Auswirkungen des Klimawandels auf die mitteleuropäische Pflanzenwelt

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Deutscher Wald – früher und heute

3. Veränderte Parameter
3.1. Verlängerte Vegetationsperioden
3.2. Extreme Witterung und verlängerte Dürrephasen
3.3. Wälder im Kohlenstoffkreislauf
3.4. Invasive Arten

4. Entwicklungsszenarien

5. Veränderte Verbreitungsmuster und Arealverschiebungen

6. Fazit

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Der Wald in Deutschland

Abb. 2: Phänologische Uhr für Deutschland

Abb. 3: Veränderung der aufeinander folgenden Trockentage

Abb. 4: Konzept der phänotypischen Plastizität

Abb. 5: Verbreitungsareal Stechpalme

1. Einleitung

Die Auswirkungen des globalen Klimawandels sind in Art und Form ihres Auftretens von einer Vielzahl von Faktoren abhängig. Dabei unterscheiden sie sich, je nachdem in welchen geographischen Breiten man sich bewegt, regional sehr stark. Hauptaugenmerk dieser Arbeit wird auf dem mitteleuropäischen Raum, sowie konkreter auf den mit dem Klimawandel verbundenen Auswirkungen auf die dort ansässige Pflanzenwelt liegen. Deutschland sowie Mitteleuropa sind im Hinblick auf die Ökozonen innerhalb der zwischen 35° und 60° vorkommenden Feuchten Mittelbreiten zu verorten (Schultz 2015: 139). Das nemorale Klima ist weitestgehend maritim geprägt sowie temperat, was gleichbedeutend ist mit eher milden Wintern und nicht zu heißen Sommern (Schultz 2015: 139). Maßgeblich für die dort gedeihende Flora ist darüber hinaus der relative Wasserreichtum der Zone. Dieser ist mit zwischen 500-1000 mm pro Jahr nicht nur der zweithöchste nach dem der feuchten Tropen/Subtropen, sondern darüber hinaus auch nicht von markanten jahreszeitlichen Abläufen geprägt (Schultz 2015: 141). Diese klimatischen Voraussetzungen ermöglichen beispielweise das natürliche Vorkommen stark wassergeprägter Waldformen wie Bruchwald und Auwald. Die heutigen Waldgesellschaften Mitteleuropas sind jedoch stärker von winterkahlen Laub- und Mischwäldern, sowie Nadelwäldern geprägt. Im folgenden Teil der Arbeit wird der Versuch unternommen, den Einfluss der für die Pflanzenwelt relevantesten, sich in Folge des Klimawandels verändernden, Faktoren aufzuzeigen. Besonderer Fokus wird in diesem Zusammenhang auf den sich verändernden Vegetationsperioden, der extremen Witterung sowie der zu erwartenden Verlängerung der Dürrephasen liegen. Darüber hinaus werden Aspekte wie die beobachtete, erhöhte Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre oder die Einflussnahme invasiver Arten in die heimische Flora behandelt. In diesem Zusammenhang erfolgt auch eine kurze Auseinandersetzung mit der Rolle des Waldes im Kohlenstoffkreislauf. Der zentrale Fokus dieser Arbeit wird darauf liegen, verschiedene Adaptionsstrategien von Pflanzen im Klimawandel zu beleuchten. Dafür sollen unter anderem bereits dokumentierte Wanderungsbewegungen verschiedener Pflanzentypen dienen, deren Arealverschiebungen als Anhaltspunkt für eine zukünftige Entwicklung dienen könnten. Im Schlussteil der Arbeit wird der Versuch unternommen, die wichtigsten Faktoren und Tendenzen noch einmal ganzheitlich aufzuzeigen, sowie eine mögliche Prognose für die zukünftig eintretenden Veränderungen in der mitteleuropäischen Pflanzenwelt zu stellen.

2. Deutscher Wald – früher und heute

Vergleicht man den heutigen Bewaldungsgrad in Deutschland mit ebendiesem von vor zweitausend Jahren (Abb.1), so wird ein Verlust der Waldfläche von über 50% deutlich. Aus Abbildung. 1 geht weiterhin hervor, dass auch die Waldzusammensetzung um 50. n. Chr. eine andere war. Dominierten zu Zeiten des römischen Reiches noch großflächig die Laubwaldformen das heutige deutsche Staatsgebiet, so sind heute die Nadelhölzer und Mischwaldformen die vorherrschenden Typen. Konkreter stellen Nadelhölzer gegenwärtig mit 5.900.253 Hektar im Vergleich zu der Gesamtheit der Laubbäume mit 4.727.260 Hektar (BMEL 2014: 15) gute zehn Prozent mehr an der Gesamtwaldfläche in Deutschland.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Der Wald in Deutschland -Römerzeit und heute, Küster, Diercke Weltatlas, Global Land Cover Facility, 2016.

