TU BRAUNSCHWEIG

Laufende Projekte

CAOS - Catchments as Organised Systems

The overall objective of the research unit is to provide a new framework for building hydrological models that allow a much more realistic representation of the surface and especially subsurface architecture of catchments at the lower mesoscale (10–200 km2). Key methodological objective is to unite a) the recent observation and exploration technology from soil physics, geophysics, remote sensing and hydrology with b) our understanding of landscape formation and soil structure development and c) reductionist process models as learning tools to assess novel information on surface and subsurface structures as well as on distributed process dynamics. Key theoretical objective is to develop a model and mathematical framework that allows better integration of this information into the model identification process and thus facilitates communication between experimentalists and modellers. Research will be conducted in the hydrological observatory “Attert basin” that has been operated by the Gabriel Lippmann Research Institute in Luxemburg since 2003 and is among the best investigated basins in the World.

Subproject J:Feedbacks between bioactivity and soil hydrology

CAOS

Soil structure determines a large part of the spatial heterogeneity in water storage and fluxes from the plot to the hillslope scale. In recent decades important progress in hydrological research has been achieved by including soil structure in hydrological models. One of the main problems herein remains the difficulty of measuring soil structure and quantifying its influence on hydrological processes. As soil structure is very often of biogenic origin (macropores), the main objective of this project is to use the influence of bioactivity and resulting soil structures to describe and support modeling of hydrological processes at different scales. Therefore, local scale bioactivity will be linked to local infiltration patterns under varying catchment conditions. At hillslope scale, the spatial distribution of bioactivity patterns will be linked to connectivity of subsurface structures to explain subsurface stormflow generation. Then we will apply species distribution modeling of key organisms in order to extrapolate the gained knowledge to the catchment scale.

As on one hand, bioactivity influences the hydrological processes, but on the other hand the species distribution also depends on soil moisture contents, including the feedbacks between bioactivity and soil hydrology is pivotal for getting reliable predictions of catchment scale hydrological behavior under land use change and climate change.

Projektleitung

Prof. Dr.-Ing. Erwin Zehe (KIT)

Dr. Laurent Pfister (LIST)

Theresa Blume (GFZ Potsdam)

Teilprojekt:

Prof. Dr. Boris Schröder-Esselbach

Dr. Loes von Schaik (TU Berlin)

Mitarbeiter*innen

Anne-Kathrin Schneider

Dr. Tobias Hohenbrink

Externe Kooperationspartner

GFZ German Research Centre for Geosciences

Universität Potsdam

TU Berlin

University of Natural Resources and Life Sciences Vienna

LMU

KIT

MPI Jena

Universität Freiburg

Universität Hohenheim

UFZ Helmholtz Zentrum für Umweltforschung

LIST

ETH Zürich

Fördergeber

DFG

Laufzeit

2015-2018

Metapolis - eine inter- und transdisziplinäre Plattform für eine nachhaltige Entwicklung der Stadt-Land-Beziehungen in Niedersachsen

In den kommenden vier Jahren untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Braunschweig und der Leibniz Universität Hannover bestehende und künftige Strategien für nachhaltige Beziehungen zwischen Stadt und Land in Niedersachsen. Außerdem entwickeln sie eine interaktive Plattform, von der interessierten Bürgerinnen und Bürgern die gewonnenen Erkenntnisse abrufen können.

Positionspapier

Projektleitung

Prof. Dr. Vanessa Carlow (TUBS ISU)

Prof. Dr. Boris Schröder-Esselbach

Mitarbeiter*innen

Dr. Michael Strohbach

Andreas Dahlkamp

Anne-Kathrin Schneider

Externe Kooperationspartner

TUBS ISU

TUBS Institut für Wirtschaftsinformatik

TUBS IVE

TUBS ISW

TUBS IGS

LUH Institut für Strömungsmechanik und Umweltphysik im Bauwesen

Fördergeber

MWK

Volkswagenstiftung

Laufzeit

2016-2020

MWK LogoLogo Vokswagenstiftung

SeaArt - Langfristige Ansiedlung von Seegras-Ökosystemen durch bioabbaubare künstliche Wiesen

