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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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3

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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

10

20

30

40

50

60

70

1980 1990 2000

Daily

dis

charg

e (

m3s

-1)

0

2

4

6

8

15

20

1980 1990 2000

Daily

dis

charg

e (

m3s

-1)

0

2

4

6

8

15

20

Spöl (Schweizer Nationalpark)

2000 2001 2002 2003 2004

Dis

ch

arg

e (

m3/s

)

0

10

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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1. November 2009

Erosion an Vegetation

29. April 2010

Inselerosion

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30. November 2010

Totholzablagerungen

5. Mai 2010

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5. Mai 2010 5. Mai 2008

5. Mai 2008 5. Mai 2010

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5. Mai 2008 5. Mai 2010

Verzweigter Flusstyp – Bsp. Thur (CH)

2002 1935

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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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Oder (D): Rezente Inselbildungen

Larve

Ei Wasser

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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