Zentrum für interdisziplinäre Forschung
 
 

Klimawandel und dessen Auswirkungen auf die Ökosystemdynamik und -funktionen

Termin: 25. - 27. August 2008

Leitung: Maik Veste (Cottbus)

Im Rahmen dieser ZiF: Arbeitsgemeinschaft diskutierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Schweden, Norwegen, Großbritannien, Japan, den Niederlanden, der Schweiz und Deutschland über die Auswirkungen des Klimawandels auf die Ökosysteme zwischen den Alpen und Spitzbergen. Ein besonderer Fokus lag dabei auf den Waldökosystemen und deren Anpassungsfähigkeit. Die gegenwärtig ablaufenden Änderungen des Klimas werden in naher Zukunft zu starken Veränderungen der Lebens- und Umweltbedingungen in der Landschaft und deren Nutzung führen.
Aktuelle Modellberechnungen des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung und des Max-Planck-Instituts für Meteorologie in Hamburg gehen von einem mittleren Temperaturanstieg von 1.5 - 4 Kelvin bis zum Jahr 2050 aus. Mittlerweile hat die Temperatur das Niveau des Wärmeoptimums in post-glazialen Phase während des Atlantikums vom 6. bis Anfang des 3. Jahrtausends v. Chr. erreicht und leicht überschritten. Bereits heute führt die sich abzeichnende Erwärmung der Erdatmosphäre der vergangenen Jahrzehnte zu einer Verschiebung der Klimazonen und als deren Folge zu signifikanten Änderungen der Verbreitungsareale von Pflanzen- und Tierarten. So kommt es als Folge milderer Temperaturen in den Wintermonaten zur Arealausbreitung von immergrünen Gehölzen, wie der Stechpalme Ilex aquifolium, im nördlichen Europa. Dieses Phänomen ist auch in Japan zu beobachten. Diese Verschiebung der Vegetationsgürtel in Richtung der höheren Breitengrade bzw. der höheren Berglagen kann als vereinfachtes Modell für die Auswirkungen der Klimaerwärmung auf die Vegetation angesehen werden. Verstärkt breiten sich Neophyten von anderen Kontinenten in Mitteleuropa aus und besetzen ökologische Nischen, eine Folge der Änderungen der Landnutzung und Zunahme von Offenen-Landschaften in Mitteleuropa. Der Klimawandel begünstigt die weitere Ausbreitung dieser Arten. Als Konsequenz dieser Vegetationsänderungen werden die komplexen abiotischen und biotischen Interaktionen in den Ökosystemen beeinflusst, und es kommt auch zu neuen Vergesellschaftungen und damit zu anderen Ökosystemen. Von besonderem Interesse sind dabei die ökologischen Veränderungen in den Kontaktzonen zwischen Vegetationszonen, wie zum Bespiel zwischen dem mitteleuropäischen Laub- und borealen Nadelwald im südlichen Skandinavien oder an der polaren Baumgrenze, um ökologische Änderungen zu verfolgen. Auch die Rückkopplungen zwischen Vegetation, Landoberfläche und Klima sind bisher noch unverstanden und nur annähernd in den Klimamodellen abgebildet. Hier besteht ein dringender Forschungsbedarf zwischen Klimaforschern und Ökologen, wie auf dem Workshop betont wurde.
Auf der anderen Seite gab es in den letzten 11.000 Jahren und auch in historischen Zeiträumen zum Teil drastische Klimaänderungen, die entsprechende Auswirkungen auf die Ökosysteme gehabt haben. Man spricht von der frühmittelalterlichen Wärmezeit, als sogar in Norddeutschland Wein angebaut wurde, andererseits von der Kleinen Eiszeit zwischen 1650 und 1800. Retrospektive Betrachtungen der Vegetationsentwicklung auf der Basis von pollenanalytischen Untersuchungen, wie sie auf dem Workshop vorgestellt wurden, geben hier interessante Aufschlüsse. Diese Ergebnisse sollten für die Weiterentwicklung von unterschiedlichen Klima-Vegetations-Modellen verwendet werden.
Die physiologische Anpassungsfähigkeit von Arten ist ein entscheidender Faktor für die zukünftige Entwicklung der Artenzusammensetzung und Verbreitung von Arten. Die Anpassung von Ökosystemen, besonders von Waldökosystemen, an die zukünftigen Klimaänderungen wird dabei eine zentrale Rolle spielen. Über die Auswirkungen des Klimawandels und insbesondere der Trockenheit auf die Entwicklung der mitteleuropäischen Ökosysteme liegen bisher einige Einzelstudien u.a. aus der Schweiz und Deutschland vor, die mögliche Konsequenzen auf den Wasserhaushalt aufzeigen. Die in den letzten Jahren verstärkt auftretenden extremen Klimaereignisse, wie die Sommertrockenheit 2003, zeigten aber auch die Notwendigkeit einer prozessorientierten Betrachtung auf.