Seegraswiesen sind wichtige Ökosysteme, die zahlreiche Funktionen für den Menschen übernehmen, aber auch durch ihn gefährdet sind. Seegraswuchs geschieht in einer Rückkopplung, in der vorhandenes Seegras Wellen und Strömung dämpft und Wassertrübung reduziert. Dadurch werden die Anwuchsbedingungen für weiteres Seegras verbessert. Doch ohne bestehendes Seegras ist eine Wiederansiedlung fast nicht möglich.
In den kommenden vier Jahren werden Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Technischen Universität Braunschweig, der Hochschule Hannover, der Leibniz Universität Hannover, dem niederländischen Institut für Meeresforschung sowie der Firma Soiltec GmbH daher ein künstliches Seegras entwickeln, das gute Anwuchsbedingungen für Seegras herstellt womit der Teufelskreis der Wiederansiedlung durchbrochen werden soll. Das künstliche Seegras wird ausschließlich aus bioabbaubaren Materialien bestehen, so dass langfristig eine rein natürliche Seegraswiese entsteht. Zusätzlich wird das Projektteam untersuchen, welche Flächen in der deutschen Nordsee sich besonders für eine Wiederansiedlung von Seegras eignen, um in einem Folgeprojekt einen ersten Versuch der Wiederansiedlung mit Hilfe von bioabbaubaren künstlichen Wiesen starten zu können.

Projektwebseite.


Seegras unter Wasser

Projektleitung

Maike Paul, PhD

Prof. Dr. Boris Schröder-Esselbach

Mitarbeiter*innen

Jana Carus

Externe Kooperationspartner

Moritz Thom (FZK)

Prof. Dr. Hans-Josef Endres, Dr. Carmen Arndt, Hannah Behnsen (Hochschule Hannover Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe)

Prof. Dr.-Ing. Torsten Schlurmann, Dr.-Ing. Jan Visscher, Raúl Villanueva (LUH Ludwig-Franzius-Institut für Wasserbau, Ästuar- und Küsteningenieurwesen)

Sven Adamietz (Soiltec GmbH)

Fördergeber

MWK

Volkswagenstiftung

Laufzeit

2016-2020

MWK LogoLogo Vokswagenstiftung

GreenFutureForest - Zukunftsfähige Waldentwicklungsszenarien unter Berücksichtigung künftiger Holznutzungsbedarfe zur Stärkung der Grünen Infrastruktur

Logo Biodiversa

Teilprojekt: Populationsdynamik von Vogelarten

Projektziel: Das Ziel des Teilvorhabens ist die Analyse von Effekten von Eigenschaften der Grünen Infrastruktur (GI) wie Waldzustand und räumliche Konnektivität sowie Klimavariablen auf die (Meta-)Populationsdynamik und das Vorkommen von Waldvogelarten, die unterschiedliche ökologische Nischen besetzen. Die statistische Modellierung, mit der diese Effekte analysiert werden, ist auch die Basis für einen (semi-)mechanistischen Hybrid-Ansatz zur räumlichen Modellierung der (Meta-)Populationsdynamik von Fokusarten auf Landschaftsebene. Diese (Meta-)Populationsmodelle werden genutzt, um zu testen, wie sich die vorhergesagte (Meta-)Populationsgröße dieser Arten in der GI über die nächsten 100 Jahre zwischen den einzelnen, in anderen Teilvorhaben entwickelten Szenarien für mitteleuropäische Mischwälder unterscheiden.

Projektstruktur: Der Arbeitsplan beinhaltet 5 abgrenzbare Aufgaben als Teile der Work Packages 4 (Modelle für die räumliche (Meta-)Populationsdynamik der Schwerpunktarten auf Landschaftsebene) und 6 (Vorhersage von (Meta-)Populationen unter der Annahme globaler & regionaler Szenarien) des Hauptantrags:

1) Erstellung statistischer Modelle - basierend auf Daten aus Brutvogelkartierungen - für Vogelarten, die verschiedene ökologische Nischen besetzen und somit unterschiedlich von Habitatänderungen beeinflusst werden. Prädikatoren sind Klimavariablen und Waldeigenschaften.

2) Validierung der Modelle mit bestehenden GIS- und Lidardaten bzw. Luftbildaufnahmen ausgewählter Standorte der Specht- und Waldlaubsängerprojekte in der Schweiz.

3) Basierend auf den statistischen Modellen, Parametrisierung eines (semi-)mechanistischen Hybrid-Modells zur räumlichen Modellierung der (Meta-)Populationsdynamik von Schwerpunktarten auf Landschaftsbene.

4) Vorhersage der Artverbreitung über die nächsten 100 Jahre, basierend auf Klimaprojektionen und vorhergesagten Waldeigenschaften aus anderen Teilprojekten.

