Annaberger Klimatage 2006

1
Annaberger Klimatage 2006
Folgen des Klimawandels in Sachsen –
Auswirkungen auf Ökosysteme, Lebensräume und Arten im Überblick
2
Für den Freistaat Sachsen wurden in den letzten Jahren fortlaufend verfeinerte Klimaprojektionen (WEREX-Gutachten) auf der Grundlage des
globalen Klimamodells ECHAM4 (DKRZ Hamburg) erarbeitet.
Die regionalisierte Klimaprojektion WEREX III (ENKE 2003)
berücksichtigt Klima und Witterungsverlauf in den letzten Jahrzehnten
Es wird von einer Verdoppelung des CO2-Gehaltes der Atmosphäre bis
2050 ausgegangen (WEREX-Szenario B2).
Forschungs- und Entwicklungsprojekt (FuE) des LfUG
„Folgewirkungen der Klimaänderungen für den Naturschutz –
ausgewählte Ökosysteme und Arten“
Mögliche Folgen für ausgewählte, vor allem geschützte, seltene und gefährdete
Ökosysteme, Lebensräume und Arten in Sachsen
Schlussfolgerungen für naturschutzfachliche Planungen und Maßnahmen
Forschungsnehmer: Büro für ökologische Studien / BfÖS Bayreuth/Chemnitz
Büro Consulting und Engineering GmbH / C&E Chemnitz
3
Das Forschungsprojekt konzentrierte sich auf
Aussagen über die gegenüber dem Klimawandel
empfindlichsten Gebiete, Ökosysteme, Biotoptypen und Arten Sachsens,
ausgehend von einer Abschätzung der wahrscheinlichen Wirkungen auf den Naturhaushalt.
Die für Sachsen prognostizierten Klimaveränderungen werden sich besonders auf den
Gebietswasserhaushalt
und davon ausgehend vor allem auf die vom Grundwasser abhängigen
Lebensräume
auswirken.
4
Arbeitsschritte zur Ableitung von Kenngrößen des Klimas
und des Wasserhaushaltes:
Berechnung statistischer Maßzahlen für die Klimaparameter
Niederschlag, potentielle Verdunstung, Lufttemperatur, Sonnenscheindauer und zusätzlicher klimatologischer Parameter (Dauer
Vegetationsperiode, Kältesumme, Trocken- und Nassperioden)
Interpolation der Daten für ein flächendeckendes Raster von
1 x 1 km für den Freistaat Sachsen mit spezieller Modellsoftware
Berechnung hydrologischer Kenngrößen wie potenzielle Verdunstung, klimatische Wasserbilanz, reale Verdunstung und
Gesamtabfluss.
Eine wesentliche Kenngröße für den Wasserhaushalt von
Ökosystemen ist die klimatische Wasserbilanz.
5
Die klimatische Wasserbilanz ist für die Beurteilung der Veränderungen des Naturhaushalts von entscheidender Bedeutung, da sich im Freistaat Sachsen durch die Lage nördlich des Erzgebirges gravierende regionale Unterschiede, v. a. im Niederschlag und im
Wasserhaushalt, ergeben werden.
Insgesamt nimmt die klimatische Wasserbilanz ab, d. h. die Verhältnisse werden trockener. Die Zeiträume, in denen der Niederschlag größer ist als die potentielle Verdunstung,
werden kürzer.
Die Abnahme ist in Ostsachsen besonders deutlich, sie beträgt hier bis zu -110 mm/a.
Für Westsachsen wurden dagegen geringere Veränderungen berechnet.
6
Im Winterhalbjahr werden die Verhältnisse besonders in den höheren Lagen des Erzgebirges trockener, während sich die Bilanz im sächsischen Tiefland weniger verändert.
In den Sommermonaten dominiert der W-E-Trend.
