Wirkungen auf Ökosysteme

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Artenreiche Blumenwiesen werden immer seltener.

Wiese mit Wildblumen (Kornblumen, Kamille, Nelken und andere)

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Einführung

Luftschadstoffe können zum Einen direkte Schäden an Pflanzen und Tieren bewirken, zum Anderen können sie nach ihrer Ablagerung abiotische Umweltfaktoren verändern. Bestimmte Arten und Lebensgemeinschaften werden dadurch verdrängt. Hohe Einträge luftgetragener Schadstoffe führen so zu einem Verlust an biologischer Vielfalt und bedrohen naturnahe Ökosysteme dauerhaft in ihrer Existenz. Die Begrenzung der Luftbelastung ist deshalb ein entscheidender Schritt zum Schutz der menschlichen Gesundheit und der Umwelt. Um das Ausmaß der Gefährdung von Ökosystemen durch Luftschadstoffe abzuschätzen, werden die eingetragen Schadstoffmengen mit ökosystemspezifischen kritischen Belastungsgrenzen (Critical Loads) verglichen. Dadurch ist es möglich Belastungsschwerpunkte zu erkennen und Minderungsmaßnahmen zu optimieren (siehe Wirkungen und ihrer Bewertung).

Um empfindliche Ökosysteme vor schädlichen Einwirkungen zu schützen, sieht das Immissions- und Naturschutzrecht vor, dass Anlagen (z. B. Straßen, landwirtschaftliche Tierhaltungsanlagen) nur dann genehmigt werden, wenn die Emissionen der geplanten Anlage zu keinen erheblichen Schäden an Pflanzen und Ökosystemen führen (siehe Bewertung im FFH- und Immissionsschutzrecht).

Im Falle einer Schädigung, zum Beispiel durch Luftschadstoffe, können Ökosysteme ihre vielfältigen Funktionen im Naturhaushalt (z. B. Puffer- und Filterfunktionen), die häufig auch für den Menschen von vitaler Bedeutung sind, nur noch eingeschränkt erfüllen. Bewertungsmethoden stellen deshalb zunehmend die Funktionsfähigkeit von Ökosystemen und deren Beeinträchtigung, z. B. durch Schadstoffbelastungen, in den Mittelpunkt der Betrachtungen (siehe  Beurteilung der Ökosystemintegrität).

Bewertung im FFH- und Immissionsschutzrecht

Etwaige nachteilige Wirkungen von Luftschadstoffen auf Ökosysteme und empfindliche Pflanzen müssen auch in Genehmigungsverfahren zum Anlagen- oder Straßenbau in immissions- und naturschutzrechtlichen Verfahren geprüft und bewertet werden. Eine Genehmigung ist nur dann möglich, wenn erhebliche Schäden an Pflanzen und Ökosystemen ausgeschlossen sind. Standardisierte Methodik-Leitfäden für diese Prüfungen und Bewertungen tragen zur Erhöhung der Rechtssicherheit und zur Vereinfachung und Beschleunigung des Vollzugs bei.

Wirkungen von Luftschadstoffen in Ökosystemen

Luftschadstoffe breiten sich in der Atmosphäre aus und werden großflächig in Ökosysteme eingetragen. Dort üben sie in unterschiedlicher Weise Wirkungen auf Flora und Fauna aus und beeinflussen somit die biologische Vielfalt.

Einträge von Schwefel- und Stickstoffverbindungen führen im Boden zur Versauerung. Damit einhergehend ändern sich Menge und Zusammensetzung des Nährstoffangebotes. Pflanzen und Pflanzengesellschaften, die auf neutrale Bodenverhältnisse angewiesen sind, haben bei den derzeit herrschenden Immissionen langfristig keine Überlebenschance. Die entsprechenden Ökosystemtypen verschwinden und die Vielfalt der Ökosysteme wird verringert.

Stickstoffverbindungen wirken darüber hinaus eutrophierend auf naturnahe terrestrische Ökosysteme. Langanhaltende, erhöhte Stickstoffeinträge über die Luft verändern die Gleichgewichte zwischen Stickstoff und anderen Nährstoffen (wie Magnesium, Phosphor und Kalium) im Boden und damit auch ihre ausgewogene Aufnahme durch die Pflanzen. Der unausgewogene Ernährungsstatus im Ökosystem führt zu geringerer Toleranz gegenüber kurzzeitigen Störungen oder Stress (Frost, Trockenheit, Schädlinge). Stickstoffeinträge sind eine Hauptursache für den Verlust biologischer Vielfalt in Europa.

Schwermetalle wirken bei Überschreitung bestimmter Konzentrationen toxisch auf Lebewesen und können dann Ökosystemfunktionen stören.

