vorlesung 5

• Stabilität als Referenzzustands eines Ökosystems • Stabilität – Konstanz? • Sind artenreiche Ökosysteme stabiler?

für ein Gebiet projektierte natürliche Vegetation, die sich unter den heutigen Standortverhältnissen einstellen würde, wenn die Sukzession innerhalb kürzester Zeit ablaufen könnte und menschliche Störungen fehlten (potenzielle Klimaxvegetation) Planungsinstrument Hypothetische Kategorie übersichtskarte der natürlichen Vegetation Deutschlands, M 1:500.000 (BUNDESAMT FÜR NATURSCHUTZ 2014)

Hemerobie a-hemerob (natürlich bzw. menschlich unbeeinflusst) meso-hemerob (geringe menschliche Beeinflussung) oligo-hemerob (stark bis miIel beeinflusst) eu-hemerob (sehr stark beeinflusst) meta-hemerob (vollständig durch menschliche Maßnahmen ersetzt)

Konstanz versus Zyklizität Resilienz: Fähigkeit zur Rückkehr in diesen Zustand nach einer temporären Auslenkung (Störung) Kein Effekt (messbar): Persistenz Resistenz versus Elastizität gegenüber Störung (z.B. Invasion

„Stabilität des ständigen Wandels“

• Stabilität als Referenzzustands eines Ökosystems • Sind artenreiche Ökosysteme stabiler? • „Stabilität im ständigen Wandel“ • Große biologische Vielfalt an Lebensräumen und Arten (Nachweis ?) • ökosystemare Integrität als langfristige Bewahrung der Funktionalität (z.B. Bodenfunktionen) <-> Nachhaltigkeit • „Stabilität im ständigen Wandel“ • Bewahrung der Funktionalität: Nachhaltigkeit • Nischenkomplementarität: Funktionell diverse Gemeinschaften von Taxa nutzen Ressourcen gleichmäßiger und umfänglicher 58 • Nischenkomplementarität einer naturnahen mitteleuropäischen Wiese (Arrhenatheretum) • Versicherungshypothese: Vielfalt funktionell unterschiedlicher Pflanzentypen und funktionelle Redundanz puffert Störungen ab. • hoch diverse Systeme mit höherer Selbstregulation • Systeme aus wenigen Arten (z.B. Monokulturen) mit geringer Stress- und Störungstoleranz?

• Arten breiten sich aus (nicht Vegetation) • Ausbreitung braucht Partner (für Fortpflanzung, als Mykorrhiza, Bestäuber…) • Böden und Habitate wandern nicht • Einbürgerung

• Stabilität als Referenzzustands eines Ökosystems • Stabilität – Konstanz? • Sind artenreiche Ökosysteme stabiler?

• Ausgeglichener Wasserhaushalt • Gute Nährstoffversorgung • pH im mittleren Bereich • i.d.R. intensive Land- und forstwirtschaftliche Nutzung

Beispiel: „Echter“ Trockenrasen in Miaeleuropa auf: Felsköpfen u. deren Randzonen; Stein-/Schuahalden; alluvialen Schoaern; Sanddünen Beispiel: „Echter“ Trockenrasen

• Wie effektiv ist der Diasporentransportdurch Wasser als sekundärer • Vektor im Vergleich zu Wind? • Gibt es weitere ökologische Konsequenzen für die Etablierung der transportierten Arten? • Sind urbane Fließgewässer Transportkorridore für invasive Arten? Was ist für die Handlungsebene ableitbar?

• Feldexperiment: Einbringen von markierten Diasporen in die Spree und Beobachtung der schwimmenden Diasporen über 1200m • Gewächshaus standardisierte Schwimmexperimente mit Diasporen über 0, 3, 10 oder 20 Tage, darauf folgende Keimexperimente • Gewächshaus standardisierte Schwimmexperimente mit ein- und zweijährigen Stammfragmenten (Stecklingen) über 0, 3, 10 oder 20 Tage, darauf folgende Keimexperimente ->jeweils 5 Wiederholungen

81% der Ailanthus Samaras schwammen mindestens 20 Tage im Gewächshausexperiment Was passiert bei Wasserturbulenzen? • Mindesnransportdistanzen von markierten Diasporen in der Spree innerhalb von 3 h: 49% schwimmen 200m und 29% schwimmen 1200m • “Schicksal” der Samaras:

• Signifikant höhere Anzahl keimender Samen und früher einsetzende Keimung nach 3-10 Tagen schwimmen. • Langes Schwimmen (20 Tage) reduziert Anzahl keimender Samen.