Dauer der Trockenperioden, Prognose 2050
Klimatische Wasserbilanz, Prognose 2050
7
Folgen des Klimawandels auf Ökosysteme, Lebensräume und Arten Im Vergleich zu natürlich abgelaufenen Prozessen des Klimawandels in zurückliegenden
Zeiträumen ist die Natur inzwischen vielfältigen, vom Menschen verursachten (anthropogenen) Veränderungen ausgesetzt.
Umwelttrends mit negativen Auswirkungen auf Ökosysteme und Arten:
• erhöhter Nährstoffeintrag (Eutrophierung),
• Schadstoffbelastung,
• Flächeninanspruchnahme bzw. -verbrauch,
• Zerschneidung und Fragmentierung der Landschaft,
• Entwässerungsmaßnahmen und Grundwasserabsenkung,
• veränderte (intensivierte) Flächennutzung
• Zunahme eingeschleppter Pflanzen- und Tierarten.
Diese Beeinträchtigungen können die Folgen des Klimawandels
mit ihren Wirkungen überdecken, gleichzeitig aber auch modifizieren !
8
• Die klimatische Entwicklung trifft auf eine bereits durch vielfältige anthropogene Einflüsse
überformte und damit auch belastete und geschwächte Biosphäre.
• Die Belastbarkeit der Biosphäre ist geringer als (noch) erwartet.
• Neben direkten Wirkungen jedes einzelnen Faktors auf allen Ebenen von Ökosystemen
sind zahlreiche indirekte Wirkungen zu erwarten, die sich gegenseitig beeinflussen.
Birken-Totholz auf trockenem Sandboden
Eutrophierung im Gewässer - Algenentwicklung
Vor diesem Hintergrund bedarf eine Prognose der Folgen des Klimawandels für den Naturschutz eines sehr breiten und gleichzeitig tiefgehenden Wissens über die ökologischen Anforderungen einzelner Arten und das Zusammenwirken verschiedener Arten.
9
Folgen des Klimawandels:
Veränderung der klimatischen Wasserbilanz für ausgewählte Biotoptypen (SBK)
Biotoptypen
± offene Moore
Gesamt
Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 4 Klasse 5 Klasse 6
Änderung
0 bis
-20
-40
-60
-80
-100
-20
bis
bis
bis
bis
bis
klimat.
Wasserbilanz
-40
-60
-80
-100
-120
in mm/a
→
2493 ha
42 ha
177 ha 1072 ha 601 ha
444 ha
157 ha
43%
24%
18%
6%
100%
2%
7%
Moor- und Bruchwälder
447 ha
100%
0 ha
0%
2 ha
0%
161 ha
36%
180 ha
40%
67 ha
15%
36 ha
8%
Auwälder und
–gebüsche
796 ha
100%
28 ha
4%
20 ha
3%
385 ha
48%
182 ha
23%
109 ha
14%
71 ha
9%
Naturnahe Stillgewässer
12053 ha
100%
145 ha
1%
357 ha
3%
3225 ha
27%
1779 ha
15%
4374 ha
36%
2175 ha
18%
Nasswiesen
6364 ha
100%
302 ha
5%
601 ha
9%
2595 ha
41%
1851 ha
29%
732 ha
11%
282 ha
4%
Naturnahe Laubwälder
1821 ha
100%
14 ha
1%
83 ha
5%
850 ha
47%
293 ha
16%
385 ha
21%
195 ha
11%
10
Flächenhafte Betroffenheit von Mooren durch Änderungen der klimatischen Wasserbilanz
Die Abnahme der klimatischen Wasserbilanz nimmt generell von West nach Ost stark zu.
Nordwestsachsen: Rückgänge der Wasserbilanz von 40-60 mm/Jahr.
Osterzgebirge, Königsbrück-Ruhlander Heiden und Westlausitzer Hügel- und Bergland: Rückgänge von 6080 mm/a.
Die Lausitzer Naturräume (Bergland, Gefilde, Heide- und Teichlandschaft) liegen im Bereich der
zweithöchsten und höchsten Veränderungsklasse (Rückgänge >80 mm/a).
Die Moore in Nordostsachsen dürften erheblichen Beeinträchtigungen ausgesetzt sein.
