Landschafts- und Vegetationsdynamik entlang renaturierter Flussabschnitte von Obermain und Rodach

Landscape and Vegetation dynamic along restored river sections of Obermain and Rodach

Seit 1992 werden vom Wasserwirtschaftsamt Bamberg im Rahmen eines ökologischen Hochwasserschutzes zunehmend Flussabschnitte des Obermains und der Rodach (Oberfranken / Nordbayern) renaturiert, sodass sich auf diesen Uferbereichen wieder eine weitestgehend natürliche Auendynamik entwickeln kann. Die vorliegende Arbeit (innerhalb eines 3jährigen Forschungsprojektes [1999-2002]) befasst sich mit der quantitativen Analyse der Dynamik von Vegetations- und Landschaftsstrukturen sowie der taxonomischenSeit 1992 werden vom Wasserwirtschaftsamt Bamberg im Rahmen eines ökologischen Hochwasserschutzes zunehmend Flussabschnitte des Obermains und der Rodach (Oberfranken / Nordbayern) renaturiert, sodass sich auf diesen Uferbereichen wieder eine weitestgehend natürliche Auendynamik entwickeln kann. Die vorliegende Arbeit (innerhalb eines 3jährigen Forschungsprojektes [1999-2002]) befasst sich mit der quantitativen Analyse der Dynamik von Vegetations- und Landschaftsstrukturen sowie der taxonomischen und funktionalen Vegetationsdiversität auf renaturierten Uferbereichen in zwei unterschiedlichen räumlichen Maßstabsebenen. An renaturierten und nicht-renaturierten Flussabschnitten wurden 21 Dauerflächen eingerichtet, auf denen die Vegetationsstrukturen und Artenzusammensetzungen erfasst wurden. Mit wiederholten Luftaufnahmen bei Überfliegungen wurden Strukturkarten der Untersuchungsflächen erstellt. Dabei wurde der prozentuale Flächenanteil folgender Strukturelemente quantifiziert: Rohbodenflächen, krautige Vegetation, junge Gehölzvegetation, hohe Bäume, liegendes Totholz. Zur Analyse der funktionalen Diversität dienten sechs verschiedene funktionale Syndrome mit 32 funktionalen Attributen. Die Hochwasserdynamik spielt eine große Rolle im periodischen Störungsregime der beiden Flüsse. Die indirekten Störungsparameter, wie Abflusswerte oder die Überflutungsdauer der Flächen sind jedoch nur ungenügend als Maß für die Störungsdynamik geeignet. Direkte Störungsparameter (z.B. Schleppspannung) zu quantifizieren, war im Rahmen der vorliegenden Untersuchung nicht möglich. Neben der Hochwasserdynamik ist das Sukzessionsalter für Struktur- und Artendiversität auf den Renaturierungsflächen bedeutsam, wobei beide Primärfaktoren nicht klar voneinander getrennt werden können. In Jahren ohne Hochwässer entwickelt sich Vegetationsstruktur und Artenzusammensetzung in Richtung einer von Sträuchern und Gräsern dominierten Weichholzaue mit sich allmählich verringernder Artendiversität. Stärkere Hochwasserereignisse bremsen diese Vegetationsentwicklung oder versetzen sie auf einen Zustand jüngerer Entwicklung zurück. Auf Flächen mit junger Pioniervegetation können starke Hochwasser das Verschwinden der Fläche (Erosion) oder des Bewuchses (Überschotterung) bewirken. Die Biodiversität wird abrupt verringert, steigt in der Folgezeit aber aufgrund des Pioniercharakters der Fläche stark an. Auf älteren Flächen führt eine starke Störung zu einem geringern Diversitätszuwachs in der Folgezeit. Es bleibt unklar, welche Stärke und Frequenz von Hochwässern die Diversität mittelfristig am höchsten hält. Sommerhochwässer kamen im Untersuchungszeitraum nicht vor. Die Winterhochwässer bestimmen am Obermain und der Rodach den Verlauf der Sukzession in Richtung eines heterogenen Mosaiks beteiligter Strukturen, welches ohne das Störungsregime zu einer homogen strukturierten Weichholzaue tendieren würden (`Mosaik Zyklus Konzept´). Durch Einordnung der Flächen gemäß ihres Alters in eine unechte Zeitreihe kann eine mittelfristige Tendenz zu einem Rohbodenanteil von ca. 20 % gezeigt werden. Da Rohbodenflächen zwar zuwachsen, Flächen mit Gehölzvegetation aber nur in geringem Ausmaß durch Hochwässer zu Rohbodenflächen umgewandelt werden, ist der Flächenzuwachs durch Kiesbänke und die Neuentstehung von Kiesinseln besonders wichtig für die Aufrechterhaltung einer hohen Strukturdiversität. Dieses ist jedoch abhängig von den Geschiebemengen und deren Mobilisierung flussaufwärts. Die Störungsintensität und damit die Dynamik der Vegetationsstrukturen ist abhängig von der räumlichen Gestaltung und Lage der Renaturierungsfläche zum Fluss. Somit hat auch die Art der durchgeführten Renaturierungsmaßnahmen einen hohen Einfluss auf die zukünftige Flächenentwicklung und deren Biodiversität. Auf Referenzflächen entlang nicht-renaturierter Uferabschnitte ist die Struktur- und Artendiversität deutlich niedriger als auf den Renaturierungsflächen. Vor allem die für die Pionierstadien wichtigen Rohbodenflächen und damit die Keimbetten für viele Therophyten und Sträucher (Weiden) fehlen. Durch das trapezförmige Flussquerprofil mit befestigten Ufern verändern die Hochwasser die ufernahen Flächen mittelfristig kaum. An den renaturierten Uferbereichen treten mehr invasive Pflanzenarten (Neophyten) auf (4,4 Arten pro Fläche), als an nicht-renaturierten Uferabschnitten (1,2 Arten). Allerdings sind die durchschnittlichen Abundanzen der Neophyten an renaturierten Uferabschnitten signifikant niedriger (2,1 %) als an nicht-renaturierten Uferabschnitten (7,2 %). Für ein Langzeitmonitoring im hoch dynamischen Lebensraum einer Flussaue sind drei Untersuchungsjahre entschieden zu wenig. Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung bekräftigen jedoch die Notwendigkeit eines weiterreichenden ökologischen Gewässerausbaus am Obermains und der Rodach zur Erhöhnung der Biodiversität und zum Schutz der natürlichen Flussdynamik. Dieses kann auch als Beispiel für vergleichbare Flüsse dienen.show moreshow less