Auch bodennahes Ozon hat eine schädigende Wirkung auf die Vegetation. Die Schadwirkung kann direkt sein und zu Ertrags- beziehungsweise Qualitätsverlusten (zum Beispiel Verfärbungen und Absterben von Blattteilen) führen oder im Falle von Bäumen auch langfristige Effekte haben (etwa die Steigerung der Empfindlichkeit gegenüber Schädlingen).

Allgemein führt lang anhaltender Stress durch Stoffeinträge zur Destabilisierung von Ökosystemen (z. B. Waldschäden), die dann natürlichen Stressfaktoren und Klimaänderungen gegenüber anfälliger sind.

Alle genannten anthropogenen (d.h. durch den Menschen verursachten) Einflüsse wirken zusammen und gemeinsam mit natürlichen Standortfaktoren sehr unterschiedlich: Die Wirkungen können sich gegenseitig verstärken oder auch abschwächen.

Die durch die Luftschadstoffe (mit) verursachten Veränderungen der Ökosysteme können dazu führen, dass diese ihre Funktionen nur noch eingeschränkt erfüllen, was auch Dienstleistungen für den Menschen einschränkt, so zum Beispiel die Bereitstellung von sauberem Grundwasser und anderen Ressourcen, Hochwasserschutz, die Eignung für Erholungszwecke und vieles mehr.

Immissionsschutzrecht – Ermittlung und Bewertung von Stickstoffeinträgen

Die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) dient u.a. dem Schutz der Allgemeinheit vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen. Sie ist eine Verwaltungsvorschrift, die immissionsschutzrechtliche Anforderungen an die Genehmigung von Anlagen konkretisiert. Durch die Definition von Immissionswerten schützt die TA Luft die Vegetation und Ökosysteme vor erheblichen Nachteilen. Darüber hinaus fordert sie eine detaillierte Einzelfallprüfung der Genehmigungsfähigkeit, wenn Anhaltspunkte dafür vorliegen, dass der Schutz empfindlicher Pflanzen (z. B. Baumschulen, Kulturpflanzen) oder sensibler Ökosysteme (z. B. Heide, Moor, Wald) vor erheblichen Nachteilen nicht gewährleistet ist, die durch die Einwirkung von Ammoniak oder den Eintrag von Stickstoff entstehen.

In der Praxis betrifft das vor allem den Bau und die umfangreiche Erweiterung landwirtschaftlicher Tierhaltungsanlagen, die nach § 4 des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BImSchG) genehmigungs­bedürftig sind. Mehr als die Hälfte der gesamten deutschen Ammoniak-Emissionen entstehen in Tierställen und bei der Lagerung des Wirtschaftsdüngers. Da landwirtschaftliche Anlagen im Allgemeinen niedrige Emissionshöhen aufweisen und Ammoniak im Vergleich zu anderen stickstoffhaltigen Gasen oder Partikeln schnell deponiert wird, müssen etwaige nachteilige Wirkungen der zusätzlichen Stickstoffeinträge auf Pflanzen oder Ökosysteme bis zu einer Entfernung von 1 km zur Anlage beurteilt werden.

Ein vom Expertenkreis der Bund-Länder-Arbeitsgemeinschaft für Immissionsschutz (LAI) unter intensiver Beteiligung des UBA erarbeiteter Leitfaden zur Ermittlung und Bewertung von Stickstoffeinträgen ermöglicht eine einheitliche Prüfung, ob der Schutz vor erheblichen Nachteilen durch Schädigung empfindlicher Pflanzen und Ökosysteme aufgrund von Stickstoffdeposition gewährleistet ist. Ergibt die Anwendung der standardisierten Methodik des Leitfadens, dass der Schutz vor erheblichen Nachteilen durch die Stickstoffdeposition nicht gewährleistet ist, so muss eine detaillierte Einzelfallprüfung erfolgen. Das Verfahren trägt zu einem größeren Maß an Rechtssicherheit bei der Anlagen­genehmigung und so zur Vereinfachung und Beschleunigung des Vollzugs bei. Der Leitfaden wurde im Juni 2010 von der Umweltministerkonferenz zur Kenntnis genommen. In einigen Bundesländern befindet sich das Verfahren im Rahmen einer Probephase bereits seit einigen Jahren in der erfolgreichen Anwendung.

Für die Bewertung der Wirkungen wird die anlagenspezifische Zusatzbelastung zusammen mit der Vorbelastung mit einem ökosystemspezifischen Beurteilungswert verglichen. Zur Ermittlung der Vorbelastung bedient man sich eines im Auftrag des UBA modellierten flächendeckenden, räumlich hoch aufgelösten Datensatzes der Stickstoffdeposition (Raster: 1 x 1 km2). Die Zusatzbelastung kann mittels eines so genannten Screening-Verfahrens abgeschätzt werden; alternativ ist sie nach den Vorgaben der TA Luft mit AUSTAL 2000 zu berechnen. Die Ableitung des ökosystemspezifischen Beurteilungswertes erfolgt ausgehend von Empirischen Critical Loads unter zusätzlicher Einbeziehung von Zuschlagsfaktoren für die Gefährdungsstufe des jeweiligen Schutzguts.