• Ein- und Zweijährige Stammfragmente können austreiben, außer nach 20 tägigem Schwimmen. • 10% der Fragmente entwickelten auch Wurzeln innerhalb von 60 Tagen

Acer negundo (Eschenahorn) Acer platanoides (Spitzahorn) Robinia pseudoacacia (Robinie) Acer pseudoplatanus(Bergahorn) Acer saccharum (Zuckerahorn) Acer tataricum (Steppenahorn) Fraxinus pensylvanica Tilia spec. Ptelea trifoliata (Kleeulme) Ulmus pumila (Sibirische Ulme) Ailanthus altissima (Götterbaum)

• Wasser als effizienter Ausbreitungsvektor vergrößert die minimale Ausbreitungsdistanz um das mindestens 10-fache von Wind, Multi-Step Prozess • Schwimmfähigkeit unabhängig von Samenmorphologie • Wasserausbreitung – ein Weg für generative und vegetative Verbreitungseinheiten. • Wasserausbreitung fördert Etablierungsprozess invasiver Arten in Flußlandschaften durch Anstieg der Keimungsrate Empfehlungen für die Praxis: 1. Konsequenzen für Pflanzungen in “Flugweite” von städtischen Fließgewässern 2. Schlußfolgerung für Monitoring und Bekämpfung von biologischen Invasionen 3. Einbezug von sekundären Ausbreitungsvektoren in Modellen

Gebiete homogener Flora mit charakteristischem Artenbestand versus Grenzgebiete mit starkem Florengefälle Vergleich gemeinsamer und unterschiedlicher Taxa (Florenkontrast)

klimazonentypischen Biome (Zonobiome) innerhalb einer Breitengradzone werden humide (feuchte, regenreiche), semiaride (periodisch aride) und aride (sehr trock

I. Immerfeuchte zonale Regenwaldgebiete der äquatorialen Tropen mit Tageszeitenklima II. Sommerfeuchte Savannengebiete der Tropen III. Subtropische Trockengebiete & Wüsten IV. Immerfeuchte subtropische Zone mit immergrüner Vegeta@on V. Winterfeuchte Subtropen mit Hartlaubvegeta@on VI. Kon:nentale sommertrockene Zone der miEleren Breiten mit Steppenvegeta:on VII. Nemorale Mi?elbreiten mit wechselgrünen Wäldern VIII. Waldgebiete der kalt-gemäßigten borealen Zone IX. Polare und subpolare Zone mit Tundrenvegeta@on X. Gebirgslebensräume XI. Azonale Anthropobiome XII. Ozeane

Grasländer + Galeriewälder Saisonale Rhythmik Wechsel Regen- und Trockenzeit Wechselwirkungen von Klima, Boden, Feuer und Wildtieren

• Grasfresser (grazers): Gräsern, GrasarLgen und Kräutern der Feldschicht • Laubfresser (browsers): BläEern, Knospen und Rinden der Bäume und Sträucher

Mahd Weide

mit endemische Flora und prähistorische Wildfeuern (C4 Evolution) -Wildfeuer (wildfire): Blitzschlag, Vulkanismus, Selbstentzündung…Grundfeuer versus Oberflächenfeuer versus Kronenfeuer

• Endurers (resprouters) AdvenLvknospen am Stamm, an Xylopodien, Wurzeln; Knollen, Zwiebeln oder Rhizomen (Geophyten); Überdauerungsknospen an Bodenoberfläche (HorstHemikryptophyten) • Resisters: oberirdischen Sprosse geschützt (z.B. luYgefüllte Borke) • Avoiders: überleben an feuergeschützten Stellen (z.B. auf Felskuppen und Termitenbauten, in feuchten BacheinschniEen)

• Evaders: persistente Samenbank im Boden; z.T. Stimulierung der Keimung durch Hitze (Pyrophyten) • Invaders: einfliegende Pioniere mit anemochoren Same

Aufforstung baumloser Ökosysteme zur CO2Fixierung?