Since 1992, the water authority Bamberg has undertaken efforts to restore sections of the upper Main and Rodach (in Oberfranken / North Bavaria) to their natural conditions, re-allowing natural river dynamics and a natural flooding regime. This work (in a 3-year project from 1999 to 2002) quantitatively characterizes the structural, taxonomic, and functional diversity of vegetation and landscape at the restored sections. Floristic diversity of structure, species and function was quantified at twSince 1992, the water authority Bamberg has undertaken efforts to restore sections of the upper Main and Rodach (in Oberfranken / North Bavaria) to their natural conditions, re-allowing natural river dynamics and a natural flooding regime. This work (in a 3-year project from 1999 to 2002) quantitatively characterizes the structural, taxonomic, and functional diversity of vegetation and landscape at the restored sections. Floristic diversity of structure, species and function was quantified at two spatially different scales: vegetation structure and floristic diversity was assessed on 21 permanent plots (25 m2). At the landscape level, structure maps were generated based on aerial photographs. For each site, the percentage of surface area cover of structural elements (bare soil, herbaceous vegetation, juvenile woody vegetation, tall trees, drift wood) was quantified. Functional diversity was described by six different syndromes with a total of 32 functional attributes. Floods were found to play an important role for the disturbance regime of both rivers. However, indirect measures of river dynamics such as standard discharge measurements or the measure of flooding duration were not suitable as parameters describe vegetation disturbance dynamics. It was not possible to quantify direct disturbance parameters, such as sediment drag in this study. The structural and functional diversity as well as species turnover were strongly influenced by flooding dynamics but were also determined by the successional age of the analyzed plots. These primary factors influencing biodiversity could not be separated. In years without flooding, vegetation structure and floristic composition develops towards a riparian forest with continuously decreasing diversity of structures and species dominated by shrubs and reeds. Strong flood disturbances can retard this succession process or reset it to a younger succession stage. On sites of successional early stage, heavy floods may impose an unbearable disturbance to the pioneer vegetation and may eradicate it by erosion or over-sedimentation. Thus, the biodiversity decreases abruptly, but will increase again significantly in the newly establishing pioneer vegetation. Sites at a successional later stage are less affected by strong disturbance events, leading only to a slight increase in structural and species diversity after disturbance. It was not possible to characterize the strength and frequency of floods necessary to maintain a mid-term maximum of biodiversity. Summer floods were not observed during the period of investigation. The winter floods of the upper Main and Rodach direct the succession towards a mosaic pattern of different succession stages (mosaic cycle concept), which would turn into a homogenously structured softwood forest without such disturbances. Chronosequences obtained by arranging sites by their age (`space for time substitution´), suggest a tendency towards a mean fraction of bare soil cover of about 20 %. Since bare soil is readily overgrown, and areas with woody vegetation cover are turned into bare soil at a lesser rate, the de novo formation of gravel banks and islands is of high significance for diversity. Formation of gravel banks depends on the potential for upstream sediment mobilization. The intensity of flooding and thus the dynamics of vegetation structure largely depend on the spatial structures and distance of the restored area with respect to the river. Reference plots along non-restored river sections were of considerably lower structural and floristic diversity. Especially areas of bare soil and pioneer stages are missing. The number of invasive plant species (neophytes) was higher along the restored river sections compared to the reference plots at non-restored river sections. However, the mean abundances of alien species, such as Impatiens glandulifera, along restored river sections is significantly lower than along non-restored river sections. Annual flooding of the upper main river system not only creates riverbanks characteristic for a dynamic riparian landscape, but also serves a means of distributing seeds of typically riparian plant species. In years without flooding and along sections with impaired hydro-dynamics (lakes) the riparian vegetation lacks this exogenous impact of sediment and seeds essential for the maintenance of a mosaic-like distribution of species and structures in space and time. Three years are an insufficient time frame for long-term monitoring of a highly dynamic habitat such as a riparian landscape. However, the results of this research project clearly underline the significance of ecological restoration of river systems in order to obtain a dynamic landscape with high biodiversity, which can serve as natural protection from flooding. The positive development of the restored river sections at the upper Main can serve as examples for similar river systems.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Biologie
Author: Andreas von Heßberg
Advisor:Prof. Dr. Gregor Aas
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Date of final exam:29.07.2003
Year of Completion:2003
SWD-Keyword:Fließgewässer; Geoökologie; Landschaftsökologie; Neophyten <Botanik>; Renaturierung <Ökologie>
Tag:Biodiversität; Fliessgewässerökologie; Landschaftsökologie; Neophyten; Vegetationsdynamik
alien species; biodiversity; landscape ecology; restoration ecology; vegetation dynamic
Dewey Decimal Classification:570 Biowissenschaften; Biologie
RVK - Regensburg Classification:RF 30525
RVK - Regensburg Classification:RC 15525
RVK - Regensburg Classification:RF 30357
RVK - Regensburg Classification:RC 20357
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-689
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):18.12.2003