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Ökosystemfunktionen von Flussauen

UFZ: 1 - Department Naturschutzforschung, Biota. 2 – Institut für ökologische Forschung und Planung GmbH

Mathias Scholz1, Dietmar Mehl2, Christiane Schulz-Zunkel1, Hans Kasperidus1 , Wanda Born1, Klaus Henle1

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BfN Workshop Vilm - 28. Juni 2013

Fachbetreuer am BfN: Thomas Ehlert

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Fazit

Gliederung

Deichrückverlegung LenzenProzesse/Faktoren/Ergebnisse

EinführungKurzvorstellung des Projektes:„Ökosystemfunktionen von Flussauen“

Foto: M. Scholz

Foto: M. Scholz

Foto: A. Künzelmann

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Gesellschaftliche Herausforderung Auen

• Feuchtgebiete und Fließgewässerökosysteme unter enormen Nutzungsdruck; gehören weltweit zu den am meisten gefährdeten Ökosystemen (MEA 2005)

• Deutschland: alarmierender Zustand der Auen: 2/3 der ursprünglichen Auen sind verschwunden, nur 10% in naturnahem Zustand (Auenzustandsbericht 2009)

– Intensive Landnutzung und Siedlungsflächen– Begradigung von Flüssen, Eindeichung, Schiffbarmachung

• Offensichtlich werden ÖSL in Planungsentscheidungen bislang nicht angemessen berücksichtigt: politische Handlungsnotwendigkeit!

• Nationale Biodiversitätsstrategie: bis 2020 Auen in ihrer Funktion als Lebensraum sichern und mehr natürliche Überflutungsräume schaffen (mind. 10%)

– WRRL und Auenentwicklung: Flussauen als gemeinsames Handlungsfeld sektoraler Politiken (Naturschutz, Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft)

– Klimawandel und Auen: Anpassungsstrategie (Hochwasserschutz) undVermeidung (Reduzierung von Treibhausgasen)

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Wichtige Ökosystem-leistungender Fließ-gewässerund Auen(nach MEA 2005)

Grafik: Biota

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Grafik: Biota

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Kurzvorstellung des ProjektesÖkosystemfunktionen von Flussauen -

Analyse und Bewertung von Hochwasserretention, Nährstoffrückhalt, Kohlenstoffvorrat, Treibhausgasemissionen und Habitatfunktion

Quantifizierung und Bewertung der Auenfunktionen:- Hochwasserschutz- Rückhalt von Nährstoffen- Treibhausgasen- Biologische Vielfalt

Ökonomische BewertungSzenarienentwicklung

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Bundesweit vorliegende Datensätze:- Bearbeitungskulisse: 79 große Flüsse und deren

Auen mit Einzugsgebietsgröße ab 1.000 km2

Eingangsdaten

- Abgrenzung der morphologischen, rezenten und Altauen

- Landnutzung (Digitale Landschaftsmodell DLM25, Daten 2009), Auenzustand

- Bodenübersichtskarte 1:1 Mio (BÜK1000)- Natura 2000-Datenbank Deutschland

- Verwendung der Datengrundlagen auf 1-km Auensegmente

- Methodische Herangehensweise basiert auf Literaturauswertungen, Fallbeispielen, Expertenwissen

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Methodisches Vorgehen

- Prozesse in Auen finden sehr kleinräumig statt

Wasserstände der Jahre 1998,1999, 2002 und 2003 am Elbpegel Aken

50,00

51,00

52,00

53,00

54,00

55,00

56,00

57,00

58,00

J F M A M J J A S O N D

Was

sers

tand

(NN

+ m

)

1998

1999

2002

2003

Pegelnullpunkt

MW 88-97

Grafik: RIVA-Projekt, Scholz et al. 2009

Grafik: Scholz & Rosenzweig, Scholz et al 2009, RIVA-Projekt

Grafik: BMU & BfN 2009

Überflutungscharakteristika (bundesweites Höhenmodell fehlt, Verallgemeinerungen notwendig)

räumliche Heterogenität bleibt nahezu unberücksichtigt

- Wesentliche Merkmale zur Quantifizierung von Funktionen lassen sich nur indirekt oder unzureichendermitteln

- Flusstypische Charakteristika lassen sich nur schwerintegrieren

Größe, Frachten, Durchflüsse …

deshalb müssen auf deutschlandweiter Ebene Verallgemeinerungen vorgenommen werden!

