Vom Wasserstand über den Torfmoos-Chloroplasten zur ... · Gliederung 1 Einleitung 2 Methoden,...

Vom Wasserstand über den Torfmoos-Chloroplastenzur Vegetationseinheit - ein „Mooritoring“.

Antje Brückner, Jena

Gliederung

1 Einleitung

2 Methoden, Lage der Pegel

3 Ergebnisse3.1 Abiotik 3.2 Untersuchungen der Vegetation

4 Zusammenfassung

1 Einleitung• Verhältnisse im natürlichen Regenmoor:

Abiotik: Wasserstand ganzjährig knapp unter Flur, Nährstoffarmut, pH 3-4

Vegetation: Spezialisten (ombrotrophe, torfbildende Sphagnum-Arten, wenige höhere Pflanzen) bilden das Akrotelm, die obere, lebende, funktionelle Schicht des Torfkörpers (Ingram 1978).

• Renaturierungsmaßnahmen: zur „Imitation“ der natürlichen Hydrologie à Ziel: Akrotelm initiieren/ stabilisieren (Joosten 1993)

Wechselwirkung/ Selbstregulation

In den Hochmooren des Thüringer Waldes fanden- nach vielen ehrenamtlichen Bemühungen – seit 1999umfangreiche, großtechnische Renaturierungsarbeiten statt.

• langfristig: im Gesamtbild erst nach Jahrzehnten deutliche Tendenzen erkennbar sowie Veränderungen im Torfchemismus

MONI

TORI

NG

• mittelfristig:Entwicklung der Vegetation,wobei die Zielarten der Torfmoose die Abiotik zuverlässig widerspiegeln

• kurzfristig: Überwachung der Hydrologie

(Hiller 2003)

Notwendigkeit der Erfolgskontrolle

• Monitoring: 2007 beginnend im Saukopfmoor als Erfolgskontrolle der Baggermaßnahme

• Ausweiten auf die übrigen Moore (2008 - 2011): Schützenbergmoor, Schneekopfmoore und Beerbergmoor

• Die mittlerweile große Datenbasis erlaubt Zustands-beschreibungen und bietet Vergleichsmöglichkeit der Moore.

• Dabei sind jedoch die jeweils eigenen historisch bedingten Beeinträchtigungen und verschiedenen Renaturierungsansätze zu beachten:

Ren

atur

ieru

ngsa

usm

aß

StörungsausmaßAufforstung +Torfabbau + Intensive Entwässerung

Fic

hten

-+

en

tnah

me

Stau

e

händ

isch

groß

tech

nisc

h

Renaturierungsmaßnahmen, Bsp. Saukopfmoor:RigoroseAbholzung

Anstau der Quer-Gräben mittelsStaubrett-kaskaden

Anstau der großenGräben durch klassischeHolzstaubauweise

„Radikalkur“Moorbagger

südliches und nördliches Schneekopfmoor

2 Methoden2.1 Lage der Pegel:

Saukopf- und Schützenbergmoor

Beerbergmoor

Abiotik(Pegelnetz)

• Wasserstand• Bodenfeuchte

• Leitfähigkeit als Indikator der Nährstoffverfügbarkeit

• pH-Wert• Torfqualität: C/N und

Humifizierungsgrad

VegetationSchlüsselgattung: Sphagnum

• Photosynthesekapazität• Längenwachstum• Dauerflächenbeobachtung

(feinaufgelöst)

• Dauerflächenbeobachtung(grobskaliert)

• Kartierung derVegetationseinheiten

zeitlich und räumliche Skala

2.2 Inhalte des Monitorings

• Der Statistische Mittelwertvergleich (Anova, P<0,01)ergibt für alle Parameter signfikante Unterschiede im Moorvergleich.

• Auch ein Vergleich im Jahresverlauf der Parameterzeigt Unterschiede zwischen den Mooren auf.