Ratio unterirdischer und oberirdischer C-Speicherung nimmt mit zunehmender Baumbedeckung ab (R2 = 0,83) 85 % des C unterirdisch gespeichert, wenn Baumbedeckung <20 %

• Flechtenwüste oder Ephemerenvegeta1on (kurzlebige Annuelle, die nur in Jahren mit überdurchschnittichem Regen auftreten) • niedrigwüchsige Sträucher mit sehr 1efem Wurzelwerk • lockerer Mimosaceenbuschwald (max. 8 m hohe Prosopis- oder Acacia Vertreter) • bei hochstehendem Grundwasser: Tamarix-(Tamarisken-) und Phoenix (Dattelpalmen-)Wald (Oasen) • Sukkulenten (mit eigenen Wasserreserven, relativ flache Wurzeln in feuchteren Bereichen)

Stammsukkulenz als Beispiel für phylogenetischen Parallelismus unter dem Einfluss trockener Klimate mit kurzen, aber ergiebigen Regenperioden.

Wasserspeicher, Nachtaktiv & Sommerschlaf, Kühlung

Anthropisches Ökosystem: Dattelpalmenkultur, Traditionelle Landwirtschaft, Seit >100a besiedelt

• Zwergsträuchern, • klonal wachsenden Gräser und Seggen, • perennierende, klonale, krautige • Pflanzen, die Rosetten bilden • Polsterpflanzen • Moose und Flechten

1. (Sub)alpine Heiden: Vaccinio-Piceetea, Loiseleurietea 2. Moorheiden: Oxycocco-Sphagnetea 3. Sandheiden: Nardo-Callunete

Verarmung durch • hohe Niederschläge • geringe Nährstoffnachlieferung des Substrats • Degradierung durch Heidebauernutzung

Brennen, Beweiden, Plaggen

• anhaltende Eutrophierung • statische Pflege, keine Störungen • Isolation der Populationen Welwitschia mirabilis-Reliktendemit

• Intermediate Disturbance Hypothesis • Herbivore OpImizaIon Hypothesis

• kalt gemäßigten Zone: Taiga • ozeanisch bis kontinental • Lange Winter – kühle Sommer • Rohböden - Braunerde – Posole – • Moore • 19,5 Mio. km2 (= 13 % der Landoberfläche) • Picea, Pinus, Abies (Larix, Betula, Populus, Moose, Flechten, Vaccinium) • Moose, Flechten, Pilze • Tiere: Rentier, Elch, Bären

Windwurf, Insektenfrass, Feuer

Funktionen in der Landschaft: u.a. Wasserspeicherung, Nährstoffrückhaltes (positive Nährstoffbilanz), Kühlung des Kleinklimas

• < 5 EW/ km2 • Ackerbau (im Süden) • Viehhaltung (Subsistenzwirtschaft) • Pelztierjagd • Sammeln von Beeren (50 Mio US$ Umsatz im Jahr in Kanada) • halbnomadische Rentierhaltung in Eurasien (108 ha / Tier -> 15.000–20.000 km2 große Flächen) • industriell betriebene Exploita:on von Rohstoffen (Torf, Holz, • Bodenschätze wie Öl, Erdgas und Buntmetalle) Ackerbau mit genügsamen Kulturen (Kartoffel, Sommergerste, -weizen, -roggen)

6-16 Wochen Wachstumsperiode nördlich der polaren Waldgrenze 5% der Landoberfläche der Erde Lebensraum für ca. 1000 höhere Gefäßpflanzenarten Tiere: Rentier, Polarfuchs, Eule, Seeadler, Polarwolf, Pinguine, eisbär

1) Zwergstrauchtundra, 2) Seggen- und Wollgrastundra, 3) Moore, 4) offene Rohbodengesellschaften Höherer Pflanzen, 5) Moos- und Flechtenvegetation 6) im Süden Übergang zur Birkenwaldtundra

