domestizierte Ökosysteme und neuartige...
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Klement Tockner Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) www.igb-berlin.de
Domestizierte Ökosysteme und neuartige Lebensgemeinschaften – Herausforderungen für das Gewässermanagement
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Überschrift Subline
Photo: M. Feierabend
Binnengewässer: Einzigartige Ökosysteme
Binnengewässer: Einzigartige Ökosysteme
Struktur Mosaikartige oder lineare Landschaftselemente
Lage Topographisch tiefsten Punkt der Landschaft
Dynamik Expandierende/kontrahierende Ökosysteme, rasche Sukzessionsabläufe
Vernetzung Zum terrestrischen, marinen, unterirdischen und atmosphärischen Umland
Funktion Zentren der biologischen Vielfalt und Produktion
Leistungen Überproportional vielfältige Ökosystem- leistungen
Schutz/Management Mehr gefährdet als marine und terrestrische Ökosysteme
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Verzweigter Flusstyp – Bsp. Thur (CH)
2002 1935
Überschrift Subline
NO-Deutschland – reich an Gewässern
Photo: M. Feierabend
1.000 km2 Wasserfläche
3.000 Seen
33.000 km Fliessgewässer
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Domestizierte Ökosysteme
Domestizierte Ökosysteme
Domestication means that “ecosystems have been optimized for few services that provide major short-term economic benefit to humans, yet
concurrently causing unforeseen changes in other ecosystem attributes”
(nach: Tockner et al. 2011. Ecohydrology & Hydrobiology)
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Domestizierte Ökosysteme – Neuartige Lebensgemeinschaften
(Data: Graf et al. Zitiert in: Sommerwerk et al. 2010. Managing the world´s most international river basin: The Danube. Marine and Freshwater Research)
Dic
hte
(%
)
Obere Donau Mittlere Donau Untere Donau
rte
Europäische Einzugsgebiete: Exotische Fischarten # an Einzugsgebieten % exotische Arten 5 > 50.1 (up to 61.2%) 14 > 40.1 % 36 > 30.1 % 37 > 20.1 % 67 > 10.1 % 92 > 2.8 %
nonnative species (richness)
(N. Sommerwerk et al. unpubl. data)
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Schifffahrtskanäle und schiffbare Flüsse schaffen ein biologisches Großeinzugsgebiet
Mitteleuropa: 28,000 km schiffbare Flüsse und Kanäle
Domestizierte Ökosysteme – neuartige Lebensgemeinschaften
Wie formen sich neuartige Lebensgemeinschaften? Was sind die ökologischen, evolutiven und ökonomischen Konsequenzen? Was bedeutet das für das zukünftige Management unserer Gewässer?
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(Fotos : Tockner et al. 2009. Rivers of Europe, and webaviaton)
Rhein Alta Loire Adige
Natürlich Künstlich Naturfern Naturnah
Grad der Domestizierung
Managementoptionen
Schutz Intervention Renaturierung
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Große Flüsse in
Deutschland
Wahrscheinlichkeit,
einen guten
ökologischen
Zustand bis 2015
zu erreichen
(Quelle: Umweltbundesamt)
Fallstudie „Spöl“: Etablierung eines dynamischen Abflussregimes
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1956 1957 1958 1959 1960
Daily
dis
charg
e (
m3s
-1)
0
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40
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1980 1990 2000
Daily
dis
charg
e (
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-1)
0
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1980 1990 2000
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charg
e (
m3s
-1)
0
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20
Spöl (Schweizer Nationalpark)
2000 2001 2002 2003 2004
Dis
ch
arg
e (
m3/s
)
0
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20
30
40
50
60
70 Hochwassermanagement
Spöl (Schweizer Nationalpark)
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Spöl: Künstliches Hochwasser
5. Juli 2000: 1.5 m3/s
5. Juli, 2000: 42 m3/s
(Photos: U. Uehlinger) (Fotos: U. Uehlinger)
Informationen: Robinson & Uehlinger (2005) Aquatic Sciences. Spec. Issue Robinson & Uehlinger (2009) Ecological Applications
Historischer Referenzzustand ist als Zielvorgabe für zukünftiges Management zumeist nicht geeignet (?)
