Optimierung von Gewässerrenaturierung für Biodiversität und Ökosystemleistungen

Vergleichende Ansicht der Emscher: linke Seite in degradiertem Zustand bei Dinslaken, rechte Seite in renaturiertem Zustand bei Dortmund-Deusen.

Gefördert durch: Bauer-Stiftung und Rudolf und Helene Glaser Stiftung
Laufzeit: 2017-2020

Wir erforschen welche Eigenschaften Renaturierungsmaßnahmen haben müssen, damit sie zu einer nachhaltigen Steigerung von Biodiversität und Ökosystemleistungen führen. Dabei interessiert uns besonders wie die Biodiversität in renaturierten Gewässern in Beziehung zu Ökosystemleistungen steht. Aus der Kenntnis der Wirkungszusammenhänge werden Strategien zur Steigerung der Effektivität von Renaturierungen entwickelt, die in ein Werkzeug einfließen, welches räumlich-explizite Vorhersagen zu Auswirkungen von Renaturierungen auf Fischgemeinschaften ermöglichen wird. 
Fließgewässer und ihre Auen sind Hotspots der Biodiversität. Obwohl sie nur 0,01% der Erdoberfläche bedecken leben in ihnen 9,5% aller Arten weltweit. Fließgewässer und ihre Auen erbringen auch wichtige Ökosystemleistungen. Wir verlassen uns beispielsweise auf die Selbstreinigungskraft der Gewässerm verzehren Fische, nutzen die Gewässer zur Freizeitgestaltung und als Transportwege. Gleichzeitig sind diese Ökosysteme in einem besonders schlechten ökologischen Zustand. Weltweit ging die Biodiversität von Süßwasserarten zwischen 1955-2000 um etwa 55% zurück und in Deutschland sind nur 10% der natürlichen Oberflächengewässer in einem sehr guten oder guten ökologischen Zustand. In den letzten Jahren wurden große Anstrengungen unternommen um Fließgewässer und Auen zu renaturieren. Die ökologische Wirksamkeit dieser Renaturierungen ist bislang allerdings begrenzt. Studien haben gezeigt dass der Erfolg solcher Renaturierungen sehr variabel und oft nicht dauerhaft ist. Zu den Auswirkungen von Renaturierungen auf Ökosystemleistungen liegen bislang sehr wenige Erkenntnisse vor. 
Neben der systematischen Untersuchung der Eigenschaften von Renaturierungsmaßnahmen für Biodiversität und Ökosystemleistungen wird die Rolle des Besiedlungspotentials des regionalen Umfeldes für die Etablierung erwünschter und unerwünschter Arten in renaturierten Gewässerabschnitten erforscht. Weitere Fragen adressieren die zeitliche Dynamik des Besiedlungsprozesses und die Rolle von intakten Auen für Gewässer. Außerdem werden die Wechselwirkungen zwischen multiplen renaturierten Abschnitten untersucht. Aus diesen Ergebnissen werden Strategien zur Steigerung der Effektivität von Renaturierungen entwickeltund getestet. Die Produkte der interdisziplinär ausgerichteten Forschungsgruppe sollen einen wichtigen Beitrag zu einem efektiven Schutz von Biodiversität und Ökosystemleistungen in Fließgewässern und ihren Auen leisten und helfen teure Fehlplanungen bei der Gewässerrenaturierung zu vermeiden.

Projektmitarbeiter: Dr. Alessandro Manfrin, Nina Kaiser, Heiko Schmidt

Akustisches Monitoring des Maifisch im Rhein

Maifisch (Alosa alosa), Foto: T. Seufert

Gefördert durch: HIT-Umweltstiftung, Ministerium für Umwelt, Energie und Forsten Rheinland-Pfalz, Hessisches Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, Landesfischereiverband Baden-Württemberg, Bezirksregierung Düsseldorf, Rheinfischereigenossenschaft NRW, Verband Hessischer Fischer, Bundesamt für Umwelt BAFU (CH), Sportvisserij Nederland (NL)
Laufzeit: 2017-2021