5) Vergleich der Artvorkommen zwischen den im Projekt entwickelten forstwirtschaftlichen Szenarien.

Zu liefernde Ergebnisse:

1) Validierte statistische Modelle für Vogelarten, die verschiedene ökologische Nischen besetzen und somit unterschiedlich von Habitatänderungen beeinflusst werden. Prädiktoren sind Klimavariablen und Waldeigenschaften.

3) (Semi-)mechanistisches Hybrid-Modell zur räumlichen Modellierung der (Meta-)Populationsdynamik von Schwerpunktarten auf Landschaftsebene basierend auf den statistischen Modellen.

4) Projektionen der Artverbreitung über die nächsten 100 Jahre, basierend auf Klimaprojektionen und vorhergesagten Waldeigenschaften aus anderen Teilprojekten.

5) Vergleich forstwirtschaftlicher Szenarien.

Aktuelle Informationen und Ergebnisse:

Zwischenbericht Mai 2018

Projektleitung

Prof. Tord Snäll (SLU)

Teilprojekt:

Prof. Dr. Boris Schröder-Esselbach

Mitarbeiter*innen

Dr. Pedro J. Leitão

Externe Kooperationspartner

Prof. Dr. Tord Snäll, ArtDatabanken Swedish Species Information Centre, Box 7007, SE-750 07 Uppsala, Sweden

Prof. Dr. Thomas Hahn, Stockholm Resilience Centre at Stockholm University, SE-106 91 Stockholm, Sweden

Dr. Eva-Maria Nordström, Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Forest Resource Management, Division of Forest Planning, SE-901 83 Umeå, Sweden

Dr. Jenni Nordén, Norwegian Institute for Nature Research (NINA), Postboks 1066, Blindern, N-0316 Oslo, Norway

Prof. Dr. Arpat Ozgul, Dr. Michael Griesser, Dr. Paul Haverkamp, University of Zurich, Dept. of Evolutionary Biology and Environmental Studies, Winterthurstrasse 190, CH-8057 Zürich, Switzerland

Prof. Dr. Hans Pretzsch, Dr. Enno Uhl. Dr. Astor Toraño Caicoya, Laura Zeller, Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Lehrstuhl für Waldwachstumskunde, Freising, Germany

Fördergeber

BMBF, Projketträger DLR

Laufzeit

2016 - 2019

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RUINS - Risiko, Unsicherheit und Versicherung unter Klimawandel. Küsten-Landmanagement an der deutschen Nordsee

Die Auswirkungen des Klimawandels sowie die Folgen von Anpassungsmaßnahmen sind ungewiss. Diese Unsicherheiten können tiefgreifender sein als das "Risiko", bei dem man zumindest die Wahrscheinlichkeiten möglicher zukünftiger Ergebnisse kennt. Insbesondere kann es eine "Knightsche Unsicherheit" geben, bei der man die möglichen Ergebnisse kennt, aber nicht deren Wahrscheinlichkeiten. In diesem inter- und transdisziplinären Projekt untersuchen wir sowohl das Risiko als auch die Unsicherheit von Klimawandelfolgen und Anpassungsmaßnahmen am Beispiel der deutschen Nordseeküste, wo die Menschen von einer Reihe von Ökosystemdienstleistungen profitieren, die dem Klimawandel und alternativen Landnutzungsoptionen unterliegen. In diesem Fall sind sowohl Risiko als auch Unsicherheit für die Entscheidung über lokale Anpassungen an den Klimawandel relevant. Wir verbinden Ökonomie mit Landschaftsökologie durch Modellierung und beziehen lokale Akteure in den Analyse- und Abschlussprozess ein.

Projektleitung

Prof. Dr. Stefan Baumgärtner (Universität Freiburg)

Teilprojekte 2 und 4

Prof. Dr. Boris Schröder-Esselbach

Mitarbeiter*innen

Dr. Anett Schibalski

N.N. - Postdoc-Stelle zu besetzen Link zur Stellenausschreibung

Externe Kooperationspartner

Universität Freiburg

Fördergeber

BMBF, DLR

Laufzeit

2018-2021

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HaMac – Interaktionen zwischen Habitat und Makrophyten (Phragmites und Phalaris) an Bundeswasserstraßen

