Teilprojekt 3: Kipppunkte in limnischen Systemen

Projektleitung:

• Uta Raeder und Markus Hoffmann

Technische Universität München

Update Dezember 2021

In Folge des Klimawandels wird es zu Veränderungen in der Landnutzung und in den Niederschlägen kommen, die zu erhöhten Einträgen optisch aktiver Stoffe führen (Schweb- und Huminstoffe, sowie Algentrübe durch Nährstoffe). Diese Substanzen führen zu einer Abschwächung des pflanzenverfügbaren Lichts (KdPAR) in Gewässern und beeinflussen dadurch die Unterwasservegetation. Makrophyten spielen eine wichtige Rolle in der Struktur und Funktion von Gewässerökosystemen, so dass sich Veränderungen der Artenzusammensetzung auf die gesamte Biodiversität im Gewässer auswirken. Durch die Zusammenarbeit von Teilprojekt 3 „Kipppunkte in limnischen Systemen“ und Teilprojekt 2 „Biodiversitätskipppunkte im Klima- und Landnutzungswandel“ werden deshalb folgenden Hypothesen überprüft:
(1) Die durch den Klimawandel bedingten Änderungen der Einträge optisch aktiver Stoffe wirken sich auf die Zusammensetzung der Unterwasservegetation und somit auf die gesamte Biodiversität bayerischer Seen.
(2) Es gibt Schwellenwerte der Einträge (Kippunkte), die zu signifikanten Verschiebungen innerhalb der Unterwasservegetation führen.
Hierfür werden in Mesokosmen- und in Aquarienexperimenten heimische und nicht-heimische Makrophyten verschiedenen Trübungs- bzw. Temperaturszenarien ausgesetzt und der Effekt der veränderten Umweltparameter auf die Entwicklung der Pflanzen(bestände) analysiert (Abb.1). Durch die Experimente konnte bereits nachgewiesen werden, dass
I) Eine generelle Makrophytenverödung nur in Folge sehr starker Trübungen (KdPAR > 3.0 m-1) in den Gewässern zu erwarten ist, was jedoch voraus setzt dass es in der Zukunft zu einen extrem starken Anstieg der regulären Stoffeinträge kommt oder vermehrt extrem Einträge durch z.B. Hochwässer stattfinden.
II) Die Entwicklung bestimmter Makrophyten, wie Wasserpest und Nixenkraut, kann durch einen mäßigen Anstieg der Trübung (KdPAR ≤ 2.0 m-1) gefördert werden (Abb. 2). Da beide Arten für ihre rasante Ausbreitung und ihr invasives Potenzial bekannt sind, ist unter diesen Umständen eine Verdrängung anderer Makrophyten wahrscheinlich. Bei einer direkten Konkurrenz beider Arten ist zusätzlich zur Intensität die Trübungsdauer entscheidend, um zu bestimmen welche Gattung dominiert.
III) Höhere Wassertemperaturen werden die Trübungseffekte auf die Unterwasservegetation in Zukunft zusätzlich verstärken. Durch eine schnellere Erwärmung im Frühjahr erreichen die Gewässer früher einen Temperaturbereich, in dem die Trübung einen nachweislichen Einfluss hat (15-18°C). Im Sommer hingegen werden sowohl die hemmenden als auch die fördernden Effekte der Trübungen verstärkt.
Die Folgen für die Unterwasservegetation hängen somit davon ab, wie stark sich die Trübung der Seen durch Klimawandel und Landnutzungsänderungen in Zukunft erhöht.

Ziel des Teilprojekts

Klima- und Landnutzungswandel führen zu erhöhten Einträgen in Seen. Dazu zählen Einträge von Schweb- und Huminstoffen bzw. Nährstoffen, die Algenblüten fördern. Diese Stoffe wirken direkt bzw. indirekt als optisch aktive Substanzen und beeinflussen das pflanzenverfügbare Licht in Gewässern. Dadurch verändern sich Wasserpflanzengemeinschaften, die wesentliche Funktionen im Ökosystem See erfüllen und diesen Lebensraum strukturieren. Auf diese Weise verursachte Änderungen in der Zusammensetzung der Wasserpflanzen wirken sich auf die gesamte Biodiversität in Gewässern aus.

Das Ziel von Teilprojekt 3 ist es,

1.  die Folgen der erhöhten Einträge von optisch aktiven Stoffen in Seen auf die Zusammensetzung der Unterwasservegetation und somit die gesamte Biodiversität zu untersuchen und
2. die Schwellenwerte (Kippunkte) für Stoffeinträge zu ermitteln, die zu signifikanten Veränderungen in der Unterwasservegetation führen.

In Zusammenarbeit mit Teilprojekt 2 werden in Experimenten die Toleranzen und die Vorlieben ausgewählter Wasserpflanzen (Makrophyten) bestimmt und darauf aufbauende Makrophyten- und Biodiversitätsmodelle optimiert. Grundlage für diese Untersuchungen sind die in Teilprojekt 1 und 4 entwickelten Klima- und Landnutzungsszenarien. Auf diese Weise sollen, Daten zur Optimierung von Biodiversitätsmodellen gesammelt und die Prognosen der Modelle bestätigt werden.