Foto: A. Künzelmann

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Auenfunktion 1: Hochwasserschutz / Hochwasserretention

Foto: A. Künzelmann

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HochwasserretentionStrategischer Hintergrund

• Hochwasserschutzfunktion der Auen: Potenzial der Strom- und Flussauen zur natürlichen Rückhaltung bzw. Abflachung ablaufender Hochwasserwellen

• Maßnahmen der Gewässer- und Auenrestauration führen zu Senkungen der HochwasserscheitelBeispiel Elbe bei Umsetzung von 19 Rückhaltungen (15 Deichrückverlegungen, 4 Flutpolder) können bei extremen Hochwassern zumindest im Fernbereich Wasserstand reduzierende Wirkungen erreicht werden; bei Hochwasser mit kurzen Scheiteldauern vor allem bedeutsame Wasserstandsenkungen im Nahbereich (BUSCH & HAMMER 2006)

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Auenretentions-verlust

sehr geringer Verlust

9%geringer Verlust

21%

deutlicher Verlust

27%

hoher Verlust29%

sehr hoher Verlust

14%

− Auenretentionsverlust spiegelt die wesentlichen hydraulischen Einflussfaktoren wider, insbesondere auch die Rauigkeit umfassender als der reine Verlust an Auenüberflutungsfläche (Altaue); er differenziert mithin signifikant stärker

nur 33% der betrachteten Auen besitzen noch ein hohes Potential für die Hochwasserretention,

biota Quelle: Mehl et al. 2012

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Vermögenswerte in Auen

• 302 Mrd. Euros Vermögenswerte in Deutschen Flussauen

• Vermögenswerte nicht zu verwechseln mit Schadenspotenzial!

• Auch tatsächlichen Schäden müssen im Überflutungsfall nicht dem Schadenspotenzial entsprechen.

• Der Schutz der Altaue und dortiger Vermögenswerte ergibt sich aus dem Deich + der Retentionsleistung in der rezenten Aue

• Angaben nutzbar für deutschlandweite Schadenspotenzialanalyse, vorausgesetzt esgibt HW-Modelle, die eine Berechnung der Retentionsvolumina ermöglichen!

Quelle: Born et al. 2012

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Auenfunktion 2: Nährstoffrückhalt in Auen

Foto: C. Schulz-Zunkel

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Hauptprozess

Denitrifikation(Mulholland 2008, Verhoeven et al. 2006, van der

Lee et al. 2004, Venohr et al. 2003, Kronvang et al. 1999)

Hauptprozess

Sedimentation (Verhoeven et al. 2006, van der Lee et al. 2004,

Kronvang et al. 1999)

Bestimmende Faktoren der Nährstoffretention in Auen:- Nährstofffracht im Fluss

- Überflutungsfläche- Überflutungsdauer

- Bodeneigenschaften- Landnutzung

Stickstoffretention Phosphorretention

Nährstoffretention

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Nährstoffrückhalt in Auen

• Nährstoffrückhalt im Mittel 7%-9% N und 11% P der jährlichen Fracht von Flüssen, aber P-Retention bis zu 50% im Hochwasserfall (Elbe);

• monetär mittels Grenzkosten ausgedrückt insgesamt 540 Mio. Euros jährlich in Fluss und Aue bei HW-Ereignissen

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N-Retention

• Stickstoffretentionspotenzial in den 25 flächenmäßig größten Flussauen in [t/a].