• 6-16 Wochen Wachstumsperiode • T am Boden 5 und 10 °C, mittags bis 20 °C • 3% der EO • „alpin“: über der Waldgrenze

1) Zwergsträuchern 2) klonal wachsenden Gräsern & Seggen 3) perennierenden, vielfach ebenfalls klonalen, krau=gen Pflanzen, die Rosetten bilden 4) Polsterpflanzen im weitesten Sinn (Teppich, Flachpolster, Halb- kugelpolster) 5) Kryptogamen (bes. Moose und Flechten)

Bsp. Südtirol • 40 % der Fläche >2000 m NN (194 -3893 m) • >50% Wald: Fichte (Picea abies) und Kiefer (Pinus sylvestris, P. cembra), begleitet von Mischwäldern mit Buche (Fagus sylvatica) und Tanne (Abies alba) • 1/3 landwirtschaftlich genutzt, 14 % sind alpines Grasland, Gletscher und Felsen, 3 % Siedlung • 2169 heimische Gefäßpflanzenarten, darunter viele seltene und endemische Arten

• historische Rolle der Heilkräuter für Bewohner abgelegener Bergbauernhöfe • Kulturelle Schlüsselarten • Rolle der Heilkräuter (z.B. Wermut, Baldrian, Johanniskraut, Brennnessel) für Bewohner abgelegener Bergbauernhöfe • Kulturelle Schlüsselarten • Wechselbeziehungen und Abhängigkeiten zwischen Natur und Kultur, Mensch und Umwelt auf globaler und lokaler Ebene zu betrachten und in die Nachhaltigkeitsagenden zu integrieren

Globale Verteilung der marinen Primärproduktion Im Plankton der Meere ist mehr CO2 gebunden als im tropischen Regenwald.

Ziel: Erhalt der (natürlichen) Ökosysteme (natur)wissenschaIliche Analyse von Funktion und Leistung

Grundlage für die meisten marktorientierten Mechanismen im Naturschutz

„Ökosystemleistungen sind ökologische Prozesse oder Funktionen, die für Individuen oder die Gesellschaft einen Wert haben.“

ein räumlich begrenzter Lebensraum, der eine angepasste Lebensgemeinschaft (Biozönose) beherbergt. Das B. ist geprägt durch eine spezielle Kombination von abiotischen Umweltfaktoren und hebt sich dadurch von benachbarten Lebensräumen ab. In der Geobotanik benutzt man statt B. den Begriff Standort. Ein B. kann z.B. eine Hecke oder ein Tümpel sein.

• auf Natur basierte Lösungen • Kosten-effektive Lösungen, die durch die Natur inspiriert und unterstützt werden s mit Nutzen für Umwelt, Sozio-kulturelles Leben und Ökonomie (European Commission) • Transdisziplinäre Forschung für Design und Implemen6erung • Integrativer systemischer Ansatz

Analytische, prospektive und Politik beratende Millennium Ökosystemstudie (MA) durch 1.300 Wissenschaftler aus 95 Ländern Fragen: 1. State of the art 2. Szenarios & Konsequenzen 3. Schutzmaßnahmen 4. Unsicherheiten 5. Werkzeuge & Methodologien

Menschsein, Armutsbekämpfung, Indirekte Triebkräfte des Wandels, Direkte Triebkräfte des Wandels

untersucht Wechselwirkungen innerhalb der belebten und unbelebten Stadtnatur, zwischen Stadtnatur und Stadtmenschen (Endlicher 2012) Stadt als „Filter“ wärmer, trockener, lauter, verschmutzter…aber auch vielfältiger als Umland

• thermophile, frostempfindliche Arten gefördert durch städtische Wärmeinsel • Störungs- und stressresistente Arten • Städte als Einwanderungstor exotischer Arten • Homogenisierung der Stadtfloren?

Refugien

Habitat- und Artenreichtum in Flussauen, an Kreuzungen von Handelswegen, vielfältige Geologien, fruchtbare Böden

• Die biologische Vielfalt unterstützt Ökosystemleistungen! • Biodiversität macht glücklich! • Biodiversität macht gesund! • Biodiversität fördern, wo Menschen leben und arbeiten! • Biodiversität ist attraktiv!

