In unserer Arbeitsgruppe „Ökosystemanalyse“ untersuchen wir, wie sich die Nahrungsnetze unserer Küstenökosysteme durch natürliche und durch Menschen verursachte Einflüsse verändern und entwickeln. Hierbei nutzen wir Daten aus den unterschiedlichsten Bereichen, um sie in Nahrungsnetzmodellen zusammenzuführen und herauszufinden, wie sich das Ökosystem als Ganzes entwickelt.
Unsere Küstengewässer sind hochproduktive Systeme, mit vielfältigen Nahrungsinteraktionen zwischen den unterschiedlichen Organismen. Während früher häufig der Begriff „Nahrungskette“ genutzt wurde, wissen wir heute, dass die trophischen Beziehungen sehr viel komplexer sind und die Pflanzen und Tiere in unseren Küstengewässern in einem vielfältigen Netzwerk voneinander abhängig sind – dem Nahrungsnetz.
Plankton und organisches Material bilden die Grundlage dieses Netzwerks. Von dort wird die zur Verfügung gestellte Energie über eine große Diversität an benthischen Organismen an die höheren trophischen Ebenen, wie Fischen, Vögeln und marinen Säugern, weitergegeben. Im Küstennahrungsnetz spielt somit jeder Organismus eine wichtige Rolle, damit das Ökosystem funktionieren kann. Natürliche, aber vor allem auch menschengemachte Einwirkungen nehmen Einfluss auf einzelne Arten, Gemeinschaften und Lebensräume. Die dadurch entstehenden Veränderungen werden direkt und indirekt über das Nahrungsnetz weitergegeben, wodurch ein zunächst kleiner Einfluss große Auswirkungen auf das gesamte Ökosystem nehmen kann. Nahrungsnetzmodelle helfen uns, diese Auswirkungen besser zu verstehen und die Struktur und Funktion eines Ökosystems besser nachzuvollziehen.
Anthropogene Nutzungen in der Nordsee: Auswirkungen auf marine Top‐Prädatoren
Menschliche Aktivitäten haben verschiedene, meist negative Auswirkungen auf marine Top‐Prädatoren. Stetig steigende Nutzungsintensitäten erhöhen den Druck auf marine Arten und Lebensräume beständig. Derzeit schreitet der Ausbau der Offshore‐Windenergienutzung in der deutschen AWZ rasch voran; die Pläne für die nächsten Jahrzehnte zeigen großräumige Dimensionen an. Zeitgleich sind Arten und Ökosysteme anderen Nutzungsformen ausgesetzt. So wurden zahlreiche Fischbestände durch intensive Befischung stark dezimiert. Auch der Lärmeintrag durch Bautätigkeiten, Schiffsverkehr und Sprengungen kann nachweislich negative Auswirkungen auf Arten haben.
Insgesamt befinden sich die deutschen Meeresgewässer bereits heute in einem schlechten Zustand (MSRL). Unklar ist, wann die ökosystemare Belastungsgrenze erreicht ist. Somit sind die kumulativen Effekte anthropogener Nutzungen und Abschätzungen der Folgen weiterer Ausweitungen von Nutzungen von zentraler Bedeutung. In AnthroTop nutzen wir Modelle um zu prognostizieren, wie sich verschiedene Nutzungsszenarien in der Nordsee auf die Verteilung der marinen Top‐Prädatoren auswirken und was dies für marine Ökosysteme, insbesondere Nahrungsketten, bedeuten könnte.
Wissenschaftliche Untersuchungen zur Biologie und Fischerei der Nordseegarnele CRANgon crangon als Basis für ein effizientes Selbst- MANagement System
Fang der Nordseegarnele Crangon crangon (Foto: Alfred-Wegener-Institut)
Im Projekt CRANMAN II widmen wir uns der Aufgabe, die wissenschaftliche Grundlage für ein Fischerei-Management der Nordseegarnele Crangon crangon weiterzuentwickeln. Der Bestand der Nordseegarnele unterliegt keinem internationalen Management auf der Ebene der EU und auch auf nationaler Ebene gibt es kein operationelles Management, weder durch Quoten noch durch Aufwandsbeschränkungen. Im Rahmen der Nachhaltigkeitszertifizierung durch den Marine Stewardship Council (MSC) hat sich die Fischerei zu einem Selbstmanagement verpflichtet, das auf wissenschaftlichen Erkenntnissen beruhen soll. Zu diesem Zweck untersuchen wir in CRANMAN II die Entwicklung von Bestandsindikatoren der Nordseegarnele in unterschiedlichen Regionen. Hierzu gehören Wachstums- und Sterblichkeitsraten, aber auch der Einfluss der schwankenden Rekrutierung auf den Gesamtbestand. Hierbei werden sowohl Umweltfaktoren, aber auch Drift und Wanderprozesse mit einbezogen. Auch die Rolle der Nordseegarnele im Nahrungsnetz wird näher beleuchtet.
Erste Schritte zu dynamischen, ökologischen Netzwerken
Umweltveränderungen beeinflussen direkt und indirekt die Struktur und Funktion von Meeresökosystemen auf komplexe Weise. Aufgrund des hohen Vernetzungsgrades von Meeresökosystemen in ökologischer, wirtschaftlicher und sozialer Hinsicht breiten sich Systemveränderungen auch außerhalb der eigentlichen ökologisch definierten Grenzen aus. Das Ergebnis ist eine Kombination aus internen und externen Wechselwirkungen und Interkorrelationen auf mehreren Skalen. Das Verständnis des Einflusses von Umweltveränderungen auf die strukturellen Eigenschaften dieser Kombination von Wechselwirkungen bildet die Grundlage für ein erfolgreiches ökosystembasiertes Management im Hinblick auf zukünftige Herausforderungen.