0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000

Ruhr

Naab

Elde

Lahn

Inn

Amper

Weiße Elster

Peene

Isar

Bode

Aller

Mulde

Werra

Oder

Lippe

Saale

Havel

Leine

Spree

Main

Ems

Donau

Weser

Rhein

Elbe

N-Retention max [t/a] N-Retention min [t/a] Quelle: Schulz-Zunkel et al. 2012

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Auenfunktion 3: Rückhalt von Treibhausgasen

Foto: K. Henle

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Verbreitung organischer Böden in den

morphologischen Flussauen

hoher Kohlenstoffvorrat in organischen und mineralischen Auenböden

Datengrundlage: BÜK1000

Terrestrische Böden

7 Mio. t CAuenböden/

Gleye 41 Mio. t C

Moorböden 109 Mio. t C

Vorrat Kohlenstoffen in rez. Auen

Quelle: Scholz et al. 2012

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Treibhausgasemissionen organischer Böden rezenten Flussauen und Altauen zusammengefasst

nach Flussgebieten

• insbes. auf organ. Böden hohes Potenzial von Treibhausgasemissionen aufgrund intensiver Landnutzungen

• Freisetzung von 2,53 Mio. t CO2-Äquivalenten pro Jahr.

• entspricht dem CO2-Ausstoß, den 1.265.750 Autofahrer mit ihrem PKWjährlich erzeugen 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1.000

Rhein Donau Ems Weser Elbe Oder Ostseezuflüsse

Flussgebiete

CO

2e in

100

0 t a

-1

rezente Aue Altaue

Quelle: Mehl et al. 2012

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Auenfunktion 4:Biologische Vielfalt -

Habitatfunktion

Fotos: A. Künzelsmann

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Biologische Vielfalt -Habitatfunktion

• Ziel: „naturnahe Auen als „Hotspot“ der biologischen Vielfalt“ zu überprüfen und beispielhaft anschaulich zu untersetzen

• Bewertung der Biodiversität in Auen im bundesweiten Maßstab nur über „integrierende Merkmale“

• Auenzustandsbewertung bewertet vorrangig morphologische und hydrologische Standortverhältnisse in Kombination mit Landnutzung

• Focus Biologische Vielfalt: Einschätzung auentypischer Lebensräume und Arten der Natur-als auch der Kulturlandschaft

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Biologische Vielfalt- Habitatfunktion

- Ableitung zur Ermittlung eines Indexes für eine auentypische Habitateignung auf Grundlage bundesweiter Daten für Auen

- Bewertung von Flächenanteil und Qualität auentypischer Lebensräume darstellen

Folgende Merkmale für 1-km-Segmente:• A = Flächenanteil der Natura2000 Gebiete • B = Intensität der Flächennutzung (z.B. Acker, Grünland,

Wald)• C = Flächenanteil bundesweiter Feuchtlebensräume /

gesetzlich geschützter Lebensräume• D = Rückstau als Malus

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auentypische Biodiversitäts-“hotspots“ finden sich v.a. entlang frei fließender Flüsse des Tieflandes, aber nur 4% erreichen einen sehr guten Bewertungsstatus

hoch27%

mittel22%

sehr gering

20%

sehr hoch4%

gering27%

Quelle: Scholz et al. 2012

Biologische Vielfalt- Habitatfunktion

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• Betrachtet wurden 7 Planungen + 2 bereits umgesetzte DRV

• Wirkung der Auenfunktionen vor und nach DRV

• Verwendung der bundesweit angewandten Methoden

Deichrückverlegungen (DRV) an der Elbe

Quelle: Scholz et al. 2012

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DRV Lenzen• DRV-Überflutungsfläche von ca. 420 ha• Eingangsdaten vor der

Deichrückverlegung waren das DLM25• Nach DRV: Nutzung einer aktuellen

Biotoptypenkartierung von Katharina Nabel (Nabel et al. 2012) Aggerierungzu 7 Landnutzungstypen

• FunktionsberechungQuelle: SCHOLZ, M., KASPERIDUS, H.D., SCHULZ-ZUNKEL, C. & D. Mehl (2012): Betrachtung von Auenfunktionen vor und nach der Deichrückverlegung bei Lenzen. Auenreport Spezial 2012: 85-91.