Phragmites australis und Phalaris arundinacea gehören zu den natürlich vorkommenden Arten, die entlang der Elbe als Bundeswasserstraße verbreitet sind. Unabhängig von der Lage, bietet das Vorkommen beider Arten diverse Ökosystemleistungen. Hierzu gehört der natürliche Uferschutz, aber auch die Bereitstellung von Lebensraum für Fauna.
Obwohl beide Arten entlang der Elbe vorkommen, ergeben sich starke Unterschiede in ihrer Zonierung und Verbreitung. Die Ursachen für regionale und lokale Muster sollen in diesem Projekt geklärt werden. Die Analyse von Standortbedingungen wird Aufschluss über die Artverbreitung geben. Darüber hinaus soll die Untersuchung von Interaktionen an den Schnittstellen „Pflanzenphysiologie- Morphologie-Hydrodynamik“ Einblicke in die Resilienz der Arten gegenüber veränderlichen Umweltbedingungen - wie Pegeländerungen, Häufung von Extremwetterereignissen und variierenden Sedimentkonzentrationen - geben. Hierzu werden Methoden der statistischen- und prozessorientierten Modellierung mit Messungen in Feld- und Laboruntersuchungen gekoppelt.
Der Fokus der Forschungsarbeit liegt auf der Analyse und Modellierung von
1) vegetationsbeeinflussten Sedimentationsprozessen und
2) der Reaktion der Biomasse von Phragmites australis und Phalaris arundinacea auf variierende hydrologische und standortabhängige Bedingungen
sowie auf
3) Versuchen zur Wiederbesiedlung erosionsgeschädigter Standorte.


Projektleitung

Prof. Dr. Boris Schröder-Esselbach

Mitarbeiter*innen

Andreas Dahlkamp

Fördergeber

Bundesanstalt für Gewässerkunde

Laufzeit

2018-2021

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Offene Stadt – Theorien, Perspektiven, Instrumente

Offenheit ist ein zentrales Thema aktueller gesellschaftlicher Debatten wenn Fragen von Zugehörigkeit, Sicherheit oder Ressourcenverteilung verhandelt werden. Diese Debatten werden gerade im städtischen Raum greifbar. Gespeist aus Erkenntnissen vielfältiger Disziplinen weiß der Diskurs der Stadtforschung um die Bedeutung von Offenheit für das Entstehen, die Entwicklung und die Zukunftsfähigkeit von Städten. Offenheit, anders als ihr Antagonismus Geschlossenheit, kommt darin in drei miteinander verknüpften Dimensionen zum Ausdruck: in der Offenheit von physischen Räumen, als Offenheit sozialer, ökonomischer und ökologischer Systeme und als Zukunftsoffenheit im Sinne einer zeitlichen Dimension. Das Vorhaben OFFENE STADT nimmt sich dieser drei Facetten an und untersucht am Beispiel Berlins, welche neuen Zugänge, Strategien und Werkzeuge der Stadtentwicklung sich durch die Zusammenführung von Konzepten und Ansätzen der Offenheit von Stadt und Gesellschaft ergeben. Die grundlegende Frage ist, wie Offenheit in ihren genannten Dimensionen neue Zugänge zu den Fragen urbaner Transformation bieten kann, indem sie systematisch in Stadtentwicklungsprozesse integriert wird. Es geht dabei um das Ausloten von Konzepten und Ansätzen, den multiplen Ungewissheiten in Prozessen der Stadtentwicklung vor dem Hintergrund aktueller Herausforderungen begegnen zu können, ohne dabei heute Zukunftschancen von morgen unverrückbar zu verbauen.

Projektleitung

Prof. Dr. Vanessa Carlow (TUBS ISU)

Mitarbeiter*innen

Dr. Michael Strohbach

Externe Kooperationspartner

TUBS ISU

Deutsches Institut für Urbanistik

TU Dortmund: Stadt und Regionalsoziologie

Fördergeber

Robert Bosch Stiftung

Laufzeit

2017-2020

Logo Robert Bosch Stiftung

Management von Gewässern zur Förderung der biologischen Vielfalt – ein Beitrag zur Umsetzung der Biodiversitätsstrategie in Städten

DBU Projekt 33654/01

Biologische Vielfalt in der Stadt ist eines der prioritären Handlungsfelder der Naturschutz-Offensive 2020 des BMUB als Teil der nationalen Biodiversitäts­strategie. Urbane Gewässer haben ein großes Potenzial zur Förderung der besonders gefährdeten aquatischen Biodiversität (Goertzen & Suhling 2015: Ins. Cons. Diver. 8). Da diese Gewässer vielfältigen Einflüssen und oft intensiven Nutzungen unterliegen, die den öko­logischen Zustand beeinträchtigen, gibt es Bestrebungen diesen durch schonen­dere wasser­bauliche Maßnahmen und Revitalisierung zu verbessern. Recht wenig ist jedoch über die Wirkungen unterschiedlicher Unterhaltungs­­maßnahmen auf die aqua­tischen Lebens­gemeinschaften bekannt. Auch die Zusammen­hänge zwischen anderen urbanen Einfluss­faktoren und der Bio­diversität sind unzureichend erforscht und verstanden.