Modelle dienen als Vereinfachungen der in der Natur beobachtbaren Phänomene und können spezifische Einblicke in einzelne Komponenten eines Ökosystems oder, ganzheitlicher, in ganze Interaktionsnetzwerke geben. Ein bekannter Ansatz zur Untersuchung von Nahrungsnetzen ist die Netzwerkmodellierung, gefolgt von der Ökologischen Netzwerkanalyse (ENA). Dieser Ansatz liefert nicht nur ein strukturelles Verständnis der Netzeigenschaften, sondern auch spezifische funktionale Indizes, die eine quantitative Grundlage für Entscheidungen zum Ökosystemmanagement bilden. Allerdings ist diese Modellierungsmethode räumlich und zeitlich statisch, und die Ergebnisse können als Momentaufnahmen des Systems und nicht als kontinuierliche Entwicklung interpretiert werden. Folglich ist eine Untersuchung der kontinuierlichen Einflüsse von Umweltveränderungen auf Nahrungsnetze und deren Reaktionen auf das Ökosystem nicht möglich.
Das DEcolog-Projekt soll ein Vorläufer für ein ganzheitliches und dynamisches Ökosystemmodell sein. Durch die Kopplung eines dynamischen Ozeanmodells mit einem statischen Netzwerkmodell, das ENA enthält, werden die Fähigkeiten beider Ansätze kombiniert, um den Einfluss abiotischer Veränderungen aufzulösen und zu verfolgen. Dadurch wird eine sowohl zeitlich als auch räumlich aufgelöste ENA möglich, die dynamische Veränderungen in der abiotischen Umwelt quantitativ analysieren kann und eine Bewertung möglicher nachfolgender Managementinterventionen erlaubt.
Im Rahmen der ökologischen Langzeitreihen wurde im Jahr 2006 ein hochaufgelöstes Monitoring der Fischbestände des deutschen Teils der Sylt-Rømø Bucht begonnen. An 7 Stationen entlang der Lister Ley und des Pander Tiefs werden die Veränderungen der Fischfauna erfasst. Seit 2019 wird zudem eine Station in den dänischen Gewässern der Bucht angefahren.
Für das Monitoring wird vom Forschungsschiff Mya II aus ein Minigrundschleppnetz verwendet, das eine Länge von 17 m und einer Öffnungsweite von 7m und einer Öffnungshöhe von 3m aufweist. Die Maschenweite beträgt 32mm in den Flügeln, 16 mm im mittleren Bereich und 6mm im Steert. Dieses Netz kann direkt am Grund oder aber an kurzer Leine als sogenanntes flyde trawl in der Wassersäule eingesetzt werden. Wegen der hohen Dynamik der Fischgemeinschaft im Wattenmeer, müssen wir die Bestandskontrollen monatlich durchführen, zusätzlich wird vierteljährlich je eine Probestelle im Mündungsbereich des Lister Ley und eine im inneren der Bucht untersucht. Die gesammelten Fische werden an Bord bestimmt, gezählt und ihre Gesamtlänge bestimmt. Über die Jahre erhoffen wir uns, mit diesen sehr gründlichen Untersuchungen Aussagen über klimabedingte oder auch anthropogene Änderungen, wie dem direkten und indirekten Einfluss der Fischerei im Wattenmeer auf die Nutzung des Wattenmeeres durch Fische machen zu können und so ihre Rolle für die Biodiversität und für das Nahrungsnetz zu präzisieren.
Marine Biodiversität und Ökosystemfunktionen und deren Ökosystemleistungen
Das übergeordnete Ziel von MARBEFES besteht darin, die Zusammenhänge zwischen der biologischen Vielfalt, der Funktion unterschiedlicher Ökosysteme und den sich daraus ergebenden Ökosystemdienstleistungen zu ermitteln. Darauf basierend erfolgt eine ökologische und sozioökonomische Bewertung der Systeme mit Hilfe neuer Ansätze, um die Politik und die Verwaltung der Meeresumwelt zu verbessern und ihren Nutzen für heutige und künftige Generationen zu sichern. Wir werden deutlich über den derzeitigen Stand der Wissenschaft hinausgehen, was die Ursachen und Folgen des Rückgangs der biologischen Vielfalt, den Verlust und den Gewinn an ökologischem und wirtschaftlichem Wert sowie die Auswirkungen auf die Meeresbewirtschaftung und -verwaltung in den europäischen Meeren betrifft.
Ausschluss mobiler grundberührender Fischerei in Meeresschutzgebieten der deutschen AWZ der Nordsee
Baumkurre (Foto: Hermann Neumann, Thünen Institut)
Meeresnaturschutzmaßnahmen innerhalb der ausgewiesenen Schutzgebiete der deutschen ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) stellen einen zentralen Management-Ansatz dar, um dem stetigen Rückgang der Fischbestände, der Zerstörung mariner Habitate und dem Verlust der Biodiversität entgegenzuwirken. Seit 2023 ist der Einsatz von mobiler, grundberührender Fischerei (MGF) in großen Teilen der Deutschen Meeresschutzgebiete der Nordsee ausgeschlossen. In unserem Projekt MGF-Nordsee untersuchen wir, wie sich dieser Ausschluss auf die Ökosysteme der Schutzgebiete auswirkt. In Phase I haben wir bereits einen umfassenden Basiszustand der Gebiete erfasst. Nun verfolgen wir, welche ersten Effekte durch den Ausschluss zu beobachten sind.