11
Ausgewählte FFH-Lebensraumtypen (Offenland)
Kennzeichnende Pflanzenarten eines FFH-Lebensraumtyps und ihre Standortsbindung:
Abschätzung der Auswirkungen von Temperatur- und Feuchte-Änderungen aus den „ökologischen Zeigerwerten“ nach ELLENBERG et al. (1992)
Potenziell benachteiligte Arten mit bestimmten Zeigerwert-Stufen:
An Nässe angepasste Arten, die durch zunehmende Trockenheit benachteiligt werden:
Feuchtezahlen 7-9.
An Kälte angepasste Arten, die durch Temperaturerhöhung benachteiligt werden:
Temperaturzahlen von 1 bis 4.
Der Anteil der benachteiligten Arten an der Gesamtzahl der kennzeichnenden Pflanzenarten wird als ein vorläufiges Maß für die künftige Gefährdung des Lebensraumtyps
hinsichtlich seiner charakteristischen Lebensgemeinschaft angesehen.
Für viele Lebensraumtypen und ihre Lebensgemeinschaften ist mit dem Ausfall großer Teile charakteristischer Arten zu rechnen, d.h. die Lebensgemeinschaften erleiden Qualitätsverluste ihres Artenspektrums.
12
Folgen des Klimawandels: Voraussichtlich sehr stark gefährdete Lebensraumtypen
Feuchte
Temperatur
FFH-Lebensraumtyp
Anteile Feuchte- und
Nässezeiger
(F 7 – 9)
Anteile
Kühle- und Kältezeiger
(T 1 – 4)
Beispiel: Regenerierbare Hochmoore
LRT 7120
75,9
72,4
13
Feuchte
Temperatur
Anteile
Feuchte- und Nässezeiger
(F 7 – 9)
Anteile
Kühle- und Kältezeiger
(T 1 – 4)
82,4 %
44,1 %
FFH-Lebensraumtyp
Beispiel 2
Beispiel
Übergangs- und Schwingrasenmoore
LRT 7140
14
Folgen des Klimawandels: Voraussichtlich stark gefährdete Lebensraumtypen
FFH-Lebensraumtyp
Feuchte
Anteile Feuchte- und
Nässezeiger
F7-9
Temperatur
Anteile Kühle- und Kältezeiger
T1-4
Beispiel: Feuchte Heiden LRT 4010
62,5 %
18,8 %
37,5 %
indifferente Arten
50 % indifferente Arten
15
Folgen des Klimawandels: Veränderungen in der Flora
Ausbreitung und Zuwanderung von Pflanzenarten in Sachsen
Bei anhaltender Erwärmung ist eine Verschiebung der Flora Sachsens zur Pflanzenwelt der warm-temperierten Klimate mit (submediterranen) sommerlichen Trockenzeiten zu erwarten.
Ökologische Zeigerwerte für Pflanzen ermöglichen die Umsetzung der Ergebnisse
von Klimamodellrechnungen in die Reaktion einzelner Arten.
Die Faktorenzahl für Temperatur (T-Zahl) von ELLENBERG et al. (1992) basiert auf der Arealgeographie von Arten nach dem Atlas der Farn- und Blütenpflanzen der BRD und
auf den Karten der Jahresdurchschnittstemperaturen und der Phänologie Mit den TZahlen können auch Bezüge zu Jahresmitteltemperaturen und zu Verbreitungsschwerpunkten in Höhenstufen hergestellt werden.
Prognostizierte Jahresmitteltemperaturen um 10° C oder mehr bedeuten, dass sich
die entsprechenden Gebiete hinsichtlich des Temperaturzeigerwertes in Richtung
submediterraner Bereich verschieben können.
