Klimafolgen: Handlungsfeld Biologische Vielfalt

Die Phänologie beschreibt jährlich wiederkehrende Prozesse im Lebenszyklus von Pflanzen und Tieren. Dazu gehört bei Pflanzen der Blattaustrieb, die Blüten- oder Fruchtbildung, die Laubverfärbung und der Blattfall oder bei Tieren deren Wanderungen. Ein Großteil dieser Prozesse ist von der Temperatur und der Photoperiode (d.h. der Tageslänge) abhängig. Eine Zunahme der Temperatur durch den Klimawandel kann eine zeitliche Verschiebung dieser Entwicklungs- und Aktivitätsphasen von Pflanzen und Tieren bewirken. Phänologische Daten sind deshalb sehr gute Indikatoren für die Wirkung von Klimaveränderungen. Die phänologischen Veränderungen können positive wie negative Folgen für Pflanzen, Tiere und Menschen haben.

Phänologische Veränderungen in der Pflanzenwelt: Die sichtbarste und unmittelbarste Reaktion auf den Klimawandel sind phänologische Veränderungen im Jahreszyklus. Im Frühling wurde in den letzten Jahrzehnten fast überall in Deutschland ein früherer Blattaustrieb beobachtet. Veränderungen der jahreszeitlichen Entwicklungsphasen zeigen für das Schneeglöckchen, das den Beginn des Vorfrühlings markiert, dass es im Schnitt drei Tage pro Jahrzehnt früher blüht. Gleiches gilt für die Apfelblüte, die den Beginn des Vollfrühlings anzeigt. Für Deutschland wurde eine Vorverlegung des Beginns der Vegetationsperiode in den Jahren 1983 bis 2012 im Vergleich zum Zeitraum von 1951 bis 1980 auf durchschnittlich etwa acht Tage gemessen. Die Vegetationsperiode, d.h. die Zeit des Jahres, in der Pflanzen wachsen, blühen und fruchten, nahm in Deutschland seit 1961 im mittleren Trend um rund zwei Wochen zu.

Indikator aus dem Monitoring zur DAS: Phänologische Veränderungen bei Wildpflanzenarten

Phänologische Veränderungen in der Tierwelt: Phänologische Veränderungen zeigen sich auch in der Tierwelt, insbesondere bei Vögeln, die sehr sensibel auf sich ändernde klimatische Bedingungen reagieren. Durch die globale Erwärmung kann es bei ihnen zu Änderungen im Vorkommen, in der Ausbreitung, im Zugverhalten, in der Habitatauswahl und bei der Nahrungssuche kommen. Bei Zugvögeln führt die Erwärmung potenziell zu einer früheren Rückkehr im Frühjahr und einem verzögerten Wegzug im Herbst. Eine Vielzahl von Vogelarten in Europa brütet im Mittel 6 bis 14 Tage früher als noch vor 30 Jahren. In Folge kommt es zu einem früheren Brutbeginn. Ein früherer Beginn der Eiablage und Brutzeit ist für den Langstreckenzieher Trauerschnäpper (Ficedula hypoleuca) belegt, der in den Niederlanden den Brutbeginn innerhalb von 20 Jahren um zehn Tage nach vorne verlegt hat. Infolge kürzerer Winter reagieren bestimmte Vogelarten mit erhöhtem Bruterfolg.