Der Maifisch, früher eine der Brotfischarten der Fischer im Rhein, war aufgrund der Wasserverschmutzung und Überfischung in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts in seinem Bestand eingebrochen und schließlich ganz aus dem Rhein verschwunden. Seit 2007 wird versucht den Maifisch wieder im Rhein anzusiedeln. Zwischen 2007 und 2018 wurde 11 Millionen Maifisch-Larven in das Flusssystem des Rheins eingebracht. Diese Larven wurden zuvor mit einer Tetrachlorin-hydrochlorid Lösung behandelt, um sie von der sich natürlich entwickelnden Maifischpopulation zu unterscheiden. 
Das derzeit laufende Projekt wird vom Rheinischen Fischereiverband koordiniert, die Hochschule Trier ist als Projektpartner zuständig für die Etablierung und Implementierung eines akustischen Monitorings der Laichaktivität der Maifische im Rhein. Ein ähnliches Verfahren wird bereits in der Dordogne und der Garonne angewendetund wird nun in Kooperation mit den französichen Kollegen auf die Verhältnisse im Rhein angepasst. Maifische laichen nachts über schnellestömenden, kiesigen Flussabschnitten. Sie suchen dabei verlässlich ganz bestimmte Habitatbedingungen aufund zeichnen sich durch eine hohe Laichplatztreue aus. Beim Laichvorgang schlagen sie charakteristisch mit der Schwanzflosse auf die Wasseroberfläche. Dieses Schlagen, die sogenannten "Bulls", wird aufgezeichnet und dann mit einer speziellen Software analysiert, um die Anzahl der laichenden Maifische zu ermitteln. Durch die Überwachung der bekannten Laichplätze unterhalb der Querbauwerke und Zählstationen an den Fischpässen ergibt sich ein relativ präzises Bild des Laicherbestandes unterhalb der Querbauwerke. In Kombination mit den Aufsteigerzahlen durch die Fischpässe ergibt das eine Einschätzung der Populationsgröße eines Jahres. 
Um das Wissen über den Lebenszyklus zu erhöhen und die Effektivität des Wiederansiedlungsprogramms zu messen werden spezifische Strukturen des Innerohrs (Otolithen) von juvenilen und adulten Fische mikrochemisch analysiert. Die Fische werden in den Fischpassagen im Rhein und seinen Zuflüssen gefangen. Die Analysen sollen vor allem:

  1. den Zeitpunkt der juvenilen Migration Richtung Meer bestimmen. Das Alter der Juvenilen wird mit verschiedenen Elementkonzentrationen (Ca, Sr, Ba, Mn) in den Otolithen gekoppelt. Diese Konzentrationen spiegeln die Umgebungsbedingungen der Habitate wider in denen sich der junge Maifisch aufgehalten hat.
  2. Individuen aus anderen Populationen identifizieren, welche sich nicht im Rhein reproduziert haben. Dabei werden Elementkonzentrationen (Ca, Sr, Ba, Mn) und Isotopenverhältnisse (87Sr:86Sr) der Otolithen mit den Zusammensetzungen verschiedener Laichgründe verglichen. Die Ergebnisse können Hinweise geben auf den Austausch von Individuen zwischen den verschiedenen Populationen der Nordsee und des Ärmelkanals.

Projektmitarbeiter: Elodie Boussinet

WasserWissensForum

Gefördert durch: Ministerium für Umwelt, Energie, Ernährung und Forsten Rheinland-Pfalz
Laufzeit: 2018-

In diesem Projekt wird ein Konzept für eine Veranstaltungsreihe mit dem Titel WasserWissensForum erarbeitet. Diese Veranstaltungsreihe soll zum Ziel haben, die Vernetzung von Forschenden zum Thema Wasser im Land Rheinland-Pfalz mit Praktikern und Verwaltern der Wasserwirtschaft zu stärken. Im WasserWissensForum sollen aktuelle Forschungsergebnisse aus angewandter Forschung wie auch Grundlagenforschung vorgestellt und diskutiert werden. Bedient werden dabei thematisch alle mit der Wasserwirtschaft verknüpften Forschungsgebiete, von biologisch-ökologischen und hydrologischen Themen über Fragen zur chemischen Wassergüte bis hin zu technischen Anlagen und infrastrukturellen Aspekten von Trink- und Abwasseraufbereitung. Die Veranstaltung findet zweimal jährlich im 2018 neu eröffneten WasserWissensWerk an der Steinbachtalsperre in Kempfeld statt. Der Förderung von Nachwuchswissenschaftlern kommt bei dieser Veranstaltungsreihe eine besondere Bedeutung zu.