Naturschutzrecht – Bewertung von straßenverkehrsbedingten Nährstoffeinträgen in FFH-Gebiete

Nach dem deutschen Naturschutzrecht sind Projekte vor ihrer Zulassung oder Durchführung auf ihre Verträglichkeit mit den Erhaltungszielen eines FFH-Gebiets (Flora-Fauna-Habitat) zu überprüfen, wenn das Risiko einer erheblichen Beeinträchtigung des Gebiets besteht (§ 34 BNatSchG). Auch die Auswirkungen eutrophierender Stickstoffeinträge auf das FFH-Gebiet oder schützenswerte Bestandteile desselben, zum Beispiel nachteilige Verschiebungen im Artenspektrum, dürfen den günstigen Erhaltungszustand des geschützten Gebiets nicht erheblich beeinträchtigen.

Die zusätzliche Verkehrsbelastung durch den Bau oder die Erweiterung einer Straße führt zu gesteigerten Stickstoffoxid-Emissionen, die einen zusätzlichen Stickstoffeintrag in benachbarte Ökosysteme zur Folge haben. Die Auswirkung dieses zusätzlichen Eintrags ist in projektbezogenen FFH-Verträglichkeitsprüfungen zu prüfen. In jüngster Zeit haben im Zusammenhang mit Straßenbauprojekten verschiedene juristische Urteile zu einer (vorübergehenden) Aussetzung von Projekten geführt (z. B. das so genannte Halle-Urteil des BVerwG vom 17.01.2007). In diesen Fällen konnten die Projektträger nicht nachweisen, dass keine erheblichen Beeinträchtigungen von FFH-Gebieten durch eutrophierende Stickstoffeinträge zu erwarten sind. Um Beeinträchtigungen durch projektbezogene Stickstoffeinträge einheitlich zu bewerten und somit die Rechtssicherheit zu erhöhen, wird derzeit in einem vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) geförderten Forschungs- und Entwicklungsvorhaben eine detaillierte und praxisorientierte Methodik erarbeitet (FE 84.0102/2009, Forschungsprogramm Straßenverkehrssicherheit). Ein fachlicher Schwerpunkt liegt dabei in der Ermittlung der konkreten Stickstoffempfindlichkeit der einzelnen FFH-Lebensraumtypen. Dazu bedient man sich u.a. eines im Auftrag des Umweltbundesamts entwickelten Modells, das die Existenzmöglichkeiten spezifischer Vegetationsgesellschaften in Abhängigkeit des Stickstoffeintrags abbildet (BERN – Bioindikative Ermittlung von Regenerationspotentialen naturnaher Ökosysteme).

Ökosystemintegrität

Ein Ökosystem setzt sich aus unbelebten und belebten Komponenten zusammen, die in vielfältigen Wechselwirkungen miteinander stehen und somit eine „funktionale Einheit“ bilden.

Durch dieses komplexe Zusammenspiel sind Ökosysteme in der Lage, Dienstleistungen für sich und ihre Umwelt zu erbringen (z. B. die Rückgewinnung pflanzenverfügbarer Nährstoffe, die Produktion von Futter- und Nahrungsmitteln oder die Filterung von Schadstoffen). Intensive Bewirtschaftung, ein verändertes Klima oder stoffliche Belastungen verändern die Eigenschaften der Ökosysteme und somit das funktionierende Zusammenspiel ihrer Bestandteile.

Das kann bestimmte ökologische Funktionen und -dienstleistungen einschränken oder gar zum Erliegen bringen, mit schlimmen Folgen für die Ökosysteme selbst und uns Menschen als Nutzer der Dienstleistungen. Ökosysteme und deren Funktionsfähigkeit rücken deshalb zunehmend in den Mittelpunkt der Schutzbemühungen.

Gesunde, funktionierende Ökosysteme zeichnen sich durch weitgehend ungestörte Funktionsabläufe, eine hohe Anpassungsfähigkeit an wechselnde Umweltbedingungen und Widerstandsfähigkeit gegen Stress (z. B. Trockenheit) aus. Die Ausprägung der Bodeneigenschaften sowie der Flora und Fauna entsprechen dem natürlichen Standortpotenzial. Diese Fähigkeit zur Selbstorganisation einschließlich der Ausprägung und Erhaltung der standorttypischen Vielfalt wird dabei als Ökosystemintegrität bezeichnet.