16
Station Leipzig-Schkeuditz –Projektion 2050 –Klimavergleich - Visualisierung
Klimawerte für West- und Südosteuropa nach aktuellen Klimadiagrammen (Vorlage: WALTER et al. 1975)
L.-Schkeuditz
Projektion 2050
Westeuropa
Südosteuropa
1951-1998
1951-1998
10,5°C / 541 mm Strasbourg
Bourges
9,9 °C / 613 mm Timisoara 10,6 °C / 593 mm
10,0 °C / 595 mm
11,0 °C / 724 mm Sofia
Afyon
11,0 °C / 419 mm
Werden sich Baum- und Straucharten mit Verbreitungsschwerpunkt in wärmeren Gebieten
West- und Südosteuropas künftig in Sachsen ausbreiten bzw. einwandern?
Elsbeere
Flaumeiche
Zerreiche
Tatarischer Ahorn
Viele Gehölzarten werden mit ihren Ausbreitungsgeschwindigkeiten dem Tempo des Klimawandels bis 2050 nicht folgen können.
17
Nach den Befunden der Klimaprojektion WEREX lässt sich für die Flora im Freistaat Sachsen
auf Zeigerwert-Grundlage folgende vorläufige Prognose stellen:
Mögliche Reaktion
Geförderte
Arten
Benachteiligte
Arten
Ökologische Gruppe
EllenbergZeigerwerte
Begründung
Licht liebende
L 8-9
Arten
Trockenheit
F 1-4
ertragende Arten
Wärme liebende Arten T 7-9
Zunahme Sonnenscheindauer
An Kälte
angepasste Arten
An Nässe
angepasste Arten
Temperaturerhöhung in der Vegetationsperiode
Zunahme sommerlicher Trockenheit, bereits in Vegetationsperiode I
T 1-4
F 7-9
Zunahme sommerlicher Trockenheit,
bereits in Vegetationsperiode I
Temperaturerhöhung in der Vegetationsperiode
Einflüsse anthropogen bedingter Faktoren (z. B. Nährstoffe, Nutzungsweise)
erschweren jedoch die Prognose!°
18
Pflanzenarten des Tieflandes / Zeigerwertanalyse
Von den 501 Arten mit Verbreitungsschwerpunkt im sächsischen Tiefland konnte eine Auswertung für ca. 60 % erfolgen.
26 % der Arten werden durch eine Temperaturerhöhung voraussichtlich gefördert
Die zu erwartende zunehmende Niederschlagsarmut begünstigt 35,8 % der Arten
Die größte Anzahl Arten weist Temperaturzeigerwerte im mittleren Bereich auf, ihr
Anteil wird stabil bleiben.
14,8 % werden wahrscheinlich unter der Trockenheit zurückgehen.
Ein großer Anteil der Pflanzenarten des Tieflandes wird von der zu erwartenden Klimaänderung profitieren;
vor allem die Temperaturerhöhung hat eine eher fördernde Wirkung
19
Pflanzenarten des Berglandes / Zeigerwertanalyse
143 Arten weisen einen Schwerpunkt im Bergland Sachsens auf.
41,3 % der Arten sind an kühlere Verhältnisse angepasst und würden benachteiligt.
nur 3,5 % begünstigt (Auswertung von ca. 60 % der Arten)
Niederschlagsrückgänge wären für 12,6 % förderlich, für 22,4 % der Arten von Nachteil
(Auswertung von 69 % der Arten).
Voraussichtlich durch Temperaturerhöhung und Trockenheit benachteiligte Pflanzenarten im
sächsischen Bergland (Arten der Roten Liste Sachsen)
Kühle- und Kältezeiger der Schluchten und schattigen Felswände im Elbsandsteingebirge – Kaltzeitrelikte
Zweiblütiges Veilchen
Stängelumfassender Knotenfuß
20
Eingebürgerte Pflanzen fremder Herkunft (Neophyten)
Fast der gesamte Freistaat Sachsen - mit einem Schwerpunkt um Dresden –
gilt bundesweit als ein Verbreitungszentrum für Neophyten.
