Forschung

Der Forschungs- und Evaluierungsteil umfasst fünf Arbeitspakete: Hydraulik und Hydromorphologie, Stoffhaushalt, Biodiversität, Evaluierung und Synthese, Planung und Ökosystemleistungsansatz sowie die Forschungskoordination. Diese Arbeitspakete werden von einem Forschungskonsortium bestehend aus dem Helmholtz Zentrum für Umweltwissenschaften GmbH, Department Naturschutzforschung (UFZ-NSF, Forschungskoordination), Department Fließgewässerökologie (UFZ-FLOEK), der Technischen Universität Carolo Wilhelmina zu Braunschweig (TU-BS), der Universität Leipzig (UL), der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTW)  und der Leibniz Universität Hannover (LUH) gemeinsam bearbeitet. forschung

Hydraulik und Hydromorphologie

Hinsichtlich Hydraulik und Hydromorphologie sollen die mit den Maßnahmen verbundenen Veränderungen des Sedimenthaushaltes, der Gewässermorphologie, der Hydraulik sowie der benthischen Besiedelung quantifiziert werden. Damit werden hydromorphologische Zustandsvariablen für die Evaluierung der Maßnahme bereitgestellt und wesentliche Parameter für eine kausale Analyse der Veränderungen des Stoffhaushaltes und der Biodiversität ermittelt. In wiederholten Feldmessungen wird die Entwicklung des mittleren und turbulenten Strömungsfeldes, der Substratdiversität und der Sohl- und Gewässergeometrie untersucht. Synchron finden benthische Beprobungen zur Erhebung gekoppelter physikalisch-biologischer Datensätze statt. Zur detaillierten Untersuchung von Raubaumparametern werden in Laborversuchen systematisch die morphologischen und hydraulischen Randbedingungen variiert. Im Feld beobachtete Effekte werden auf einzelne Raubaumparameter zurückgeführt und Möglichkeiten der gezielten Beeinflussung aufgezeigt. In numerischen Modellen ausgewählter Feld- und Laborversuche werden zeitliche und räumliche Datenlücken geschlossen. Die Kombination von Feldmessungen, Laborversuchen und numerischen Berechnungen ergibt ein vollständiges Bild der hydraulischen und morphologischen Auswirkungen der umgesetzten Maßnahmen, um insbesondere ingenieurtechnische Empfehlungen zum Einsatz von Raubäumen als innovative Maßnahme der Gewässerrevitalisierung zu entwickeln.

Stoffhaushalt

Ziel des Arbeitspaketes Stoffhaushalt ist es, die Effekte der Revitalisierung der Unteren Mulde auf die Ökosystemleistungen „Stoff- und Sedimenthaushalt“ und „Reinigungsleistung“ zu untersuchen. Die Inhalte des Arbeitspaketes leiten sich aus den zu erwartenden Effekten der Maßnahme auf die zugrundeliegenden Ökosystemfunktionen ab. Aufgrund des Wirkzusammenhanges von Gewässerstruktur und Abflussverhalten auf Artenvielfalt und Ökosystemfunktion ist anzunehmen, dass Maßnahmen zur Verbesserung der Hydromorphologie zu nachweisbaren Veränderungen der Ökosystemfunktionen und damit Ökosystemleistungen führen werden. Diese Hypothese ist bisher kaum untersucht worden und stellt eine bedeutende Herausforderung für die angewandte Gewässer- und Auenforschung dar. Durch die Einbringung von Raubäumen  erwarten wir, dass es durch lokale Änderungen der Strömungsverhältnisse zur Diversifizierung der trophischen Basis des Nahrungsnetzes und damit verbunden Änderungen im Stoffumsatz durch die Vergrößerung bioaktiven Flächen sowie lokale Ablagerung von partikulärem organischem Material kommt. Die Wiederherstellung von Naturufern bei Möst wird in erster Linie zu einer verstärkten Erosion am Prallhang und zur Deposition des erodierten Materials am Gleithang führen und damit zur Verjüngung von Uferlebensräumen. Bei fortschreitender Ufererosion in Richtung des angrenzenden Auwaldes erfolgt ein verstärkter Eintrag von Ufergehölzen, was zur Entstehung biologisch aktiver Totzonen, Vergrößerung der Aufwuchsfläche für Biofilme und zur Vergrößerung der strukturellen Heterogenität der Stromsohle führt. Darüber hinaus wird erwartet, dass es durch die Vergrößerung der Gleithangfläche zu einer Erhöhung der aquatisch-terrestrischen Kopplung und damit zu einer Zunahme der Stoffflüsse aus dem Gewässer in die Aue kommt. Es ist zu erwarten, dass diese Veränderungen sich nicht nur auf die lokale Biodiversität auswirken, sondern dass es zu messbaren Veränderungen in der Primärproduktion und Nährstoffretention in Biofilmen, und damit zur Zunahme von Stoffflüssen von Biofilmen zu Primärkonsumenten kommt und damit wird die biologische Aktivität im gesamten in diesen Flussabschnitten und Auenzonen gesteigert. Den Schwerpunkt der Arbeiten stellen entsprechend der oben zu erwartenden Effekte die Erfassung der Nährstoffretention in Aue und Fließgewässer, der mikrobielle Nährstoffabbau und -umsatz, die Quantifizierung der Primärproduktion und Direktmessungen benthischer Gemeinschaftsproduktion, sowie die Quantifizierung von Stoffflüssen im Nahrungsnetz dar. Die dazu notwendigen Freilanduntersuchungen beginnen ein Jahr vor der Maßnahme, um den Status Quo zu ermitteln und erstrecken sich bis zwei Jahre nach der Maßnahme, um die Auswirkungen zu evaluieren.