Aus der Zusammenarbeit mit Praxispartnern in Braunschweig wurde der Bedarf für ein ökologisch effektives Unterhaltungskonzept für städtische Gewässer deutlich. Unser Ziel ist es ein Managementkonzept zu entwickeln, das nachhaltig den Erhalt der lokalen Bio­diversität sowie die Ökosystemleistungen urbaner Gewässer fördert. Wir werden das gängige Maß­nahmen­repertoire hinsichtlich der Auswirkungen auf die Biodiversität evaluieren und das Verständnis der Zusammenhänge zwischen urbanen Einflüssen und der aquatischen Biodiversität sowie dem Vorkommen geschützter Arten vertiefen. Insbesondere werden wir dabei wissen­­schaftliche Forschung mit praktischen Anforderungen verknüpfen, um Hand­lungs­empfehlungen für Unter­haltungs­maßnahmen abzuleiten.                                                       

Wir erwarten, dass durch eine angepasste Unterhaltung und Pflege von Gewässern die Biodiversität von Makrozoobenthos gezielt gefördert werden kann. Wir erfassen die Arten­­vielfalt des Makro­zoo­benthos an 70 Probestellen in Fließgewässer und der Libellen und Gastropoden sowie Wasser­pflanzen an 30 Stillgewässern. Durch achtjährige Vorarbeiten steht uns für Fließgewässer eine Daten­grundlage zur Verfügung. Um die Auswirkungen von Unterhaltungs­maßnahmen zu analysieren, werden wir mit Daten Art der Unterhaltung (z.B. Mahd, Räumung, Beweidung) und deren Intensität (Häufigkeit, Flächigkeit) ver­schneiden. Zudem werden wir weitere Detail­untersuchungen zu urbanen Einfluss­­faktoren an Gewässern sowie Pilotunter­suchungen zur Evaluation von Unterhal­tungs­­maß­nahmen durchführen. Auf Basis dieser Ergebnisse wird ein Maßnahmen­konzept entwickelt und in Form eines Leitfadens potentiellen Nutzern wie Unterhaltungsverbänden und Stadtverwaltungen zur Verfügung gestellt.

Projektleitung

Prof. (apl.) Dr. Frank Suhling

Mitarbeiter*innen

Diana Goertzen

Externe Kooperationspartner

Stadtentwässerung Braunschweig GmbH

Untere Naturschutzbehörde der Stadt Braunschweig

Förderkreis Umwelt- und Naturschutz Hondelage (fun) e.V.

Fördergeber

DBU

Laufzeit

2017-2020

Entwerfen mit der Natur - Werkzeuge für interdisziplinäres Arbeiten mit Permakultur

Mit „Permakultur – Systemisch Denken und komplex Planen“ hat das Institut für Geoökologie (IGÖ) mit Unterstützung durch teach4TU im Sommersemester 2017 ein Lehrformat ins Leben gerufen, das Studierenden der Umweltnaturwissenschaften eine ökologisch, sozial und ökonomisch robuste Planungsstrategie vermittelt. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Nachhaltigen Städtebau (ISU) wird diese Planungsmethode ab dem Wintersemester 2017/2018 in einem folgenden Innovationsprojekt weiter entwickelt. Die Idee des geplanten Lehrprojekts ist es, das gemeinsame interdisziplinäre Lehr-Lern-Konzept „Entwerfen mit der Natur - Werkzeuge für interdisziplinäres Arbeiten mit Permakultur“ auszuarbeiten. Hierbei wird der holistische Planungsansatz der Permakultur des IGÖ mit erprobten Entwurfsmethoden des ISU (z.B. Urban Toolbox) ergänzt und ein gemeinsamer methodischer Werkzeugkoffer für interdisziplinäre Entwurfsvermittlung entwickelt. Das Lehr-Lern-Konzept entspricht dabei dem Ziel beider Institute, den Studierenden Methoden eines fachübergreifenden und erweiterten Entwurfsverständnisses zu vermitteln und in Gruppenarbeit jeweils fachfremde Inhalte und Kompetenzen auszutauschen und zu erlernen. Projektorientiertes Lernen ist dabei die vorherrschende didaktische Methode. Zudem werden neueste Erkenntnisse aus der bisherigen gemeinsamen Arbeit der Institute, wie zum Beispiel dem Forschungsprojekt metapolis, in die Lehre eingebracht. Die Studierenden können so an den aktuellen und hoch relevanten Methoden aus der Forschung teilhaben.