Projektmitarbeiter: Thomas Meißner

Aktion Blau Plus Begleituntersuchungen

Gefördert durch: Ministerium für Umwelt, Energie, Ernährung und Forsten Rheinland-Pfalz
Laufzeit: 2018-

Die Aktion Blau Plus ist ein Aktionsprogramm des Landes Rheinland-Pfalz das seit 1995 die Wiederherstellung von naturnahen Gewässerzuständen fördert. Dabei werden neben ökologischen Aspekten auch die ökonomischen und kulturellen Funktionen der Gewässer mit betrachtet. Wir untersuchen die Zielerreichung dieser Projekte, sowohl hinsichtlich der selbst gesteckten Ziele sowie des durch die Europäische Wasserrahmenrichtlinie vorgegebenen Ziels, Gewässer in einen guten ökologischen Zustand zu bringen. Basierend auf diesen Untersuchungen werden Faktoren ermittelt, die maßgeblich für den Erfolg von Gewässerrenaturierungsprojekten sind. Daraus werden Konzepte abgeleitet, wie bereits in der Planungsphase die Erfolgsaussichten solcher Projekte gesteigert werden kann.

Projektmitarbeiter: Thomas Meißner  Wolfram Remmers   Chris Seibüchler 

Our Common Future-Förderlinie der Robert-Bosch-Stiftung

Beprobung von Makrozoobenthos.

Biodiversitätswandel und Klimaschutz in Entwicklungsbereichen des Nationalparks Hunsrück-Hochwald
Das Projekt ist Teil der Förderlinie „Our Common Future“ der Robert-Bosch-Stiftung. Hier sammeln Schülerinnen und Schüler der gymnasialen Oberstufe des Cusanus-Gymnasiums St. Wendel erste wissenschaftliche Erfahrungen. Die Schülerinenn und Schüler gehen den Fragen nach wie sich die Artgemeinschaften durch die Renaturierung der Hangmoore im Nationalpark verändern und wie diese Artgemeinschaften mit aktuellen Methoden erfasst werden können. Dabei werden beispielsweise Smartphone-Apps programmiert und genutzt um die enge Verknüpfung zwischen Biodiversitätsforschung und Informatik aufzuzeigen. Außerdem werden in verschiedenen Lebensraumtypen vor dem Hintergrund der aktuellen Klimawandeldebatte Kohlenstoffbilanzen angefertigt. Die Ergebnisse halten die Jugendlichen in Podcasts, Erklär-Videos sowie Sendungen des Nationalpark-Radios fest. Das Projekt läuft für zwei Schuljahre und endet im Juli 2020.

Projektmitarbeiter: Chris Seibüchler 

Monitoring Nationalpark Hunsrück-Hochwald

Elektrofischen im Nationalpark

Wir führen im Nationalpark Hunsrück-Hochwald ein aquatisches Langzeit-Monitoringprogramm durch, das eingebettet ist in das Gesamtmonitoringprogramms des Nationalparks. Der Nationalpark Hunsrück-Hochwald ist Teil des LTER-Monitoringnetzwerks in Deutschland. Das aquatische Monitoring umfasst die Messung von mikroklimatischen, hydrologischen, physico-chemischen und biologischen Variablen im Einzugsgebiet des Traunbachs. Diese Messungen werden mit permanent ausgebrachten Datenloggern zur Messung abiotischer Umweltvariablen durchgeführt, ergänzt um Beprobungen der Artgemeinschaften (Fische, Gewässermakroinvertebraten, Fluginsekten) im 14-tägigen bis jährlichen Rhythmus, je nach Artengruppe. Projektbasiert werden zusätzliche Umweltdaten erhoben. Die erhobenen Daten werden zusammen mit dem Nationalpark, Partnern im LTER-Netzwerk sowie in Abschlussarbeiten am Umwelt-Campus ausgewertet. Wir unterstützen den Nationalpark auch bei der Auswertung weiterer Monitoringdaten, z.B. Fotofallendaten, Telemetriedaten, etc.

Schlüsselfragen des aquatischen Monitoringprogramms sind:

  • Wie verändert sich die Biodiversität in Fließgewässern und ihren Auen über die Jahre, und was sind die Gründe für Veränderungen?
  • Welche funktionalen Veränderungen gehen mit den taxonomischen Veränderungen einher?
  • Wie wirkt sich die Renaturierung der Hangmoore im Nationalpark auf den Kohlenstoffhaushalt und die Artgemeinschaft der Gewässer aus?