Schutz-, Renaturierungs- und Interventionsmaßnahmen
Von einem struktur- hin zu einem funktionsbasierten Ökosystemmanagement
Schlussfolgerungen I
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Hydrogeomorphologische Prozesse in Echtzeit
(Foto: W. Bertoldi, UniTN)
Zwei Jahre morphologische Dynamik
(Kooperation: UniTN, IGB, QMCL)
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5. Mai 2008
Maximum an Vegetation nach 4 hochwasserfreien Jahren
18. November 2008
Neue Bifurkation
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Funktionelle Vernetzung
(modifiziert nach Semlitsch 2003)
Organismen mit komplexen Lebenzyklen vernetzen aquatische und terrestrische Ökosysteme
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Wechselkröte (B. viridis)
Amphibien: Komplexer Lebenzyklus in dynamischen Ökosystemen
(Photo: L. Indermaur)
Indermaur et al. 2008. AmphibiaReptilia. Indermaur et al. 2009. American Naturalist. Indermaur et al. 2009. Ecology Indermaur et al. 2010a,b. Ecography, Oecologia
Bufo viridis & B. b. bufo: Lage und Größe des Aktionsraums
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Überschrift Subline
Totholz schafft Vielfalt
(Foto: NP-Donauauen/Kovac)
Totholz: Schlüsselelement in Flusslandschaften
Totholzablagerungen und Inselbildungen schaffen Biodiversität
Sediment plume Coarse sediment Scour hole or pool Wood jam Canopy re-sprouting from buried wood Deposited tree
0 10m 0 20m 0 200m
Flow direction
A B C
(Gurnell, Tockner, Edwards & Petts. 2005. Front Ecol Environ)
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Subimago
Imago Tage/Wochen
Monate
Larve
Ei Wasser
Land/Luft
Land/Luft Imago
Emergenz Ausbreitung Paarung Eiablage
Wachstum
Larve
Ei Wasser
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Primary air flow:
down valley (cold)
up valley (warm)
Secondary flow:
down slope (cold)
up slope (warm)
Micro-structure of air flow:
effects of complex roughness distri- bution (water, se- diments, vegetation)
complex internal boundary layers, wakes, and mixing layers
3-D Perspektive einer Flusslandschaft “Luftraumdynamik” entlang eines Flusskorridors
uniderectional primary flows can be formed by diurnal meteorological cycles
secondary flows can develop because of
Daten- und Informationsbedarf
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Langzeitforschung und -monitoring Bryozoa
Insecta
Molluscs
Crustaceans
Leeches
Flatworms
Sponges
sei
ce
pS
fo
re
bm
uN
0
25
50
75
100
125
150
175
1900-20 1955 1971 1976 1986-88 1990-95 1995-2000
(IKSR 2002)
2002 1935
Experimentelle Forschung auf der Landschaftsebene
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Gary Larson cartoon © (Larsen)
Echtzeitforschung
etwa mit Hilfe eines unbemannten Hubschraubers: Landschaftsbewertung Kritische Zeiten: Erfassung von Extremereignissen Kritische Zonen: Anwendung neuer Sensoren
Echtzeitforschung
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Von einem struktur- hin zu einem funktionsbasierten Ökosystemmanagement
Sukzessionsabläufe ermöglichen; Totholz und Flussinseln sind Schlüssellandschaftselemente
Ökosystem als interaktives Mosaik: Bsp. Vernetzung durch Organismen, die komplexe Lebenszyklen aufweisen
Langzeitdaten, experimentelle Landschaftsökologie, Echtzeitforschung (kritische Zeiten & Zonen)
Schlussfolgerungen II
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The Sound of Rivers
(Photo: der SPIEGEL)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 500 1000 1500 2000
discharge/Q 347 in %
evalu
ati
on
Sihl set 1:visual/acoustic
Sihl set 1: acoustic
Spoel set 1:visual/acoustic
Spoel set 1:acoustic
Voralpreuss set 1:visual/acoustic
Voralpreuss set 1:acoustic
Sihl set 2: acoustic
Spoel set2: acoustic
Voralpreuss set 2:acoustic
1 0 0.50 0.25 0.75
Att
ractive
ne
ss
Discharge (ratio)
(Junker, Tonolla & Tockner. unpubl. data)
Tonolla et al. 2009. Aquatic Sciences Tonolla et al. 2010. Hydrological Processes Tonolla et al. 2011. Limnology & Oceanography
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
www.igb-berlin.de www.freshwaterbiodiversity.eu
www.riverscience.eu
Tagliamento Fluss (Friaul, Italien) Ein IGB-Freilandexploratorium von europäischer Bedeutung
Funktionelle Vernetzung – interaktives Habitatmosaik
Output aus dem System
Input ins System