Projektleitung

Prof. Dr. Boris Schröder-Esselbach

Mitarbeiter*innen

Sonja Lepper

Externe Kooperationspartner

Prof. Dr. Vanessa Carlow (TUBS ISU)

Fördergeber

BMBF, über teach4TU

Laufzeit

2017-2018

Dieses Lehrprojekt wird im Rahmen des Innovationsprogramms Gute Lehre der TU Braunschweig aus dem BMBF-Projekt teach4TU unter dem Förderkennzeichen 01PL17043 gefördert.

GRADVEG - Quantifizierung und Modellierung von interaktiven GRADienten in VEGetation-Hydrodynamik Systemen

Die Wechselwirkung von Vegetation mit Wellen und Strömung ist von wachsendem Interesse, insbesondere mit Hinblick auf den potentiellen Nutzen von Vegetation für Küsten- und Flussuferschutzmaßnahmen. Der Einfluss von einzelnen Pflanzenparametern auf Wellen- und Strömungsdämpfung ist jedoch noch nicht umfassend verstanden. Das Projekt GRADVEG (Quantifizierung und Modellierung von interaktiven GRADienten in VEGetation-Hydrodynamik Systemen) untersucht wie sich eine ungleichmäßige vertikale Verteilung der Schlüsselparameter Biomasse, Steifigkeit und Auftrieb auf den hydraulischen Pflanzenwiderstand auswirkt. Zudem wird der Einfluss von variierenden physikalischen Parametern (z. B. Salzgehalt des Wassers) auf die mechanischen Eigenschaften der Pflanzen evaluiert. Die natürliche Bandbreite dieser Pflanzenparameter wird im Feld erfasst und mit den hydrodynamischen Verhältnissen in Beziehung gesetzt, in denen die jeweilige Population wächst. Basierend auf den erfassten Werten und deren natürlicher Variabilität werden künstliche Pflanzen mit verschiedenen Gradienten der drei Schlüsselparameter entwickelt und für eine detaillierte Laborstudie verwendet. Die physikalischen Versuche werden von einer numerischen Studie unterstützt, um die relevanten Parameterbereiche zu identifizieren.

Projektleitung

Maike Paul. PhD

Mitarbeiter*innen

Wolfgang Max

Elina Ott

Externe Kooperationspartner

Dr. Eduardo Infantes, Institutionen för marina vetenskaper, Göteborgs Universität, Schweden

Dr. Tim Marjoribanks, School of Civil and Building Engineering, Loughborough University, UK

Fördergeber

DFG

Laufzeit

2015-2018

Abgeschlossene Projekte

RELease from coastal squEEZE (RELEEZE) - Managementoptionen zur Vermeidung von Kipppunkten in Küstenökosystemen der Nordsee

RELease from coastal squEEZE (RELEEZE) zielt darauf ab, Managementoptionen für die Barriereinseln und die benachbarte Festlandküste zu identifizieren, die einen Wechsel von der ‚Linie halten‘-Strategie hin zu einer naturbasierten Strategie mit erhöhter Flexibilität und verbesserter Anpassungsfähigkeit ermöglichen. Ohne diesen Strategiewechsel kann der vorhergesagte schnellere Meeresspiegelanstieg zu tiefgreifenden negativen Folgen für Tier- und Pflanzenwelt (Biodiversität), menschliche Besiedlung und ökonomische Nutzung führen. Dies könnte seinerseits große wirtschaftliche Verluste und hohe Kosten für die Sicherung des zukünftigen Küstenschutzes nach sich ziehen.