3 Ergebnisse3.1 Abiotik

3.1.1 Wasserstand

BBM: Beerbergmoor; SKM: Saukopfmoor; SBM: Schützenbergmoor; SNES: südl. Schneekopfmoor; SNEN: nördl. Schneekopfmoor

0,901,01,01,0Signifikanz

-15,8564SNEN

-15,92680SKM

-19,2770SBM

-24,0522SNES

-26,1190BBM

4321

Untergruppe für Alpha = 0.05.Stichpro-

bengrößeMoor

Wasserstand unter GOK (cm)

Tab.: Gruppierung der Moore nach signifikanten Unterschieden (Anova, SNK)

BBM: Beerbergmoor; SKM: Saukopfmoor; SBM: Schützenbergmoor; SNES: südl. Schneekopfmoor; SNEN: nördl. Schneekopfmoor

•Saukopfmoor/ nördl. Schneekopfmoor:

ausgeglichen, oberflächennah ☺

•Schützenbergmoor:

deutlich niedriger K

•Südl. Schneekopfmoor und Beerbergmoor:

am stärksten abgesenkt L

3.1.2 Bodenfeuchte

BBM: Beerbergmoor; SKM: Saukopfmoor; SBM: Schützenbergmoor; SNES: südl. Schneekopfmoor; SNEN: nördl. Schneekopfmoor

• Nördliches Schneekopfmoor:

am besten durchfeuchtet ☺

• Schützenbergmoor und Saukopfmoor:

etwas geringere Bodenfeuchte ☺

• Beerbergmoor und südliches Schneekopfmoor:

trockenste Standorte L

3.1.3 Leitfähigkeit

BBM: Beerbergmoor; SKM: Saukopfmoor; SBM: Schützenbergmoor; SNES: südl. Schneekopfmoor; SNEN: nördl. Schneekopfmoor

• Schützenbergmoor:

hochmoortypisch, sehr nährstoffarm ☺

• Saukopfmoor und Beerbergmoor:

etwas erhöhte Werte K

• Schneekopfmoore:

deutlich erhöht L , aber dabei deutlich

südl. Schneekopfmoor < nördl. Schneekopfmoor,

jeweils verschiedene Mechanismen verantwortlich:

niedriger Wasserstand (SNES) Baumbestand (SNEN)

(Anderson et al. 2000)

3.1.4 pH-Werte

BBM: Beerbergmoor; SKM: Saukopfmoor; SBM: Schützenbergmoor; SNES: südl. Schneekopfmoor; SNEN: nördl. Schneekopfmoor

Insgesamt für alle Moore in hochmoortypischem Bereich ☺

3.1.5 Jahresverlauf a) Wasserstand

SKM: Saukopfmoor;SBM: Schützenbergm. SNES: südl. Schneekopfmoor; SNEN: nördl. Schneekopfmoor; BBM: Beerbergmoor

3.1.5 Jahresverlauf b) Leitfähigkeit

SKM: Saukopfmoor;SBM: Schützenbergm. SNES: südl. Schneekopfmoor; SNEN: nördl. Schneekopfmoor; BBM: Beerbergmoor

• Wasserstand: Moorunterschiede verstärken sich bei Trockenheit, Reihung ändert sich (Schützenbergmoor!)

• Leitfähigkeit:Moorunterschiede verstärken sich im Jahresverlauf.

Herbstliches Absinken der Werte: im Beerbergmoor und südl. Schneekopfmoor später als im Saukopf- und Schützenbergmoor, im nördl. Schneekopfmoor kein Rückgang!

Abiotik - Übersicht

Bei starker Trockenheit

pH

Leitfähig-keit

Boden-feuchte

Wasser-stand

Nördl. Schnee-kopf-

Südl. Schnee-kopf-

Beer-berg-

Schützenberg-

Sau-kopf-

Moor

Parameter

hochmoortypisch ☺, etwas abweichend K, abweichend L

3.2 Untersuchungen der Vegetation3.2.1 physiologische Torfmoos-Vitalität

• Fluoreszenzmessungen am

Torfmoos-Chloroplasten zum Rückschluß

auf die Photosynthesekapazität

Besonderheit des Parameters:

• nicht – invasiv; schnelle & direkte Reaktion

• artübergreifendes Optimum des Parameters

(Mohammed et al. 1995)

àZwischenartliche (!) Vergleiche der Vitalität möglich

3.2.1 physiologische Torfmoos-Vitalitäta) Abhängigkeit vom Wasserstand

•Schwankung entspricht deutlich Lage des Moorwasserspiegels

• Arten reagieren unterschiedlich stark auf die extreme Trockenperiode à Bultarten weniger empfindlich

• Zunahme derartiger Extremereignisse àKonkurrenzverschiebung zu Gunsten des Bunten Torfmoosrasens

• Kohlenstoffquellen oder –Senken? àWasserrückhalt entscheidend!