Großteil der deutschen Waldfläche sukzessive anderen Nutzungsform wie beispielsweise der Landwirtschaft weichen musste, steht Deutschland im europäischen Vergleich gut da, es hat „[…] mehr Holz als jedes andere Land in der Europäischen Union.“(BMEL 2015 : 1). Dennoch, Rückgänge im Fichtenbestand sind deutlich zu verzeichnen (BMEL 2015: 1) und deuten darauf hin, dass die Waldzusammensetzung im Zuge der sich immer schneller verändernden Parameter zukünftig eine andere sein könnte. Obwohl Deutschland hier nicht stellvertretend für ganz Mitteleuropa steht, bietet die vergangene Entwicklung doch zumindest einen Anhaltspunkt für den insgesamt relevanten Raum.

3. Veränderte Parameter

Will man die klimatischen Veränderungen in ihrer Wirkung auf die mitteleuropäische Pflanzenwelt in einer möglichst ganzheitlichen Form beleuchten, muss man die Einflussnahme mehrerer Faktoren berücksichtigen. Dabei soll im Folgenden nicht zwischen einzelnen Aspekten und dem Grad ihrer Auswirkung gewertet, sondern lediglich ein Überblick über die für die Pflanzenwelt vermutlich relevantesten klimatischen Veränderungen und den sich daraus zu erwartenden Konsequenzen für die hiesige Flora gegeben werden.

3.1 Verlängerte Vegetationsperioden

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Phänologische Uhr für Deutschland, DWD. (https://www.dwd.de/SharedDocs/broschueren/DE/presse/phaeno_faltblatt.pdf?

Ein bereits gut dokumentierter, klar mit dem Klimawandel zusammenhängender Faktor sind die längeren Vegetationsperioden in den Feuchten Mittelbreiten. Aus der Grafik in Abb.2 geht hervor, in welchem Maße sich die phänologischen Jahreszeiten in Deutschland in Komponenten wie Startzeitpunkt und Dauer im Laufe der Zeiträume 1951-1980 und 1981-2010 verändert haben. Deutlich wird vor allem, dass in dem näher zurück liegenden Zeitraum die Wintermonate im Vergleich zu dem weiter zurück liegenden Zeitraum klare Einbußen erfahren haben. Dies geschieht auf Kosten eines insgesamt verlängerten Herbstes, sowie früher im Jahr einsetzenden Frühling und Sommer. Diese Beobachtung geht mit gesamteuropäischen Studien einher, welche eine Vorverschiebung von Frühling und Sommer um mindestens 2,5 Tage pro Jahrzehnt beschreiben (Menzel et al., 2006: 1969). Zwar mögen die durchschnittlich elf Tage verkürzten Winter für den Laien erst einmal marginaler Natur erscheinen, insbesondere, da bis dato nur in Ansätzen geklärt ist, wie genau sich die Verschiebung der phänologischen Phasen auf Tier- und Pflanzenbestände auswirkt, dennoch bleibt ihr Einfluss auf die natürlichen Wirkungsgefüge unbestreitbar (Umweltbundesamt 2018). Ein Beispiel hierfür wäre eine Störung der zeitlichen Abstimmung von Blüten und Bestäubern (Umweltbundesamt: 2018), sowie deren Auswirkungen auf zukünftige Bestandsentwicklungen. In welchem Maße diese Faktoren die aktuellen Vegetationsformen langfristig verändern zu vermögen, bleibt allerdings abzuwarten. Insgesamt bleibt festzuhalten, dass die längeren Vegetationsperioden in Mitteleuropa eine erhöhte Biomasseproduktion begünstigen, da der Laubaustrieb früher, sowie der Blattfall tendenziell später im Jahr eintritt.