Atlas der Farn und Samenpflanzen Sachsens (HARDTKE & IHL 2000):
467 Neophytenarten, davon ca. 62 % eingebürgerte Arten.
Derzeitige Bestandsentwicklung:
• Bei der Hälfte der Arten etwa gleichbleibend bzw. keine Aussage möglich,
• Bei 40 % der Arten Ausbreitung beobachtet –
vor allem für Stickstoff liebende (nitrophile) Neophyten –
deutliche Ausbreitung Wärme liebender Neophyten
bislang (noch) nicht nachweisbar
• Bei etwa 9 % Rückgang des Bestandes bzw. Verschwinden
Zunehmende sommerliche Temperaturerhöhung und Trockenheit
schaffen günstige Bedingungen für ruderale sowie nicht-ruderale Neophyten
21
Bestehende Ausbreitungstendenzen werden beibehalten oder verstärkt
Schnellwüchsige, konkurrenzstarke Neophyten könnten sich verstärkt ausbreiten.
Beispiele für „aggressive“ Neophyten auf Äckern, an Flussufern und in Wäldern
Rauhhaariger Fuchsschwanz
Japanischer Knöterich
Späte Traubenkirsche
Zu rechnen ist mit einer Ruderalisierung
der Pflanzengesellschaften und Lebensraumtypen
22
Folgen des Klimawandels: Klimabedingte Veränderungen in der Fauna
Libellen zählen zu den ersten taxonomischen Gruppen, bei denen auch für Sachsen deutliche
Veränderungen der Verbreitungsmuster infolge des bereits spürbaren Klimawandels festgestellt wurden (OTT 2005):
Bereits beobachtet werden die Ausbreitung Wärme liebender, mediterraner Arten und der Verlust von kälteangepassten Moor-Arten oder montanen Arten.
Die Etablierung und Ausbreitung von nicht-heimischen Arten ist möglich.
Ausbreitung Wärme liebender Arten:
Südliche Mosaikjungfer
Rückgang kälteangepasster Arten:
Arktische Smaragdlibelle
23
Veränderungen bei weiteren ausgewählten Artengruppen der Fauna
in der künftigen Entwicklung
Artengruppe
Heuschrecken
Langflügelige Schwertschrecke
Tagfalter
Schwarzgefleckter
Ameisenbläuling
Mögliche klimabedingte Entwicklungen
Die Hälfte der derzeit vorhandenen sächsischen Arten wird
vermutlich bevorteilt. Bereits vorhandene Wärme liebende
Arten könnten ihr Areal in Sachsen ausdehnen.
Die Etablierung und Ausbreitung von nicht-heimischen Arten ist möglich.
Benachteiligung mesophiler und Feuchte bevorzugender
Arten (Bild).
An Feuchte angepasste Tagfalter und Moor-Tagfalter werden stark geschädigt.
Positive Reaktion der Wärme und Trockenheit liebenden Arten sind wegen einer Reihe von biologischen Einschränkungen stark fraglich.
Beispiel (Bild): Hitze in Verbindung mit Trockenheit reduziert das Wachstum der Futterpflanze (Thymian) und gefährdet die Art
24
Weichtiere
Zweizähnige Laubschnecke
Etwa ein Fünftel der sächsischen Weichtierfauna dürfte
durch den Klimawandel stark benachteiligt bzw. in der Existenz gefährdet werden:
An Feuchte angepasste (hygrophile) Arten der Auen-,
Bruch- und Schluchtwälder und quelliger Hangwälder:
Rückgang der Sumpfarten und hygrophilen Arten (Bild) zu
Gunsten mesophiler Waldarten.
Vermutlich auch Rückgang der hygrophilen Arten in
Feucht- und Nasswiesen, nassen Röhrichten, Hochstaudenfluren und Seggenrieden.
Vermehrtes Auftreten mesophiler Arten.
Dies führt zur Nivellierung der Artenspektren.
Es besteht eine sehr hohe Gefahr der Ausbreitung von
Neozoen, und dadurch einer weiteren indirekten Schädigung der sächsischen, heimischen Weichtierfauna.