Nationalparkforschung

Talsperrenmonitoring

Im Hunsrück bei Sensweiler liegt die 33 ha große Steinbachtalsperre, die vor allem der Trinkwassergewinnung und in geringem Umfang der Stromerzeugung aus Wasserkraft dient. Aufgrund von Sanierungsarbeiten an der Staumauer muss der Wasserstand der Talsperre stark reduziert werden. Unser Monitoring soll einen ökologischen Referenzzustand der Talsperre erfassen. Seit Januar 2018 messen wir dazu monatlich Vertikalprofile der wichtigsten limnologischen Umweltvariablen und erfassen die Habitatstrukturen und Artgemeinschaften in den verschiedenen Zonen der Talsperre. Die Messungen werden während und nach der Sanierung fortgesetzt. Parallel dazu entwickeln wir ein ökologisches Bewirtschaftungskonzept für die Talsperre für die Zeit nach der Sanierung der Talsperre.

Schlammpeitzger (Misgurnus fossilis) in der Region Nördlicher Oberrhein: Nachhaltiges Populationsmanagement und eDNA-Nachweis

Gefördert durch: SGD Süd, Regierungspräsidium Darmstadt, Regierungspräsidium Karlsruhe, Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie.
Laufzeit: 3 Jahre (seit 2018)

Der Schlammpeitzger gilt in Deutschland als Rote Liste-Art der Kategorie 2 (stark gefährdet). Ferner ist diese Art im Anhang II der FFH-Richtlinie gelistet und gehört damit zu den „Tier- und Pflanzenarten von gemeinschaftlichen Interesse, für deren Erhaltung besondere Schutzgebiete ausgewiesen werden müssen“. Das Oberrheingebiet weist noch eine Reihe von Vorkommen des Schlammpeitzgers auf und es existieren für diese Art potentiell geeignete Gewässer. Somit hat das Oberrheingebiet eine besondere Bedeutung für den Erhalt des Schlammpeitzgers.
Zur Wiederherstellung eines guten Erhaltungszustandes der Art werden jährliche Besatzmaßnahmen durchgeführt. Hierfür werden im Frühjahr in der Ökosystemforschung Anlage Eußerthal der Universität Koblenz-Landau Schlammpeitzgerlarven aufgezogen, welche nach einigen Wochen in geeignete regionale Gewässer ausgebracht werden.
Das Projekt hat zudem zum Ziel, die Wirksamkeit der Besatzmaßnahmen zu kontrollieren. Der Nachweis von Schlammpeitzgern ist besonders in Gewässern mit starkem Pflanzenbewuchs und Schlamm, in dem sich die Tiere eingraben, mit herkömmlichen Methoden (Reusenfang und Elektrofischerei) oft nicht effektiv. Gerade aber die Gewässer mit solchen Strukturen sind bevorzugte Lebensräume des Schlammpeitzgers. In diesem Projekt soll eine alternative, neuartige Detektionsmethode für aquatische Organismen für den Schlammpeitzger getestet werden. Diese Methode beruht auf einem molekular-genetischen Nachweis aus Wasserproben. Hierbei macht man sich zugute, dass im Wasser freie DNA und Zellreste (engl. environmental DNA oder eDNA) vorkommt, die die Tiere durch Ausscheidungsprodukte und permanent über die Körperoberfläche, insbesondere die Kiemen, ins Wasser abgeben. Die im Gewässer vorkommende DNA kann artspezifisch zugeordnet.Somit kann ein Vorkommen des Schlammpeitzgers ohne aufwendige Fangmethoden nachgewiesen werden.Im Projekt wird die Effektivität der klassischen Fangmethoden und der neuen eDNA-Methode im jahreszeitlichen Verlauf und unter verschiedenen Umweltbedingungen vergleichend getestet.
Die dabei entstehenden Daten werden weiterhin genutzt um einen besseren Einblick in die bislang nicht gut bekannten saisonalen und tageszeitlichen Migrationsmuster der Schlammpeitzger zu bekommen. Ergänzend werden Mesokosmos-Experimente durchgeführt um die Auswirkung von Umweltvariabilität auf die verschiedenen Altersstadien des Schlammpeitzgers zu untersuchen.

Projektregion: RP Darmstadt, RP Karlsruhe, SGD Süd
Projektpartner: Institut für Umweltwissenschaften der Universität Koblenz-Landau, Umwelt-Campus Birkenfeld der Hochschule Trier, INGA – Institut für Gewässer- und Auenökologie
Projektmitarbeiter: Lena Kusanke, Eike Sünger

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