Im Zentrum dieser Arbeit stehen Bioindikatoren, die im begründeten Verdacht stehen, gleichzeitig auf die anthropogenen Belastungen „Eutrophierung“ und „Klimaerwärmung“ zu reagieren. Cyanobacteria werden als Bioindikatoren mit 42 Arten und mittels ihres gesamten Biomasseanteils am Phytoplankton unter weiteren Kenngrößen im neuen deutschen Seenbewertungssystem, dem Phyto-See-Index (PSI) zur Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) genutzt (Mischke et al. 2008). Die meisten Vertreter der Cyanobacteria profitieren in ihrem Wachstum sowohl von einer Erhöhung der Trophie, als auch von erhöhten Wassertemperaturen.
Für die Region Brandenburg wird nach Szenario B des PIC Potsdam mit einem Anstieg der Lufttemperatur um +1,5°C bis 2050 gerechnet (Jacob &Gerstengarbe. 2005). Dies hat eine Verlängerung der Schichtungsperiode (Adrian et al. 1993, Kirillin et al. 2008) in dimiktischen Seen, eine Annäherung der Wassertemperatur an die Optima vieler Arten und eine erhöhte hypolimnische P-Rücklösung (Adrian et al. 1993) zur Folge, was insgesamt einen höheren Trophiestatus der Seen einhergehend mit höheren Phytoplanktonbiomassen erwartet lässt. Es wird postuliert, dass die globale Erwärmung zur Verschiebung der Referenzzönosen („composition metrics“ wie PTSI und Algenklassen-Metrik) und der Biomasseausprägung („biomass metrics“) führt und damit die Bewertungsmatrix angepasst werden müsste.
Um den Effekt der prognostizierten Erhöhung von Cyanobacteria auf die Bewertung mittels Phyto-See-Index zu dokumentieren, wird in diesem Beitrag der Biomasseanteil dieser Gruppe in einem Szenario anhand realer Seendaten künstlich verdoppelt und der Bewertung „ohne potentiellen Klimaeinfluss“ gegenübergestellt.
Ein weiteres Phänomen aufgrund der Klimaerwärmung wird anhand eines Populationsmodells, welches zur Berücksichtigung der Überwinterung mittels Dauerzellen (Akineten) für eine Art der Nostocales (Cyanobacteria) entwickelt wurde, vorausgesagt (Wiedner et al. 2007): Es besagt, dass nostocale Arten mit einem Lebenszyklus bei Klimaerwärmung aufgrund der früheren Keimung höhere sommerliche Biomassen aufbauen werden. Um den Effekt einer Erhöhung der Lufttemperatur im vorausgehenden Winter oder Frühjahr auf die Nostocales in Freilanddaten zu beobachten, werden Langzeitdaten von 35 Seen mit kalten und warmen Jahren (-zeiten) ausgewertet.
“Adaptation to climate change” as a new field of knowledge challenges agricultural and horticultural (vocational) education and extension. Farmers and horticulturists are confronted with vague scientific findings at best. A broad variety of global climate scenarios is “projected” onto regions and exact predictions are usually not possible. Often, personal observations and experiences seem to contradict scientific assertions. Under this condition farmers and policy makers must decide about future land use.
What does this imply for capacity building? How to transform insecurity into concrete educational measures and programs?
The authors discuss their first experiences within a German R&D network (INKA BB) in which they develop capacity building programs. Two examples from urban agriculture / urban gardening will be used as case studies. Strengths and weaknesses of the development processes and their management will be discussed.
Since the topic is complex and adaptation is a continuous activity, learning in connection with climate change adaptation ideally begins on elementary level, continues in higher and vocational training, and does not end with extension. In other words: “learning chains” must be developed which enable life-long learning in formal, non-formal and informal learning environments.
Competencies are needed beyond classical technological and economic skills. Problem solving - from problem perception, analysis, generation of alternative solutions, to implementation and evaluation - with a key competence in critical analysis and reflection of contemporary research findings - gain in importance.