Bei den Zugvogelarten in unseren Breiten wird in den letzten Jahrzehnten ein früherer Heimzug, ein zunehmend späterer Wegzug, eine Verkürzung der Zugstrecken und häufigeres Überwintern im Brutgebiet beobachtet. So sind im Nordseeraum Zugvögel seit 1960 um 0,5-2,8 Tage früher angekommen. Schwalben (Hirundinidae) kehren inzwischen durchschnittlich zehn Tage früher aus wärmeren Gebieten zurück. Auch Stare (Sturnus vulgaris), Kraniche (Grus grus) und Feldlerchen (Alauda arvensis) kommen inzwischen früher zurück. Datenaufzeichnungen in Süddeutschland seit 1970 zeigen bei Kurzstreckenziehern aufgrund des späteren Herbstbeginns eine mittlere Abflugverzögerung von 3,4 Tagen. Die immer milderen Temperaturen hierzulande beeinflussen das Verhalten der Kurzstreckenzieher, die normalerweise in den wärmeren Regionen Europas überwintern. Ein Beispiel hierfür ist die Mönchsgrasmücke (Sylvia atricapilla), die eine neue Zugroute „entwickelt“ hat. Sie überwintert nicht mehr in Südfrankreich oder Spanien, sondern steuert vermehrt Länder wie Südengland an, wo das immer milder werdende Klima eine erfolgreiche Überwinterung ermöglicht. Manche Vogelarten, wie Kiebitz (Vanellus vanellus), Singdrossel (Turdus philomelos), Star (Sturnus vulgaris) und Hausrotschwanz (Phoenicurus ochruros) reagieren noch heftiger. Galten sie noch bis vor wenigen Jahrzehnten als klassische Zugvögel, verbringen sie immer öfter den Winter in Mitteleuropa. Bei den Langstreckenziehern hat sich das Zugverhalten bislang viel langsamer geändert, weil es genetisch vorgegeben ist. Einige dieser Arten finden inzwischen nach ihrer Rückkehr aus dem Süden immer schwerer Brutplätze und Nahrung. Zudem geraten die Langstreckenzieher durch den Klimawandel zunehmend in Bedrängnis, da sie auf intakte Verhältnisse an mehreren Orten der Welt angewiesen sind: an Brutplätzen in ihrem Überwinterungsgebiet und an Rastplätzen entlang der Vogelzugroute. Vielen Langstreckenziehern wie z.B. dem Trauerschnäpper (Ficedula hypoleuca) könnte es an Energie mangeln, wenn sie unterwegs keine geeigneten Biotope finden. Andere Beispiele aus der Tierwelt betreffen die Erstbeobachtung von Schmetterlingen oder das Laichen verschiedener Amphibienarten, z. B. Laubfrosch (Hyla arborea), die an vielen Stellen nun früher beobachtet werden.

Phänologische Veränderungen haben Folgen für die Interaktion von Pflanzen und Tieren. Unterschiedliche Geschwindigkeiten phänologischer Veränderungen bei einzelnen Gliedern der Nahrungskette erhöhen das Risiko einer zeitlichen Entkopplung wichtiger Interaktionen zwischen Organismen, beispielsweise bezüglich des Angebots und der Nachfrage von Nahrung. Bei Vögeln ist dieses Phänomen eines zeitlichen oder räumlichen nicht-Zusammenfallens zwischenartlicher Beziehungen zu beobachten. Die Brutzeit vieler Vogelarten ist eng mit dem jahreszeitlichen Maximum verfügbarer Nahrung verknüpft. Eine veränderte Zugzeit kann zu einer Desynchronisation mit dem Nahrungsangebot führen und somit Nahrungsengpässe verursachen. Ein Beispiel dafür ist der Trauerschnäpper (Ficedula hypoleuca), der südlich der Sahara überwintert und Ende April nach Deutschland zurückkehrt. Er benötigt weiche Schmetterlingsraupen, um seine Jungen zu ernähren. Die haben sich inzwischen allerdings schon verpuppt, wenn die Jungvögel sie als Nahrung brauchen. Die Folge ist, dass die Brut des Vogels schwächer ist und mehr Küken im Nest verhungern. Ähnlich hängt der Bruterfolg des Goldregenpfeifers (Pluvialis apricaria) vom Zeitpunkt ab, an dem Schnaken, dem Beuteinsekt der Vögel, schlüpfen. Es wird erwartet, dass es am Ende dieses Jahrhunderts zu einer Asynchronität zwischen der ersten Eiablage der Vögel und dem Erscheinen von Schnaken kommen kann.

Indikator aus dem Monitoring zur DAS: Temperaturindex der Vogelartengemeinschaft

BD-I-1: Phänologische Veränderungen bei Wildpflanzenarten

Quelle: DWD (Phänologisches Beobachtungsnetz)

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Der Trauerschnäpper gehört zu den Klimawandelverlierern.

Quelle: OhWeh / Wikimedia Commons / CC BY-SA 2.5

Der Huflattich blühte im Mittel der letzten 30 Jahre eine Woche früher als im Zeitraum 1951–1980.