Intensiv diskutiert wurden auf dem Workshop mögliche Konsequenzen des Klimawandels für die Forstwirtschaft und ein möglicher Waldumbau, um die Anpassungsfähigkeit des Waldes zu verbessern. So werden in Südschweden umfangreiche Programme zur Wiederherstellung der Laubwälder, insbesondere von Buchenwäldern durchgeführt, da diese besser an den Klimawandel angepasst sind, als die bisher dominierenden Nadelholzplantagen. Dabei stellen allerdings ökonomische Gründe oftmals ein Hindernis für einen umfassenden Waldumbau von Nadel- auf Laubbaumarten da, sodass Finanzmittel und Unterstützung zur Verfügung gestellt werden, um diesen Prozess zu beschleunigen. Bei solchen Waldumbaumaßnahmen stellt sich auch die Frage nach der richtigen angepassten Baumart bzw. Herkunft. Die zu erwartende Zunahme der Häufigkeit von Jahren mit sommerlichen Trocken- und Hitzeperioden mit Intensitäten wie 2003 oder schlimmer bedeuten zumindest regional erheblichen Stress für diese Ökosysteme. So sind Wälder nicht in der Lage, sich mit der erforderlichen Geschwindigkeit physiologisch oder auf generativem Wege an die künftigen Klimabedingungen anzupassen, zumal häufig die natürlichen, gut an die Standortbedingungen angepassten Waldgesellschaften durch schlechter angepasste und dadurch instabile Waldtypen oder gar durch Monokulturen im Zuge der Forstwirtschaft abgelöst worden sind. Dieser vom laufenden Klimawandel erzwungene Waldumbau muss Baumarten, Herkünfte und Waldstrukturen einbeziehen, die eine hohe Klimaplastizität und Diversifizierung der Risiken garantieren. Die Problematik ist hierbei, dass möglichst rasch mit der Umwandlung der Wälder begonnen werden müsste, obwohl der Klimawandel noch lange nicht abgeschlossen ist und auch nicht seine vollständigen Auswirkungen bekannt sind. Bäume reagieren auf Änderungen in ihrer Umwelt über genetische Änderungen über viele Generationen, aber bei Umweltschwankungen, die kürzer sind als eine Generation, kommt der flexiblen phänotypischen und ökophysiologischen Anpassungsfähigkeit eine besondere Bedeutung zu. Inwiefern Bäume in der Lage sind, sich mit der erforderlichen Geschwindigkeit physiologisch oder auf generativem Wege an die künftigen Klimabedingungen anzupassen, ist noch eine offene Frage. Auch deren Angepasstheit insbesondere in Mitteleuropa ist nicht vollständig erforscht. Dabei bestehen in der Angepasstheit zum Teil große Unterschiede zwischen den Populationen und dies vor allem am leading edge und rear edge ihres Verbreitungsgebietes. So haben Untersuchungen an Buchen gezeigt, dass Herkünfte im Randbereich ihres Verbreitungsgebietes in Polen besser an extreme Trockenheit angepasst sind und sparsamer mit dem Wasser umgehen als Ökotypen aus Nordostdeutschland. Weitere Versuche zeigten, dass Herkünfte mit einer hohen Sensitivität gegenüber Trockenheit und einer langen Erholungsphase besonders von einer erhöhten Frequenz von Trockenjahren betroffen sein könnten, was drastische Auswirkungen auf die Stabilität dieser Bestände hätte. Welche Auswirkungen eine verstärkte Frequenz von Trockenheitsphasen und hohen Niederschlägen tatsächlich auf die Erholung der Bäume haben wird, ist allerdings ungeklärt. So lassen sich aus solchen Einzeluntersuchungen keine generellen Prognosen für die Zukunft der Buchenwälder in Europa und auch keine Handlungsempfehlungen für die Forstwirtschaft ableiten. Das Verständnis dieser Adaptationsprozesse und deren Einbindung in die verschiedenen Skalenebenen wäre ein dringend notwendiger Schritt, um die Auswirkungen des Klimawandels auf die Vegetation und Ökosysteme besser zu verstehen und Prognosen über deren Entwicklung zu geben. So basieren die derzeitig vielfach verwendeten Modelle zur Pflanzenverbreitung auf so genannten Klimahüllen und sind für eine Prognose von zukünftigen Verbreitungsarealen mit vielen Fehlern behaftet. Insbesondere die Anpassungsfähigkeit von Populationen ist nicht berücksichtigt. So wurde deren Anwendung für die Praxis kontrovers diskutiert. Entsprechend wurden erste Modellvorstellungen im Rahmen einer Arbeitsgruppe diskutiert. Aber auch experimentelle Untersuchungen dieser Prozesse und die Erforschung der vielfältigen Reaktionsmuster sind dringend notwendig. So sollten gezielt Forschungswälder angelegt werden, in denen unterschiedliche Herkünfte, d.h. unterschiedliches genetisches Material, gemischt wird. Im Rahmen eines Netzwerkes von Versuchsflächen kann die Plastizität und Anpassungsfähigkeit der Baumarten in den nächsten Jahrzehnten untersucht werden. Entsprechend sollten größere Waldökosysteme sich ohne den Menschen entwickeln, sodass entsprechende Referenzräume für wissenschaftliche Untersuchungen und auch als Refugien für die Natur zur Verfügung stehen. Entsprechende zukünftige Forschungskonzepte wurden im Rahmen des Workshops diskutiert und sollen in der nächsten Zeit für konkrete Forschungsansätze weiterentwickelt werden. Ein Schwerpunkt zukünftigen Arbeitens sollten verstärkt experimentelle Untersuchungen und deren Verknüpfung mit ökologischen Modellen sein, deren methodische Ansätze zwischen den Arbeitsgruppen abgestimmt werden sollten.



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