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Beispiel DRV Lenzen: Landnutzung mit versch. Eingangsdaten für Landnutzungen

Hoch aufgelöster Daten aus Biotoptypenkartierung (nach Nabel et al. 2012) zusammengefasst nach Landnutzungstypen LN-Daten generiert aus dem DLM25

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Vergleich Flächenutzung der rez. Aue vor und nach DRVRezente Aue vor und nach DRV Lenzen in ha

0 100 200 300 400 500 600

mit DRV (LN nachBiotoptypen - Katharina

Nabel)

Status Quo (DLM25) Gewässer SiedlungWald Acker FeuchtlebensräumeGrünland vegetationslos

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Hochwasserretention• Verwendung eines Ansatzes nach

Mehl et al. (2010), der den Retentionsverlust anhand der morphologischen Aue und rez. Aue sowie Rauigkeitsbeiwerten im Naturzustand und aktuellen Werte berechnet

• Aussage zur Retentionsleistung im Hochwasserfall

Rezente Aue vor und nach DRV in km-Segm. in ha

vor DRV

nach DRV

0 100 200 300 400 500 600

• DRV Vergrößerung der rezenten Aue aller betrachteten Auensegmente um das dreifache (128 ha 567 ha)

• Retentionsverlust: Verbesserung von Klasse 4 auf 2

Foto: A. Künzelmann

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Nährstoffretention• Verwendung für N-Rückhalt von

Denitrifikationsraten nach Gäth et al. (1999), verändert nach Höper(2005) über Bodentypen sowie auf literaturbasierten Faustzahlen für Gewässer.

• P- Rückhalt über Sedimentations-raten abgeleitet aus ermittelten Rauigkeitsbeiwerten und Literatur basierten Faustzahlen

P-Retention vor und nach DRV in n t-a

vor DRV

nach DRV

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

N-Retention vor und nach DRV in N-D-Ret in t-a

vor DRV

nach DRV

0 20 40 60 80 100 120

• Ergebnisse:N-Retention 21 112 t-aP-Rückhalt 0,1 2,1t-a

• Gründe sind neben Flächengewinn verbesserte Rauigkeitsbeiwerte

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Biologische Vielfalt• Bildung eines Habitatindexes für eine

auentypische Lebensraumeignung• Merkmale sind Anteil NATURA2000

Gebiete, Landnutzungsintensität, Feuchtlebensräume/gesetzl. geschützte Lebensräume und Rückstaubereiche

Ergebnisse:• Landnutzungsintensität vor DRV nur

mittel eingestuft aber nach DRV extentsiv

• Index vor DRV bereits gut aber nach DRV sehr gut!

Rezente Aue vor und nach DRV Lenzen in ha

0 100 200 300 400 500 600

mit DRV (LN nachBiotoptypen - Katharina

Nabel)

Status Quo (DLM25) Gewässer SiedlungWald Acker FeuchtlebensräumeGrünland vegetationslos

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Fazit und Ausblick• Quantifizierung von Auenfunktionen möglich und zeigen gesellschaftlichen

Nutzen• Monetarisierung ist abhängig von der Qualität der Quantifizierung der

betrachteten Auenfunktionen• Nicht immer ist eine Monetarisierung sinnvoll, kann aber als

Argumentationshilfe dienen• DRV wirken sich deutlich auf die Funktionsergebnisse aus und zeigen

Verbesserungen auf Landschaftsebene• Ergebnisse sind aber nur als erste Schätzungen zu verstehen!• Untersetzung mit höher aufgelösten Eingangsdaten und Fallbeispielen

(Prozessstudien) in Zusammenhang mit Renaturierungsmaßnahmen notwendig!

• Aufbereitung von weiteren ÖSL in Auen sinnvoll• Nicht immer sind ÖSL auch positiv für die

Biodiversität Versorgungsleistungen häufig mit ungewünschten Wechselwirkungen

• Nutzen Sie Ökosystemleistungen für Ihre Argumentation

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http://www.buchweltshop.de/bundesamt-fuer-naturschutz/nabiv-heft-124-okosystemfunktionen-von-flussauen.html

Quelle: Scholz, M., Mehl, D., Schulz-Zunkel, C., Kasperidus, H.D., Born, W. & K. Henle (2012): Ökosystemfunktionen von Flussauen - Analyse und Bewertung von Hochwasserretention, Nährstoffrückhalt, Kohlenstoffvorrat, Treibhausgasemissionen und Habitatfunktion. Naturschutz und Biologische Vielfalt 124: 257 S.

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Vielen Dank für Ihr Interesse

Foto: M. Scholz