Das UBA erarbeitet derzeit ein Konzept zur Bewertung der Ökosystemintegrität, auf dessen Grundlage sich dann wissenschaftlich begründete, tragfähige Maßnahmen für die Erhaltung oder Verbesserung des Zustands von Ökosystemen ableiten lassen, darunter Maßnahmen der Luftreinhaltung, der Bewirtschaftung und Klimaanpassung. Schwerpunkte in der Betrachtung sollen zunächst Stoff-, Energie- und Wasserhaushalt der Ökosysteme und ihre Verknüpfung zur pflanzlichen Biodiversität sein. Das Bewertungssystem soll später durch weitere Aspekte der Ökosystemintegrität erweitert werden.

Konzept zur Bewertung der Ökosystemintegrität

Das UN-Übereinkommen zur Biologischen Vielfalt (Convention on Biological Diversity, CBD) verlangt den Erhalt der biologischen Vielfalt; ihre Nutzung soll nachhaltig erfolgen.

Der Ökosystemansatz der CBD misst der Erhaltung von Strukturen und Funktionen der Ökosysteme und damit der vielfältigen Dienstleistungen, die sie für den Menschen erbringen, eine hohe Bedeutung bei. Ökosysteme dürfen nur innerhalb der Grenzen ihrer Funktionsfähigkeit bewirtschaftet sowie durch externe Einflüsse belastet werden.

Um diese Prinzipien der CBD umzusetzen, müssen wir erkennen, welche Strukturen und Funktionen zu den Ökosystemen gehören, wie sie zusammenwirken und wo die Belastbarkeitsgrenzen liegen. Eine Bewertung des Zustandes naturnaher terrestrischer Ökosysteme und ihrer Entwicklung verlangt eine möglichst ganzheitliche Herangehensweise. Die Bestandteile, Funktionen und Prozesse in Ökosystemen sind eng miteinander verwoben und unterliegen ständigen Veränderungen; das Konzept der Bewertung der Ökosystemintegrität beruht daher auf einem medienübergreifenden und funktionsbezogenen Ansatz.

Ziel des Bewertungskonzeptes

Vom Menschen verursachte diffuse Stoffeinträge und der Klimawandel verändern Stoff-, Wasser- und Energiekreisläufe und im Ergebnis auch die Lebensgemeinschaften naturnaher terrestrischer Ökosysteme. Das geht häufig mit Verlusten an standorttypischer Biodiversität sowie von Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen einher. Um einen guten ökologischen Zustand zu erhalten oder wieder herzustellen, müssen geeignete Rahmenbedingungen geschaffen werden. Das Konzept der Bewertung der Ökosystemintegrität soll dazu beitragen, dass Entscheidungsträger die dafür wirkungsvollsten und nutzbringendsten Maßnahmen herausfinden können. Es soll aufzeigen, wie weit Eigenschaften und Funktionen der Ökosysteme von dem gewünschten Zielzustand (Referenzzustand oder ökologisches Potenzial) abweichen und Rückschlüsse auf die Ursachen der Abweichungen zulassen. Soweit möglich, soll die Entwicklung des Ökosystemzustandes unter definierten Rahmenbedingungen (z. B. Szenarien für Stoffeintrag, Klima- und Bewirtschaftungsfaktoren) aufgezeigt werden.

Kriterien für Ökosystemintegrität

Ökosysteme sollen in der Lage sein ihre Funktionen im Naturhaushalt wahrzunehmen. So sollen sie Stoffe, Energie und Wasser effektiv nutzen, speichern und in Kreisläufen führen können. Ihre biotischen und abiotischen Bestandteile, Eigenschaften und Strukturen sollen dem natürlichen Standortpotenzial entsprechen. Dabei ist auch die jeweilige standorttypische biologische Vielfalt inbegriffen.

Sie sollen in der Lage sein, sich selbst zu organisieren. Dafür gibt es grundsätzlich zwei mögliche Arten der Reaktion auf akuten Stress oder allmähliche Veränderung der Umweltbedingungen: Entweder Rückkehr der Systeme in ihren Ausgangszustand oder Anpassung, ohne dass es zum Systemzusammenbruch kommt.

Arbeitsschritte und Bearbeitungsstand

Eine Bewertung der Ökosystemintegrität ist nur im Vergleich mit einem ökosystemtypspezifischen Referenzzustand möglich. Dazu wollen wir eine geeignete Ökosystemtypisierung erarbeiten, Referenzzustände bzw. ökologische Potenziale der Ökosystemtypen beschreiben, Indikatoren für die Merkmalskategorien ableiten und diese zu einer ganzheitlichen Bewertungsmethodik zusammenführen.

Zur Erarbeitung des Konzeptes der Ökosystemintegrität wurde ein Forschungs- und Entwicklungsvorhaben (FKZ 3710 83 214) vergeben. Wir werden das Konzept mit Vertretern des Naturschutzes, der Forst- und Landwirtschaft, der internationalen Wissenschaft sowie mit politischen Entscheidungsträgern diskutieren und gemeinsam voranbringen.

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