Erste Ergebnisse

Im niedersächsischen Wattenmeer verhindert heutzutage eine menschengemachte, feste Deichlinie die natürlichen räumlichen Verschiebungen in Küstenökosystemen, einschließlich der Festlandküstenlinie. Ein zu erwartender zukünftiger Meeresspiegelanstieg kann zu einem Verlust von Schlickwatten und Salzwiesen im Deichvorland führen. Dieser Prozess, bekannt als „coastal squeeze“ kann zu einem kritischen Kipppunkt des natürlichen Küstensystems, insbesondere des Wattenmeers, führen. Zusätzlich zu dem Verlust der einzigartigen Wattenmeerflora und -fauna wird der Wegfall der Küstenökosystemleistungen, unter anderem im Küstenschutz, einen starken Einfluss auf die Gesellschaft haben. Dieser Wegfall würde zu enormen wirtschaftlichen Verlusten und Kosten für die Sicherung des zukünftigen Küstenschutzes führen.

Um den Verlust von Küstenökosystemen zu verhindern, ihre Küstenschutzfunktionen sowie ihren Wert als UNESCO-Weltnaturerbe zu erhalten, untersucht RELEEZE, mit welchen Managementoptionen neuer Platz für Sedimentakkumulation, Salzwiesen und Dünenökosysteme bereitgestellt und ihre Ökosystemleistungen als Teil von naturbasierten Küstenschutzlösungen erhalten werden. Ziel ist es, die Resilienz der Küstensysteme zu erhöhen und sie davor zu schützen, den kritischen Kipppunkt zu überschreiten.

Um die Effekte und Wechselwirkungen des Kipppunktes auf die menschliche Nutzung des Wattenmeers und die angrenzenden Gebiete zu verstehen, wurden Interviews und Workshops mit verschiedenen Nutzergruppen organisiert. Die Interviews und Workshops waren hilfreich, um das Wissen und die Sichtweisen der individuellen Nutzer bezüglich der für sie ersichtlichen Teile des Gesamtsystems zu erfassen und zu beschreiben. Das Wissen aller Nutzergruppen konnte so in den wissenschaftlichen Literaturstand zum ökologischen Wattenmeersystem integriert und Wissenslücken aufgedeckt werden. Durch Integration des wissenschaftlichen Sachstands und des Praxiswissens konnte eine übergreifende Systemkarte erstellt werden. Diese Systemkarte lässt sich wiederum in drei verschiedene geographische Gebiete einteilen, die verschiedene Nutzergruppen bündelt. Diese sind das Land hinter der ersten Deichlinie, das Wattenmeer und die Inseln.


Entlang der niedersächsischen Festlandküste gibt es teilweise eine doppelte Deichlinie. Für den Bereich zwischen der ersten und zweiten Deichlinie wurde zum Beispiel zu Themen wie der Besiedlung, der agrarischen Landnutzung, des Küsten- und Natur­schutzes als auch der Entwässerung und des Tourismus diskutiert. Ein Schwerpunkt war es, darüber nachzudenken ob und wie lange die heutige Nutzung dieses Bereiches un­verändert bestehen bleiben kann und ab welchen Grenzwerten neue, adaptive Nutzungskonzepte eingeführt werden müssen.

Das ostfriesische Wattenmeer erstreckt sich von den Barriereinseln bis zu den Watt­flächen und Salzwiesen als Übergang von der marinen zur terrestrischen Umgebung. Massive Landgewinnung und Eindeichungen über die letzten tausend Jahre schnitten die sanft ansteigenden Übergänge zwischen Land und Meer ab, in denen sich sonst das feine Sediment ablagern würde. Ohne diese Ablagerungen kann der vorhergesagte schnellere Meeresspiegelanstieg dazu führen, dass sich Salzwiesen in den nächsten mehreren hundert Jahren zu Wattflächen und dauerhaft überfluteten Flächen wandeln.

Im Wattenmeer bezogen sich diskutierte Schwerpunkte auf die Entwicklung des Sedi­menthaushalts, den Natur- und Küstenschutz, die Schifffahrt, die Fischerei und den Tourismus. Da das Wattenmeer ein wichtiger Teil des East Atlantic Flyway ist, war auch der Vogelschutz im Themengebiet des Naturschutzes im Gespräch.

Die ostfriesischen Barriereinseln bilden die Grenze zwischen Wattenmeer und offener Nordsee. Hier waren die Besiedlung, der Tourismus, der Natur- und Küstenschutz und die Trinkwasserversorgung wichtige Diskussionspunkte.