Strukturelle Diversität erhöht die Experiment Filterwirkung von Straßenrandvegetation

Filterwirkung von Straßenrandvegetation

1. ... hat aufgrund des dichten Straßennetzes ein großes Entwicklungspotenzial 2. ... ergänzt die lufthygienische Funktion von Straßenbäumen, indem sie die von Blätter abgewaschenen sowie resuspendierten Aerosolanteile im bodennahen Bereich immobilisiert 3. ... befindet sich in unmittelbarer Nähe sowohl zu Emissionsquellen als auch zu den Menschen als Immissionsrezipienten 4. ... ist in ihrer Artenzusammensetzung und phänologischen Variation direkt im Hauptbewegungsraum der Stadtbewohner wahrnehmbar ... steht im Brennpunkt unterschiedlicher Interessen (Ordnungs- und Sauberkeitvorstellungen, Biodiversitätsfunktion etc.) Kenntnisse ihrer möglichen lufthygienischen Entlastungsfunktionen könnten zu einer Neubewertung ihrer Rolle führen Entwicklungspotential allein in Berlin Straßen mit einer Gesamtlänge von 5317 km

• Biodiversitätspotenzial von Teichen, Regengärten, Mulden-Rigolen-Systemen, Rasensteinflaster, grünen Fassaden und Dächern etc. • Planung, Design, Managementoptionen Gestaltung der Artenvielfalt durch Planung & Design • Kleinräumige Eingriffe mit optimierter Wirkung durch Kontextualisierung innerhalb der städtischen Matrix (Identifizierung von Zielgebieten/Arten zur Verbesserung der Konnektivität) • Überwindung architektonischer Beschränkungen und Vorschriften, die oft ein Hindernis für die Gestaltung und Installation von RWM-Maßnahmen darstellen Z.B. Standarddesigns & Saatgutmischungen (z.B. Mulden mit einem Mittelwert von < 10 Arten). Der Berliner Standard für Mulden hat > 60 verschiedene Regeln, aber nur einen begrenzten Standard für die Begrünung (BWB 2012) Gestaltung der Biodiversität durch Interventionen auf geringen Pflegeaufwand ausgelegt -> Verbesserung der Störung und der Lebensraumvielfalt durch Mähen oder Einbringen von Totholz oder unterschiedlichen Bodensubstraten ohne Beeinträchtigung der Funktionalität Menschliche Aktivität und Biodiversitätsfreundlichkeit kombinieren mehr Raum für die Erhaltung der biologischen Vielfalt lassen, ohne die anthropogene Nutzung dieser Räume einzuschränken

Wohnumfeldgrün: Grün der engeren Umgebung der Wohngebäude im Zusammenhang mit dem Bau der jeweiligen Siedlung angelegt

• Wohnumfeldgrün sehr geschätzt • Die Bewohner besuchen die Parks 1x pro Woche, profitieren aber täglich von Wohnumfeldgrün. • Passive Nutzung (Sonne und frische Luft genießen) überwiegt gegenüber ak8ver Nutzung (Nachbarn treffen, Sport treiben). • Die Befragten haben unterschiedliche Sichtweisen auf ihre Stadt. • Die Bewohner sind dem Ort sehr verbunden, aber weniger ihren Nachbarn

• Blick aus dem Fenster auf Grünflächen in der Wohnung von großer Bedeutung v.a. während Lockdowns. • Fensterperspektiven signifikant unterschiedlich zu Bodenperspektiven, Zusammensetzung sichtbaren Elemente variiert je nach Gebäudetyp • Vegetation und Strukturelemente zur Erholung positiv wahrgenommen werden.

• Wohnumfeldgrün: Refugium während Corona • Anwohner besuchen Parks viel öfter als vor der Krise • Krise fördert Aneignung von Wohnumfeldgrün (Nachbarn treffen, Sport treiben). • Kritiken und Vorschläge der Anwohner verändern sich hin zu mehr aktiven Nutzungsansprüchen