Spanische Wegschnecke
Die Spanische Wegschnecke (Bild) steht für eine Vielzahl
von Arten. Entscheidend dürften mildere Winter sein, die
zu einer geringeren Mortalität überwinternder Tiere bzw.
der Eigelege führen.
25
Fische
Bachforelle
Fischsterben
In den Hochsommermonaten Probleme für mehrere,
darunter auch gefährdete Fischarten, v. a. für die an
kühle Temperaturen angepassten Arten Bachforelle,
Äsche, Bachneunauge, Westgroppe u. a. Dies dürfte
v. a. im sächsischen Tiefland zum Rückgang dieser
Arten führen.
Aufgrund der weitgehend gestörten Durchgängigkeit
sächsischer Gewässer ist ein Ausweichen in höhere
Lagen stark erschwert.
Herabgesetzter Durchfluss beeinträchtigt durch verringerte Strömungsintensität und den verringerten
Fluss- und Grundwasserabstand das Ökosystem erheblich:
Erwärmung und hohe Nährstoffgehalte →
Algenmassenwachstum → hohe Stoffkonzentration
(gelöst und partikulär) → gravierende Wassertrübung
und Störung des Sauerstoffhaushaltes.
Viele Fischarten tolerieren Sauerstoffkonzentrationen
< 3-4 mg/l nicht.
26
Auswirkungen des Klimawandels auf die biologische Vielfalt / Biodiversität
• In der Bilanz der untersuchten Artengruppen überwiegen zumeist die geförderten gegenüber den benachteiligten Arten, vor allem Wärme liebende bzw. tolerierende Arten
• Durch Veränderung eines Standortes kann die Artendichte zunehmen:
Vor allem an Extremstandorten können nicht standortspezifische (euryöke), allgemein
verbreitete Arten auf Kosten der Standortspezialisten (stenöke Arten) sich ausbreiten
oder einwandern.
• Ausbreitung von Neophyten und Neozoen – Verdrängung heimischer Arten
Folgen:
Mögliche Zunahme des Artenreichtums (α-Diversität) - aber
Abnahme der Diversität von Lebensgemeinschaften / Biotopen (β-Diversität)
und davon ausgehend der Vegetationskomplexe und Landschaften (γ-Diversität
• Nivellierung und ggf. Ruderalisierung der Lebensgemeinschaften –
Verluste ihrer standörtlichen, biogeographischen und landschaftsprägenden Eigenart
• Verluste an genetischer Vielfalt
durch Verkleinerung der Populationen vor allem stenöker Arten und ihrer Areale
27
Klimawandel – Strategien und Maßnahmen zum Schutz der Biodiversität
(Auswahl nach NAWRATH & WITTIG 2005, ZEBISCH et al. 2005, DOYLE & RISTOW 2006 u. a.)
1) Sicherung der vorhandenen Ökosysteme durch Pufferung zur Stärkung ihrer Belastbarkeit
• Kleinflächiger Biotopverbund (lokal bis regional) unter Beachtung von standörtlicher
und (mikro-)klimatischer Vielfalt, Struktur- und Nutzungsvielfalt
• Wasserhaushaltskonzepte für ausgewählte Feuchtgebiete zur Förderung des Wasserrückhalts, der natürlichen Vernässung sowie der Durchgängigkeit
• Nutzungsextensivierung
2) Gewährleistung von Wanderungs- und Ausbreitungsbewegungen (Migration)
in bioklimatisch zusagende Räume
• Großräumiger Biotopverbund unter Berücksichtigung von Höhengradienten, Expositions- und Relief-Vielfalt sowie differenzierter nachhaltiger Landnutzung
• Differenziertes und flexibleres Herangehen im Biotopschutz, bei Schutzgebietsausweisung und -management, z. B. Einbeziehung von derzeit weniger wertvollen Flächen
• Bereitstellung ausreichend großer Flächen und Zeithorizonte für den Prozessschutz
natürlicher Systeme – Zulassen von Naturentwicklungen
• Integration des Schutzes der Biodiversität in Land-, Forst- und Wasserwirtschaft
28