Quelle: © ELENA / stock.adobe.com

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Als Neobiota werden alle Arten bezeichnet, die gebietsfremd sind und nicht auf natürliche Weise, sondern durch den Menschen, nach Deutschland gelangen oder schon gelangt sind. Bei den meisten dieser Tier- und Pflanzenarten ist dies beabsichtigt geschehen, z.  B. Einführung von Zierpflanzen wie das Drüsige Springkraut (Impatiens glandulifera) oder Jagdwild wie der Waschbär (Procyon lotor). Bei anderen Arten erfolgte dies unbeabsichtigt, beispielsweise durch die Verschleppung von Pflanzensamen mit Handelsgütern oder von Larvenstadien im Ballastwasser von Schiffen, z. B. Körbchenmuschel (Corbicula fluminea). Gebietsfremde Tierarten werden als Neozoen und gebietsfremde Pflanzen als Neophyten bezeichnet. Eine Art wird als invasiv bezeichnet, wenn ein erhebliches Gefährdungspotenzial für die biologische Vielfalt vorliegt, indem sie heimische Arten direkt gefährdet oder deren Lebensräume so verändert, dass dadurch heimische Arten gefährdet werden. Auch außerhalb des Naturschutzes werden gebietsfremde Arten als invasiv bezeichnet, wenn sie ökonomische, z. B. Wildkräuter wie die Erdmandel (Cyperus esculentus) oder gesundheitliche Probleme verursachen, z.B. Verbrennungen durch den Saft des Riesen-Bärenklaus (Heracleum mantegazzianum).

Die Ausbreitung gebietsfremder Arten ist ein komplexer, von vielen Faktoren abhängiger Prozess. Klimatische Veränderungen sind dabei lediglich ein beeinflussender Faktor. Weitere Faktoren sind u.a. Landnutzung, Ressourcenverfügbarkeit, Artenzusammensetzung, Konkurrenzverhältnisse, hohe Reproduktionsrate, hohes Verbreitungspotenzial, starke Wuchskraft und Toleranz gegenüber Störungen. Generell wirken günstige klimatische Bedingungen unterstützend für viele gebietsfremde Arten. So besteht ein Zusammenhang zwischen der Klimaerwärmung und der Ausbreitung des Beifußblättrigen Traubenkrauts (Ambrosia artemisiifolia). Der Blauglockenbaum (Paulownia tomentosa) und das wärmebedürftige Großblütige Heusenkraut (Ludwigia grandiflora) profitieren als frostempfindliche Arten ebenfalls vom Klimawandel. Immergrüne Gehölze wie die Lorbeerkirsche (Prunus laurocerasus) breiten sich in wintermilden Lagen aus und die Chinesische Hanfpalme (Trachycarpus fortunei) überlebt aufgrund milderer Winter in Deutschland immer häufiger. Der in Städten wild vorkommende Halsbandsittich (Psittacula krameri) reproduziert sich aufgrund steigender Temperaturen erfolgreicher. Die im Süßwasser lebende Körbchenmuschel (Corbicula fluminea) kann durch erhöhte Wassertemperaturen schneller wachsen und sich erfolgreich fortpflanzen. Die Rückenstrichgarnele (Neocaridina davidi) konnte sich in erwärmten Gewässerabschnitten (u.a. Kraftwerksableitung) etablieren. Der wärmeliebende Bienenfresser (Merops apiaster), ursprünglich aus dem Mittelmeerraum kommend, hat sein Verbreitungsgebiet weiter nach Norden ausdehnt und brütet inzwischen am Kaiserstuhl und im Saaletal.

In Deutschland sind ca. 800 Neobiota-Arten etabliert. Dabei macht der Anteil der Neobiota ungefähr ein Prozent des Gesamtartenbestandes aus. Unter den Neophyten haben etwa 40 Arten aus naturschutzfachlicher Sicht einen invasiven Charakter. Bislang wurden rund 60 gebietsfremde Fischarten in deutschen Binnen- und Küstengewässern nachgewiesen, von denen 16 als etabliert gelten. Für die deutschen Nordseegewässer sind bisher 101 gebietsfremde Arten bekannt, wovon 51 Arten als etabliert gelten. Für die deutschen Ostseegewässer sind es bisher 58 Arten, von denen derzeit 38 Arten etabliert sind.