In INKA BB, participation is seen as axiomatic. As a consequence, an action-oriented, participatory approach has been chosen which enables mutual learning among partners from research, formal and informal, elementary, higher and vocational education.
A crucial point is the question of “Who could be the bridge between science and the educational practitioner?” In INKA BB, a specific working group (the subproject on “Knowledge Management and Transfer”) facilitates the development processes and therefore plays a liaison role between theory and practice. In the long-run, sustainable ownership of this process must be achieved. A combination of network building, mutual learning in permanent work groups, provision of technical trainings, and joint planning, testing, monitoring and evaluation is seen as a precondition.
INKA BB versteht sich als ein Innovationsnetzwerk aus Wissenschaft und Praxis, das Veränderungen aktiv gestaltet. Als Vorbild und Partner will es Ergebnisse verbreiten und Lernprozesse initiieren. Hierfür bündeln wir die in der Region vorhandenen Kompetenzen von Forschungseinrichtungen, öffentlicher Verwaltung, Wirtschaftsunternehmen und Verbänden. Das Netzwerk arbeitet in Brandenburg mit einem landesweiten Fokus. Standort- und betriebsbezogene Maßnahmen sind vorwiegend in den Regionen Lausitz-Spreewald und Uckermark-Barnim sowie in der Metropole Berlin angesiedelt.
Der Schutz aller natürlichen biotischen und abiotischen Güter und Ressourcen ist unerlässlicher Bestandteil einer nachhaltigen Entwicklung in Brandenburg. In Wahrnehmung dieser gesellschaftlichen Querschnittsaufgabe müssen Naturschützer mit anthropogenen und natürlichen Veränderungen sowie deren Wechselwirkungen umgehen. Der Klimawandel beeinflusst zusehends die Funktionstüchtigkeit der biologischen Vielfalt. Er hat das Potenzial, die bisherigen Gefährdungen der Arten und Ökosysteme deutlich zu verstärken.
Welche Optionen gibt es für ein klimawandelangepasstes Naturschutz-Handeln?
Ausgewählte Antworten auf diese Frage gibt der vorliegende Band. Er stellt zwei neu entwickelte Instrumente für angepasste Planungsverfahren vor: eine Methode der standortbezogenen Risikoabschätzung zur Priorisierung von Handlungsräumen und -schwerpunkten, sowie MARISCO - eine Methode zur Anwendung eines adaptiven Risiko-Managements. Beide Ansätze wurden im Rahmen des Projektes mit Praxispartner erprobt. Nach einer 2012 erschienenen Analyse strategischer Grundlagen ist dies der zweite Band einer dreiteiligen Serie zur regionalen Anpassung des Naturschutzmanagements an den Klimawandel.
Abstract
Water management and environmental protection is vulnerable to extreme low flows during streamflow droughts. During the last decades, in most rivers of Central Europe summer runoff and low flows have decreased. Discharge projections agree that future decrease in runoff is likely for catchments in Brandenburg, Germany. Depending on the first-order controls on low flows, different adaption measures are expected to be appropriate. Small catchments were analyzed because they are expected to be more vulnerable to a changing climate than larger rivers. They are mainly headwater catchments with smaller ground water storage. Local characteristics are more important at this scale and can increase vulnerability.
This thesis mutually evaluates potential adaption measures to sustain minimum runoff in small catchments of Brandenburg, Germany, and similarities of these catchments regarding low flows. The following guiding questions are addressed: (i) Which first-order controls on low flows and related time scales exist? (ii) Which are the differences between small catchments regarding low flow vulnerability? (iii) Which adaption measures to sustain minimum runoff in small catchments of Brandenburg are appropriate considering regional low flow patterns?