3.2 Extreme Witterung und verlängerte Dürrephasen

Sturmschäden gelten als größter direkter Schadfaktor für die deutschen Wälder (Köhl et al. 2017: 193ff.). Darüber hinaus prognostiziert die neueste Studie des Weltklimarates (IPCC) eine zunehmende Häufung von Wetterextremen für das 21. Jahrhundert, welche die für Sturmschäden relevanten Starkwinde mit einschließt. Dies steht im Einklang mit der bereits beobachteten Zunahme von Sturmschäden in Deutschland innerhalb der jüngeren Vergangenheit (Köhl et al. 2017: 193ff.). Hier lässt sich möglicherweise bereits eine richtungsweisende Tendenz für die Auswirkungen des Klimawandels auf die mitteleuropäische Pflanzenwelt feststellen. Tatsächlich scheinen Nadelhölzer, insbesondere Fichten und Tannen für (Winter-) Stürme besonders anfällig. Dies ist durch das das ganze Jahr über konstante Nadelkleid sowie der damit verbundenen größeren Oberfläche, als auch mit der tendenziell flacheren Verwurzlung im Vergleich zu Laubbäumen erklärbar. Letztere weisen eine geringere Anfälligkeit für Sturmschäden auf, was dazu führt, dass Laub- und Mischwälder im Vergleich zu Nadelbaummonokulturen weniger von Sturmbruch und Entwurzelung durch Starkwinde betroffen sind. Dies würde langfristig für einen Rückgang der Nadelbäume auf Kosten einer stärkeren Dichte an Laubbäumen sprechen. Faktisch gesehen ist diese Tendenz bis dato allerdings nur bedingt im deutschen Waldgefüge zu erkennen. Tatsächlich sind, mit Ausnahme der Fichte, welche als einzige großflächig relevante Baumart mit knapp 50 Mio. m³ Vorratsverlust klare Einbußen erfahren hat, die Holzvorräte jeder einzelnen Baumart im vergangenen Jahrzehnt klar angestiegen - dies schließt auch andere Nadelhölzer mit ein (BMEL 2015: 30). Noch scheint die erhöhte Biomasseproduktion die Schadfaktoren bis auf wenige Ausnahmen mehr als aufzuwiegen. Welche Veränderungen zum Ende des 21. Jahrhunderts stattgefunden haben werden, bleibt diesbezüglich abzuwarten. Ein anderes, in der allgemeinen Wahrnehmung deutlich präsenter scheinendes Phänomen innerhalb der mit dem Klimawandel einhergehenden Veränderungen, stellen die verlängerten Trockenphasen dar. Der vergangene Sommer des Jahres 2018 bietet ein Paradebeispiel für eine ungewöhnlich lange Dürreperiode in Deutschland. Damit einhergehend waren extreme Niedrigstände von Flüssen und Seen, vertrocknete Wiesen und starke Einbußen in vielen Zweigen der Landwirtschaft. Die Nachwirkungen dieses extremen Sommers waren darüber hinaus auch noch im Herbst zu beobachten – viele der in Trockenstress geratenen Baumarten wie beispielsweise Buchen und Eichen reagierten auf die Extremsituation instinktiv mit einem deutlich erhöhtem Fruchtabwurf, teilweise auch mit unfertig ausgebildeten Eicheln und Bucheckern, um das Fortbestehen der Art zu sichern.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Veränderung der Dauer aufeinander folgender Trockentage, Lindner et al. 2014: 73

Dies hängt unter anderem damit zusammen, dass Dürreperioden im Vergleich zu anderen extremen Wetterereignissen wie beispielsweise Hochwasser und Stürmen häufig großräumigere Flächenausdehnungen haben und langanhaltender sind – dem entsprechend sind auch die Folgeschäden für die Umwelt oft tiefgreifender und nicht kurzfristig zu kompensieren (Glade et al. 2017: 111ff.). Die in Abb. 3 dargestellte Grafik skizziert ein Zukunftsszenario für den Zeitraum 2070 - 2099, in welchem die Verlängerung der ununterbrochen aufeinander folgenden Trockentage im Vergleich zu den für den Zeitraum 1961 - 1990 beobachteten kontinuierlichen Dürreperioden aufgezeigt wird. Daraus geht hervor, dass insbesondere Südeuropa mit einem deutlichen Zuwachs von fünfzehn oder mehr Tagen zuzüglich zu den schon bestehenden 80+ Tagen rechnen muss. Auch die atlantisch geprägten Teile Mitteleuropas sind mit einer erwarteten Steigerung von 9 - 15 Tagen verhältnismäßig stark betroffen. Weiter unterstützt würde diese Entwicklung durch die erwartete Abnahme des mittleren Niederschlags im Sommer. Diesbezügliche „[…] Modelle projizieren einen Rückgang um 10% bis Mitte des Jahrhunderts (2021 - 2050) und um 20% bis Ende des Jahrhunderts (2071 - 2100).“ (Glade et al. 2017: 111ff.). Sollten die in diesem Szenario dargestellten Prognosen eintreten, so würde dies unter anderem auch die hiesige Flora unter einen dauerhaften Adaptionsdruck setzen und zwingen Strategien zu entwickeln, um mit den verlängerten Trockenphasen fertig zu werden.