Der Prozess der Invasion einer Art verläuft in mehreren Phasen: Die Art wird absichtlich oder unabsichtlich in ein neues Gebiet befördert. Die Art überlebt und vermehrt sich in dem Gebiet. Die Art etabliert sich durch den Aufbau einer stabilen Population. Die Art vermehrt und breitet sich stark aus, mit Auswirkungen für das Gebiet und die dort vorhandenen Ökosysteme und ggfs. auch für den Menschen und die Wirtschaft

Die Auswirkungen invasiver Arten auf die biologische Vielfalt sind sehr vielfältig und können positive und negative Effekte haben. Generell beziehen sich die Wirkungen auf Lebensgemeinschaften, Artenzusammensetzungen und Nahrungsnetze sowie auf ökosystemare Prozesse wie Stoffkreisläufe, zwischenartliche Konkurrenzen und biologische Interaktionen. Invasive Arten haben außer auf die biologische Vielfalt auch Auswirkungen auf die Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Fischerei, menschliche Gesundheit und Verkehrsinfrastrukturen. Vor diesem Hintergrund können invasive Arten:

• durch die zwischenartliche Konkurrenz zumindest lokal einheimische Arten verdrängen, z. B. die Kartoffel-Rose (Rosa rugosa) die Bibernell-Rose (Rosa pimpinellifolia) in norddeutschen Dünenlandschaften oder ganze Artengemeinschaften verändern, z. B. Reinbestände des Japanischen Staudenknöterich (Fallopia japonica) an Bachufern,
• als direkte Konkurrenten auf heimische Arten wirken, z. B. die Varroamilbe (Varroa destructor), die sich von der Körperflüssigkeit der Honigbienen (-larven) ernährt,
• Fressfeinde für andere Arten sein, z. B. die Bisamratte (Ondatra zibethicus) für die Bachmuschel (Unio crassus),
• sich in ökologischen Nischen ansiedeln und dort Bestände anderer Arten bedrohen bzw. an einer weiteren Ausbreitung behindern, z. B. Marderhund (Nyctereutes procyonoides) in dem Gebiet des Waschbären (Procyon lotor) der selbst ein Neozoe ist,
• durch Einkreuzungen der Gene gebietsfremder Arten in einheimische Arten negativ wirken, z. B. die Schwarzkopfruderente (Oxyura jamaicensis) und die Weißkopfruderente (Oxyura leucocephala),
• Krankheiten auf einheimische Arten übertragen, z. B. der Rote Amerikanische Sumpfkrebs (Procambarus clarkii), die „Krebspest“ (Aphanomyces astaci) auf einheimische Krebsarten,
• Veränderungen von Vegetationsstrukturen herbeiführen, die einheimische Arten gefährden, z. B. begünstigt die in brachfallende Halbtrockenrasen eingewanderte Robinie (Robinia pseudoacacia) durch ihre Stickstoffanreicherung im Boden weitere Pflanzenarten, die heimische Halbtrockenrasenarten verdrängen,
• in der Landwirtschaft Ernten mindern und dadurch einen erhöhten Pestizideinsatzes bewirken,
• den Betrieb von Schleusen, Hafenanlagen oder Schiffen behindern, z. B. Amerikanische Bohrmuschel (Petricolaria pholadiformis), Pazifische Auster (Magallana gigas),
• Allergien beim Menschen auslösen, z. B. Riesen-Bärenklau (Heracleum mantegazzianum) und das Beifußblättrige Traubenkraut (Ambrosia artemisiifolia) und Überträger von Krankheitserregern sein, z. B. Asiatische Tigermücke (Aedes albopictus) und
• in der Land- und Forstwirtschaft hohen wirtschaftliche Schäden herbeiführen, z. B. durch das Wildkaninchen (Oryctolagus cuniculus) oder die Wanderratte (Rattus norvegicus).