• Bestätigung der sofortigen Sensibilität des Parameters auf veränderte Umweltfaktoren:

à gute Einsetzbarkeit im Naturschutz-Monitoring bei Maßnahmen mit pflanzlichen Zielarten!

3.2.1 physiologische Torfmoos-Vitalitätb) Moorvergleich

deutlicher Unterschied in Abhängigkeit vom Moorstandort (Anova, SNK):

•Saukopfmoor, Schützenbergmoor:

höchste Vitalität, jedoch nicht am Optimum K

• Nördliches Schneekopfmoor: geringere Werte K

•Südl. Schneekopfmoor, Beerbergmoor: geringste Vitalität L

• Extreme Trockenphbase in 2011 à Saukopfmoor Standortvorteil! – „Weißmoos nicht gleich Weißmoos“

MoospolsterHerbst

3.2.2 Morphologische Torfmoos-Vitalität: Längenwachstum

• Längenwachstum der Arten nach Drösler (2005): In den Dauerflächen dünne GFK-Stäbe in den Torfmoospolstern versenkt; nach der Vegetationszeit à Messen des Torfmoos-Zuwachses:

Moospolster Frühjahr

Mess-Stab ? Länge

3.2.2 Längenwachstum a) Jahresvergleich der Arten

• Unterschiede im Wachstum je nach Zugehörigkeit zur ökologischen Artgruppe:Bultarten < Rasenarten < Schlenkenarten

• Unterschiede im Jahresvergleich:Wachstum - fördernde (z.B. 2012) oder Wachstum - hemmende Bedingungen (z.B. 2013)

• Bultarten weniger empfindlich

3.2.2 Längenwachstum b) Moorvergleich

SKM: Saukopfmoor;SBM: Schützenbergm. SNES: südl. Schneekopfmoor; SNEN: nördl. Schneekopfmoor; BBM: Beerbergmoor

Unterschiede in Abhängigkeit vom Moorstandort (Anova, SNK):

Die meisten Arten zeigen

• im nördlichen Schneekopfmoor und Saukopfmoor:

höchste Zuwachsraten ☺

• Schützenbergmoor: mittlere Zuwachsraten K

• Beerbergmoor sowie südliches Schneekopfmoor:geringe Zuwachsraten L

Aber: Auftreten typischer Hochmoorarten wie Sphagnum fuscumnicht bzw. kaum im nördlichen Schneekopfmoor – Lichtmangel!

• 2007: Anlage und Erstaufnahme von 15 Dauerflächen (Saukopfmoor) und 5 Dauerflächen (Schützenbergmoor) a 4m²;Kartierung der Arten (%) auf jeweils 16 Unterquadrate

• 2010: Neuaufnahme und Bewertung der Entwicklungstendenz;Neuanlage und Erstaufnahme von je 5 Dauerflächen in Beerbergmoor und den zwei Schneekopfmooren

3.2.3 Entwicklung der Vegetation:feinaufgelöste Dauerflächen

2007

20101m

2m

0,1m

Beispiel eines Pionierstandortes im Saukopfmoor

Schützenbergmoor: nicht eindeutige bis negative Entwicklung LZunahme von Heidekraut und Blaubeere,Torfmoosdeckung z. T. zurückgegangen, Regenerationspotential des Bunten Torfmoosrasens vorhanden,Mangelfaktor Licht und z.T. Wasser (siehe Abiotik)

Saukopfmoor: positive Entwicklung ☺Zunahme in der Torfmoosdeckung,Blaubeer-Moorheiden à zwergstrauchreicher Torfmoosrasen,Pionierstandorte à Torfmoos-Calluna-Moorheide, Zentrum à stagnierende Vegetation (Bunte Torfmoosrasen)

• Übrige Moore: Zweiterfassung noch ausstehend ???

3.2.4 Entwicklung der Vegetation:grobskalierte Dauerflächen/

Kartierung der gesamten Moore nach Biotoptypen

• Anlage und Erstaufnahme nach Braun-Blanquét 1999/2000 von Dauerflächen durch Dr. Jeschkesowie Gesamtkartierung der Moore

• Neukartierung der DBF´s in 2007-2010 sowie der gesamten Moorflächen

• nach Möglichkeit Ableiten von Entwicklungstendenzen

DBF 1, Saukopfmoor

Dauerflächen sollten Aufschluss geben (Jeschke 19999), ob sich:1) torfbildende oder torfkonservierende Vegetationsformen etablieren2) die Fichte auf den freien Regenmoorkalotten verjüngt3) die Torfmoose ausbreiten, um den Wasserhaushalt zu stabilisieren.

