifera Cerastium arvense Potentilla argentea Dianthus arenarius Sedum reflexum Dianthus deltoides Silene chlorantha Gypsophila fastigiata Silene otites All plant pictures from www.floaweb.de © T. Muer, F. Riegel, O. Angerer IV. Lebensräume Xeric sand calcareous grasslands (6120) Current distribution (EU) of habitat type 6120 IV. Lebensräume 1 AUC (test data): 0.98 Slope: 1.03 AUC (test data): 0.96 Slope: 0.97 A2, HadCM3, 2051-60 Current (predicted) Habitat by Species Grey points: predicted presence One-time data splitting (70% training, 30% test), variable selection, interactions and quadratic terms Probability of occurrence GLM with no dispersal Habitat by Environment 0 IV. Lebensräume 1 AUC (test data): 0.97 Slope: 1.19 AUC (test data): 0.81 Slope: 0.44 A2, HadCM3, 2051-60 Current (predicted) Habitat by Species Grey points: predicted presence One-time data splitting (70% training, 30% test), variable selection, interactions and quadratic terms Probability of occurrence RF with no dispersal Habitat by Environment 0 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 2008. Invasibility of grassland and heath communities exposed to extreme weather events - additive effects of biotic resistance and fluctuating physical environment. Oikos, 117, 1542-1554 V. Schutzgebiete WDPA Räumliche Analyse des Schutzgebietsnetzes Natura 2000 - Ableitung von Handlungsoptionen World Data Base on Protected Areas VI. Broschüre Die Erstellung einer publikumswirksamen Broschüre zum Thema ist in Arbeit. http://www.bayceer.uni-bayreuth.de/KLINAT-FFH/ Herausforderungen • 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 • Ergänzende Naturschutztechniken • flexible, reversible und gemischte Ansätze im Ökosystemmanagement • Translokation im Klimawandel (“assisted migration”) 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 Herausforderungen Sommertrockenheit 2003 Quercus petraea & Carpinus betulus Wirsberg, Frankenwald, 2. 9. 2003 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. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 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, 249-285 .