Neobiota bringen oftmals auch Eigenschaften mit, die für bestehende Ökosysteme auch von Vorteil sind. Es entstehen neue Zusammenhänge zwischen den Lebewesen in einem Ökosystem, beispielsweise neue Nahrungsnetze zwischen heimischen und neu angesiedelten Arten. Der Schmetterlings- oder Sommerflieder (Buddleja davidii) aus China gilt im Sommer als Nahrungsquelle für viele Tagfalter und Raupenarten. Für die heimischen Vogelarten Blaumeise und Kohlmeise ist die Larve der eingewanderten Rosskastanienminiermotte (Cameraria ohridella) zu einer wichtigen Nahrungsquelle für die Aufzucht der Jungvögel geworden.

Verlust an genetischer Vielfalt: Der Klimawandel bedroht die genetische Vielfalt innerhalb von Arten. Genetische Variationen innerhalb von Arten (z. B. Unterarten, Varietäten und Ökotypen) sind das „Rohmaterial“ der Evolution. Die genetische Vielfalt spielt eine entscheidende Rolle für die Fitness von Individuen einer Art und die Fähigkeit von Arten sich an ändernde Klimabedingungen anzupassen. Möglicherweise können Individuen und Populationen aber nicht mit den aktuellen Klimaveränderungen Schritt halten. Um sich erfolgreich anzupassen sind genetische Veränderungen erforderlich. Diese sind bei Arten mit kurzer Generationszeit, wie Insekten, wahrscheinlicher als bei Bäumen, die sich über Jahrzehnte regenerieren.

Verschiebung von Arealen und Rückgang der Bestände: Als Areal wird das Verbreitungsgebiet aller Populationen einer Art bezeichnet. Als Folge des Klimawandels kann es zur Verlagerung von Arealgrenzen, d.h. Arealerweiterungen, Arealverlusten oder Ausbreitung in höhere bzw. polnähere Lagen kommen. Eine Verschiebung von Arealen kann zum Rückgang von Beständen, räumlichen Entkopplungsphänomenen sowie zu einer veränderten Artenzusammensetzung führen. In weiterer Folge kann es zu einem starken Rückgang lokaler Bestände oder zu einem völligen Aussterben einer Art kommen. Bei Brutvogelarten, Tagfaltern, Libellen und Fischarten finden sich erste Anhaltspunkte für eine Verschiebung relativer Häufigkeiten zugunsten wärmebedürftiger Arten und zuungunsten kältebedürftiger Arten. In der Nordsee führen steigende Temperaturen zu Änderungen der Artenzusammensetzung. Bestandsrückgänge oder Verluste von Arten sind oft schwerer zu erfassen als Arealverlagerungen, insbesondere, wenn die betroffenen Arten nicht im Fokus eines Monitoring stehen. Veränderungen werden hier somit erst mit Verzögerung wahrgenommen.

Schäden an wassergebundenen Habitaten und Feuchtgebieten: Feuchtgebiete sind bereits durch Trockenlegung und anschließende Nutzungsintensivierung stark in ihrem Bestand (Fläche und Qualität) zurückgegangen. Der Klimawandel ist eine weitere Gefährdungsursache und führt durch länger andauernde (Frühjahrs)Trockenperioden und hohe Temperaturen zu einer verstärkten Austrocknung von Feuchtgebieten und Bachläufen. Dadurch nimmt die Gefahr der weiteren Abnahme und Degradierung von Feuchtgebieten zu. In Fließgewässern gehen geeignete Lebensräume und Bestände von Fischarten, wie Äsche (Thymallus thymallus) und Forelle(Salmo trutta), durch steigende Gewässertemperaturen zurück und eine zunehmende Ausbreitung von Arten des unteren Flusslaufs in höhere Gewässerabschnitte erfolgt.

Schäden an Wäldern: In deutschen Wäldern werden gegenwärtig starke Schäden durch trockene und heiße Jahre in Kombination mit Sturmereignissen und Borkenkäfervermehrungen sowie eine Abnahme von Zuwachs und Vitalität von Waldbäumen beobachtet. In Folge von Temperaturerhöhungen, die zu früherem Blattaustrieb führen, kann die Anfälligkeit von Bäumen gegenüber Spätfrostschäden zunehmen.

Indikator aus dem Monitoring zur DAS: Temperaturindex der Tagfalterartengemeinschaften