In Verbindung mit der Gesamtkartierung ergibt sich:

positivwider-sprüchlich

eherpositiv

eher negativpositivGesamt

☺☺☺L☺3)

KKLKK2)

☺L☺K☺1)

BBMSNENSNESSBMSKM

Beispiel Vegetationsentwicklung Saukopfmoor

Vegetation - Übersicht

Art-Vorkommen/ - Ausbreitung

Indikator

DauerflächenGrob/ Gesamt-Vegetation

???Dauerflächen feinaufgelöst

Längenwachstum

Physiologische Vitalität

Nördl. Schnee-kopf-

Südl. Schnee-kopf-

Beer-berg-

Schützenberg-

Sau-kopf-

Moor

hochmoortypisch ☺, etwas abweichend K, abweichend L

Abiotik - Rückblick

Bei starker Trockenheit

pH

Leitfähig-keit

Boden-feuchte

Wasser-stand

Nördl. Schnee-kopf-

Südl. Schnee-kopf-

Beer-berg-

Schützenberg-

Sau-kopf-

Moor

Parameter

hochmoortypisch ☺, etwas abweichend K, abweichend L

4 Zusammenfassung und Schlussfolgerung

•4.1 Saukopfmoor: positiver Zustand auf fast allen Monitoring-Ebenen:• günstige Wasserversorgung• gute Vitalität der Zielgattung Sphagnum• Standortvorteil des Saukopfmoores in Trockenphasen• Aber: Fichtenaufkommen im Auge behalten!

Weitere Maßnahmen:

Ehemals am stärksten gestörtes Moor zeigt heute- am Leitbild orientiert – den besten Zustand!à Erfolg der Renaturierungsmaßnahmen belegt

Beobachten, Fichtenjungwuchs entfernen

4.2 Schützenbergmoor:unterschiedlicher Zustand auf verschiedenen Monitoring-Ebenen:

• hydrologisch Bedingungen v.a. in Trockenphasen unzureichend• das Artvorkommen ist hochmoortypisch• jedoch bei geschwächter Vitalität und Rückgang der Zielarten

Relativ stark gestörtes Moor bis 2013 noch nicht ausreichend renaturiert. Die Verbesserung der hydrologischen Bedingungen durch die große Anstaumaßnahme in 2013 ist abzuwarten.

Weitere Maßnahmen:

Freistellung der Randbereiche, Beobachten

4.3 Beerbergmoor:

unterschiedlicher Zustand auf verschiedenen Monitoring-Ebenen:

• hydrologische Bedingungen eher unzureichend à Torfzehrung in Trockenphasen anzunehmen

• Artinventar positiv • Folge der Fichtenentnahme: Zunahme torfbildender Vegetation • dennoch suboptimale Bedingungen für die Torfmoose

Erwünschter Renaturierungszustand des ehemals gestörten Moores noch nicht voll erreicht; Verbesserung der Hydrologie durch weitere Maßnahmen nicht möglich; zukünftige Witterungsbedingungen für Selbstheilungskraft entscheidend.

Weitere Maßnahmen:

?, Beobachten

4.4 südliches Schneekopfmoor :unterschiedlicher Zustand auf verschiedenen Monitoring-Ebenen:

• Beeinträchtigung durch abgesenkten Wasserstand à Torfzehrung in Trockenphasen

• Artinventar positiv • Folge der Fichtenentnahme: Zunahme torfbildender Vegetation • dennoch verminderte Vitalität der Torfmoose• stellenweise starke Fichtenverjüngung

Historisch stark gestörtes Moor noch nicht ausreichend erholt; umfassende Verdichtung der Gräben nötig; zukünftige Witterungsbedingungen für Selbstheilungskraft entscheidend.