Biodiversität

Das Arbeitspaket Biodiversität untersucht vor und nach der Umsetzung der Maßnahmen die Abundanz von Laufkäfern und Libellen als auch die taxonomische und die funktionelle Diversität und Zusammensetzung der Artengemeinschaften je Standort (alpha-Diversität). Ebenso wird ein Vergleich zwischen verschiedenen Habitaten (Beta-Diversität) vor und nach der Revitalisierung gezogen. Die Erfassung der Laufkäfer erfolgt mit Hilfe von Barberfallen und zeitbasierten Handfängen. Zur Emergenzuntersuchung der Fließgewässerlibellen Ophiogomphus cecilia und Gomphus flavipes dienen nach FFH-Bewertungskriterien durchgeführte Exuvienkartierungen. Über Habitatmodelle wird die Bindung an durch die Revitalisierungsmaßnahmen beeinflusste Habitateigenschaften erfasst. Weiterhin erfolgt eine Quantifizierung des Einflusses der Uferrevitalisierung auf die taxonomische und funktionelle Zusammensetzung der Laufkäfer-Artengemeinschaften und auf die Abundanz der Fließgewässerlibellen. Mit Hilfe der einschlägigen FFH-Bewertungsschlüssel wird der Einfluss der Maßnahmen auf den FFH-Erhaltungszustand der Fließgewässerlibellen beurteilt. Im Uferbereich und den Auen werden zusätzlich die floristische Diversität und die Struktur der krautigen Vegetation durch klassische Vegetationsaufnahmen, quantitative Messungen des Deckungsgrads und des Blattflächenindex sowie digitalfotografische Aufnahmen zur direkten Quantifizierung der strukturellen Diversität bestimmt. Die Kartierung des Vegetationsmosaiks entlang der Ufer (Maßnahmen- und Referenzstandorte) wird auf fest eingemessenen Flächen sowie auf variablen Flächen durchgeführt. Variable Flächen variieren durch natürliche Uferverschiebung entlang fester Transekte vom Mittelwasserstand bis in die Aue. Diese Methode dient dazu unterschiedliche Pflanzengemeinschaften und Sukzessionsstadien zeitlich und räumlich hochauflösend aufzunehmen. Im aquatischen Bereich werden die Diversität und Zusammensetzung des Makrozoobenthos, der Fische und der Makrophyten sowie zu deren funktionellen Eigenschaften erfasst und vergleichend analysiert. Die Effekte der Maßnahme auf die aquatischen Lebensgemeinschaften werden zum einen durch konventionelle statistische Analysen und zum anderen durch WRRL-konforme Bewertungsverfahren ermittelt. Von den erfassten semiterrestrischen und terrestrischen Pflanzenarten werden das Vorkommen ausgewählter Arten, ihre funktionellen Merkmale (Erhebung in Arbeitspaket Stoffhaushalt), sowie die Zusammensetzung von Artengemeinschaften und die Variation der Artendiversität und funktionellen Diversität zwischen verschiedenen Habitaten (d. h. sowohl α- als auch β-Diversität) vor Beginn, während und nach Abschluss der Maßnahmendurchführung ermittelt und miteinander verglichen.

Evaluierung und Synthese

Aufbauend auf den Ergebnissen der anderen Arbeitspakete soll im Arbeitspaket Evaluierung und Synthese eine integrative Datenauswertung erfolgen, mit dem Ziel Empfehlungen für zukünftige Re-vitalisierungssmaßnahmen hinsichtlich der Eignung der umgesetzten Maßnahmen zu geben. Des Weiteren soll die Eignung der gewählten Evaluierungskriterien im Hinblick auf den Erhalt bzw. die Wiederherstellung von bereitgestellten Ökosystemleistungen in Flussauen ermittelt werden. Das methodische Vorgehen gliedert sich aufbauend auf die Beschreibung der Maßnahmenwirkung in zwei Bereiche:
  • eine statistische Analyse zur Ableitung von Aussagen hinsichtlich der Maßnahmenwirkung auf mögliche Veränderungen in der Ausprägung von Ökosystemleistungen in Abhängigkeit von abiotischen und biotischen Umweltparametern
  • eine räumliche Analyse hinsichtlich einer möglichen Übertragbarkeit der quantifizierbaren Ökosystemleistungen über das Projektgebiet hinaus

Planung und Ökosystemleistungsansatz

Im Arbeitspaket Planung und Ökosystemleistungsansatz werden Methoden entwickelt und erprobt, wie Auswirkungen von Renaturierungsmaßnahmen im Hinblick auf Ökosystemleistungen erfasst und bewertet werden können. Darüber ist zu untersuchen, ob und wie sich eine Darstellung von ÖSL auf die Wertschätzung von Biodiversität und Naturhaushalt von Entscheidungsträgern und Betroffenen auswirkt und ob ÖSL-Darstellungen als zusätzliches Argument bei der Umsetzung von Umwelt- und Naturschutzzielen greifen. Aufbauend auf den Ergebnissen der anderen Arbeitspakete sollen Methoden zur Erfassung, Bewertung und Bilanzierung von Ökosystemleistungen weiterentwickelt werden. Das methodische Vorgehen gliedert sich hierbei in fünf aufeinander folgende Schritte: OESDL_small Abbildung 2: Vorgesehene Arbeitsschritte im APF6 sowie mögliche beispielhafte Methoden.