3.3 Wälder im Kohlenstoffkreislauf

Pflanzen sind mit der Fähigkeit durch Wachstum und Fotosynthese atmosphärisches CO2 zu binden ein essenzieller Bestandteil des globalen ökologischen Gefüges. Dabei sind sie solange als Kohlenstoffsenken zu werten, wie die C-Bindung in ihrer lebendigen Biomasse höher ist als die Rückspeisung aus Totholz und Streu. Im Zuge der Industrialisierung haben sich die atmosphärischen Konzentrationen von CO2 gemessen in ppm( parts per million) kontinuierlich in einem Maße erhöht, die seit dem Auftreten des modernen Menschen ihresgleichen suchen. Tatsächlich lassen Hochrechnungen für das Jahr 2100 darauf schließen, dass die atmosphärische CO2 - Konzentration sich auf mindestens 486 ppm, in manchen Szenarien sogar bis zu 1.000 ppm im Vergleich zu den vorindustriellen 228 ppm erhöhen wird (Lindner et al. 2010: 699). Im Zuge des Klimawandels ist mit einer Veränderung der Baumartenzusammenstellung zu rechnen, induziert durch die bereits erwähnten Dürrephasen, extremen Witterungsereignisse und andere klimarelevante Faktoren. Weiterhin wird erwartet, dass die Veränderungen in der Zusammensetzung innerhalb der Baumkulturen, ob sie nun durch natürlich Auslese oder forstliche Intervention entsteht, einen erheblichen Einfluss auf den Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf haben wird (Brüggemann et al. 2017: 173ff.). Belegen lässt sich dies durch eine an 18 Standorten in Bayern durchgeführte Untersuchung, in welcher Fichten oder Kiefern durch Douglasien oder Buchen ersetzt wurden (Brüggemann et al. 2017:173ff.). Es „ […] konnte einerseits eine signifikante Abnahme der Bodenkohlenstoffvorräte bis in eine Tiefe von 50cm einschließlich der Streuschicht von durchschnittlich 7 - 11 % beobachtet werden, andererseits war eine deutlich Zunahme der Stickstoffvorräte im Mineralboden zu verzeichnen (Prietzel und Bachmann 2012).“ ( Brüggemann et al 2017: 173ff.). Neben der Waldzusammensetzung und den damit verbundenen, vorherrschenden Vegetationsformen, haben auch die weiter oben angesprochenen, möglicherweise veränderten Niederschlagsmuster und Trockenphasen Einfluss auf das Wirkungsgefüge. Wie bereits erwähnt, kann der für große Teile Europas erwartete Anstieg des atmosphärischen Stickstoffgehalts für die hiesigen Waldgesellschaften mannigfaltige Auswirkungen haben. Da einer der limitierenden Faktoren im Waldwachstum Stickstoff ist, „[…] ist der durch den atmosphärischen Stickstoff hervorgerufene Düngeeffekt zunächst mit einer Steigerung der Kohlenstoffaufnahme durch die Wälder in der Größenordnung von 20 - 40 kg Kohlenstoff pro Kilogramm Stickstoff verbunden (Brüggemann et al. 2017: 173ff.). Insgesamt würde also ein tendenziell steigender Stoffumsatz kombiniert mit einer erhöhten Biomasseproduktion begünstigt. Daraus lässt sich jedoch auch folgern, dass auch die Gesamtmasse aus Totholz und Streu einen signifikanten Zuwachs erfahren wird. Damit einhergehend wäre dann auch eine erhöhte Rückspeisung des Kohlenstoffs sowohl in den Boden als auch in die Atmosphäre. Ferner wird vermutet, dass die Zunahme der Streufallmenge zu einem verstärkten Austrag von organischen Stickstoff- und Kohlenstoffverbindungen in die Oberflächengewässer begünstigen könnte (Brüggemann et al. 2017: 173ff.). Welche Langzeitfolgen aus einer erhöhten Rate gelöster organischer Verbindungen in diesen Wasserkörpern entstünden, bleibt abzuwarten. Unbestreitbar jedoch scheint es, dass auch in diesem Aspekt ein sensibles Wirkungsgefüge ins Wanken geraten könnte.

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