Weitere Maßnahmen:

Anstaumaßnahmen, Fichtenjungwuchs entfernen, Beobachten

4.5 nördliches Schneekopfmoor:

unterschiedlicher Zustand auf verschiedenen Monitoring-Ebenen:

• Degradation des Torfkörpers trotz günstiger Wasserversorgung

à Ursache Baumbestand• z. T. sehr gute Vitalität der Zielvegetation• Aber: wichtige Bultarten fehlen weitestgehend• torfbildende Vegetation: Fläche aktuell << potentiell à Ursache Baumbestand (Mangelfaktor Licht)

Weitere Maßnahmen:

(partielle) Freistellung, Beobachten

Historisch am wenigsten gestörtes Moor weiterhin durch den Fichtenforst von seinem ehemaligen und potentiellen Erscheinungsbild weit entfernt.

4.6 Methodik

• Die Fluoreszenzmessung als physiologischer Parameter bei Naturschutzmaßnahmen mit pflanzlichen Zielarten erwies sich als sehr hilfreiche, aussagekräftige Methode.

• Für die meisten Moore ergaben sich hinsichtlich einiger Parameter naturnahe Zustände, während andere Indikatoren kritische Entwicklungen belegten à die jeweiligen „Schwachstellen“ sind entsprechend der verschiedenen Beeinträchtigungen unterschiedlich gelagert und könnten bei eingeschränkten Untersuchungen übersehen werden.

à Die Vielfalt der Indikatoren des Monitorings ist für eine möglichst umfassende Einschätzung der Moore unerlässlich.

5 LiteraturBreemen, N. van (1995): How Sphagnum bogs down other plants. Trends in

Ecology and Evolution 10, 270-275Clymo, R.S. (1970): The growth of sphagnum: methods of measurement.

Journal of Ecology 58, 13-49Daniels, R.E. & Eddy, A. (1990): Handbook of European Sphagna. Inst. of Terr.

Ecology, Natural Environmental Research Concil, HMSO, LondonDrösler, M. (2005): Trace gas exchange and climatic relevance of bog ecosystems,

Southern Germany. Diss., Lehrstuhl für Vegetationsökologie, TUM Hiller, B. (2003): Erstellung eines Leitfadens für das Monitoring und die

Erfolgskontrolle von Maßnahmen in Regenmooren Südbayerns. Diplomarbeit, Lehrstuhl für Vegetationsökologie, TU München

Jeschke, L. & Paulson, C. (2000): Pflege- und Entwicklungspläne für die Hochmoore des Thüringer Waldes. Auftraggeber: TMfLNU

Jeschke, L. & Paulson, C. (2002): Moore in den Kammlagen des Thüringer Waldes u. des westlichen Schiefergebirges. Naturschutzreport 19, 13-82

Joosten, H. (1993): Denken wie ein Hochmoor: Hydrologische Selbstregulation von Hochmooren und deren Bedeutung für Wiedervernässung und Restauration. Telma 23, 95-115

Mohammed, G.H., W.D. Binder, S.L. Gillies (1995): Chlorophyll flourescence:A review of its praktical forestry applications and instrumentation. Scandinavian Jounal of Forestry Research 10, 383-410

Herzlicher Dank!

Die Untersuchungen fanden im Auftrag des Thüringen Forst, Service und Kompetenzzentrum (Gotha) statt.

Ein besonderer Dank für Entstehung und Ausweitung des Monitorings geht an Andreas Henkel.

Für eine sehr, sehr wesentliche Unterstützung von Frau Dr. Annette Freibauer (Planung, Erstbegehung, Anlage der Messpegel…).

An das MPI-BGC (Jena), welches die Arbeiten durch bereitgestellte Messtechnik unterstützt, wobei ein ganz besonderer Dank an Iris Kuhlmann, Waldemar Ziegler und Angelika Thuille geht.

Für die gemeinsamen Messungen mit Sascha Beetz in 2007 und 2008.Für die hilfreiche, freundliche Absicherung der kritischen Moosproben durch Dr.

Ludwig Meinunger und W. Schröder sowie Jan Eckstein. Ingolf Profft danke ich ganz herzlich für die gute Zusammenarbeit.An das Biosphärenreservat Vessertal, insbesondere Jens Wykowski, für die

Unterstützung der Messungen in der Periode 2009 in den Schneekopfmooren.Weiterhin sei Regina und Werner Gerlach, Detlef Baumbach, Dirk Link,

Alexander Sinz und Familie sehr, sehr für ihre Hilfe und Unterstützung gedankt und vielen mehr!

Vielen Dank für Ihr Interesse!

Südliches Schneekopfmoor, Herbst 2011