Potential adaption measures to sustain minimum runoff during periods of low flows can be classified into three categories: (i) increase of groundwater recharge and subsequent baseflow by land use change, land management and artificial ground water recharge, (ii) increase of water storage with regulated outflow by reservoirs, lakes and wetland water management and (iii) regional low flow patterns have to be considered during planning of measures with multiple purposes (urban water management, waste water recycling and inter-basin water transfer). The question remained whether water management of areas with shallow groundwater tables can efficiently sustain minimum runoff. Exemplary, water management scenarios of a ditch irrigated area were evaluated using the model Hydrus-2D. Increasing antecedent water levels and stopping ditch irrigation during periods of low flows increased fluxes from the pasture to the stream, but storage was depleted faster during the summer months due to higher evapotranspiration. Fluxes from this approx. 1 km long pasture with an area of approx. 13 ha ranged from 0.3 to 0.7 ls-1 depending on scenario. This demonstrates that numerous of such small decentralized measures are necessary to sustain minimum runoff in meso-scale catchments.
Differences in the low flow risk of catchments and meteorological low flow predictors were analyzed. A principal component analysis was applied on daily discharge of 37 catchments between 1991 and 2006. Flows decreased more in Southeast Brandenburg according to meteorological forcing. Low flow risk was highest in a region east of Berlin because of intersection of a more continental climate and the specific geohydrology. In these catchments, flows decreased faster during summer and the low flow period was prolonged. A non-linear support vector machine regression was applied to iteratively select meteorological predictors for annual 30-day minimum runoff in 16 catchments between 1965 and 2006. The potential evapotranspiration sum of the previous 48 months was the most important predictor (r2 = 0.28). The potential evapotranspiration of the previous 3 months and the precipitation of the previous 3 months and last year increased model performance (r2 = 0.49, including all four predictors). Model performance was higher for catchments with low yield and more damped runoff. In catchments with high low flow risk, explanatory power of long term potential evapotranspiration was high.
Catchments with a high low flow risk as well as catchments with a considerable decrease in flows in southeast Brandenburg have the highest demand for adaption. Measures increasing groundwater recharge are to be preferred. Catchments with high low flow risk showed relatively deep and decreasing groundwater heads allowing increased groundwater recharge at recharge areas with higher altitude away from the streams. Low flows are expected to stay low or decrease even further because long term potential evapotranspiration was the most important low flow predictor and is projected to increase during climate change. Differences in low flow risk and runoff dynamics between catchments have to be considered for management and planning of measures which do not only have the task to sustain minimum runoff.
Der vorliegende Band empfiehlt Handlungsschwerpunkte für Brandenburger Entscheidungsträger zur Anpassung des Naturschutzes an die Herausforderungen des Klimawandels. Er bildet den Abschluss nach einer 2012 in einem ersten Band erschienenen Analyse strategischer Grundlagen und einem 2013 erschienenen zweiten Band über neu entwickelte Instrumente.
Der Schutz der biologischen Vielfalt ist unerlässlicher Bestandteil einer nachhaltigen Entwicklung in Brandenburg. Die relativ gut bekannten Gefährdungen des Naturhaushalts werden in ihrer Wirkung durch den Klimawandel deutlich verschärft. Kluges, vorausschauendes politisches Handeln ist erforderlich. Moderner Naturschutz bedarf eines übergreifenden gesellschaftlichen Engagements sowie der integrativen Berücksichtigung von Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel, die alle Handlungsebenen betreffen. Zielstellungen müssen hinterfragt und gegebenenfalls justiert werden. Es wird empfohlen, hierbei konsequent einem ökosystembasierten Ansatz zu folgen. Die Priorisierung von Schutzobjekten und entsprechenden Maßnahmen sind verstärkt an stabilisierenden Ökosystemfunktionen gegen Wirkungen des Klimawandels und im Sinne des Klimaschutzes auszurichten. Naturschutz ist als Querschnittsaufgabe stärker in der Gesellschaft zu verankern. Dies stellt eine neue Herausforderung für die Akteure dar. Angepasste Methoden und Instrumente sind einzuführen. Dies bringt einen entsprechenden Bedarf neuer Aus- und Weiterbildungsangebote mit sich.
Präsentation der Forschungsergebnisse. Klimatische Veränderungen und Reaktionen der Seen, Anpassungsstrategien und die Schwierigkeit, diese umzusetzen.