Auf den Barriereinseln bilden Dünengürtel einen natürlichen Schutz vor Hochwasser und Sturmfluten, die wiederum zum Abtrag eines Teils der Dünenvorderkante führen können. Der Dünenbewuchs fängt Sand, der vom Wind transportiert wird und hält ihn mit den Wurzeln fest, so dass die Dünen wieder wachsen. Unter natürlichen Bedingungen ändern Dünen daher ständig ihre Form und Position. Dies kann auch eine zusätzliche Sedimentquelle für das Aufwachsen der Salzwiesen darstellen, indem Dünen­überspülungen Sand in die dahinter gelegene Salzwiese transportieren. Ein Sandeintrag in das Wattenmeer während Sturmfluten kann zudem das Aufwachsen von bestehenden und neuen Salzwiesen fördern, da Salzwiesenbildung unter Bedingungen einsetzen kann, die energetisch genug sind um Sand zu transportieren.

Salzwiesen sind artenreiche Pflanzengemeinschaften im Gezeitenbereich der Küste. Sie sind Schlüsselhabitat und Futterplatz für zahlreiche Vögel und wirbellose Tiere, wodurch sie maßgeblich zur Biodiversität beitragen. Die komplexe Struktur des Pflanzenbestands dämpft Wellenenergie und Gezeitenströmung, wodurch sich bei jeder Überflutung Sediment ablagern kann und sie langsam in die Höhe wachsen. Bei steigendem Meeres­spiegel werden Salzwiesen häufiger überflutet, wodurch mehr Sediment abgelagert wird und sie schneller aufwachsen können. Dieser Effekt könnte dazu führen, dass Salzwiesen mit einem steigenden Meeresspiegel mitwachsen können. Salzwiesen haben allerdings nur eine begrenzte Überflutungstoleranz, so dass sie regelrecht ertrinken, wenn die Sedimentationsrate nicht ausreicht, um sie mit dem schneller ansteigenden Meeres­spiegel aufwachsen zu lassen. Ein weiterer Mechanismus für die Anpassung an steigende Meerespiegel ist die Migration auf höher gelegene Gebiete, die entlang der Watten­meerküste jedoch duch die Deichlinie begrenzt wird.

 

Projektleitung

Prof. Dr. Boris Schröder-Esselbach

Prof. Dr. Bernd Siebenhüner (Universität Oldenburg)

Mitarbeiter*innen

Maike Paul, PhD

Jana Carus

Externe Kooperationspartner

Prof. Dr. Michael Kleyer (Universität Oldenburg)

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jensen (Universität Siegen)

Pof. Dr. Britta Tietjen (FU Berlin)

Prof. Dr. Vanessa Carlow (TUBS ISU)

Dr. Achim Wehrmann (Senckenberg am Meer)

Dr. Alexander Bartholomä (Senckenberg am Meer)

Diana Giebels

Thorsten Grothmann

Födergeber

BMBF, Projketträger DLR

Laufzeit

2017-2018

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AgroEcoSOS - agroökologische Lösungen für Safe & fair Operating Spaces von Agrarsystemen

Intensive Landwirtschaft trägt heute substantiell dazu bei, dass die Grenzen der ökologischen Tragfähigkeit unseres Planeten überschritten werden. Auch auf lokaler und regionaler Ebene ist Landwirtschaft oft alles andere als nachhaltig. AGROECOSOS wird sog. Safe and fair Operating Spaces (SOS) definieren, Handlungsspielräume für die Landwirtschaft, innerhalb derer die Grenzen der Nachhaltigkeit nicht überschritten werden.
Agrarökologische Forschung hat in den letzten Jahren eine Vielzahl von Lösungswegen vorgeschlagen, mit denen sowohl Erträge als auch Resilienz und Nachhaltigkeit der Landwirtschaft verbessert werden können. Ein vielversprechendes Konzept ist die Permakultur, welche die Eigenschaften natürlicher Systeme in einem Designprozess nachbildet und dabei sozialökologische Ansätze einbezieht. Permakultur basiert auf Designprinzipien, die Multifunktionalität, Artenvielfalt, Ertragssicherheit bei geringem Einsatz von Agrochemikalien, aber auch sozial-philosophische Dimensionen umfassen.

Projektleitung

Prof. Dr. Boris Schröder-Esselbach

Mitarbeiter*innen

Sonja Lepper

Dr. Colette Vogeler

Externe Kooperationspartner

Prof. Dr. Nils Bandelow (TUBS ISW)

Prof. Dr. Stefan Schrader, Dr. Anett Steinführer, Dr. Jens Dauber (Thünen Institut)

Prof. Dr. Jörg Michael Greef (Julius-Kühn-Institut)

Prof. Dr. Vanessa Carlow (TUBS ISU)

Prof. Dr. Almut Grüntuch-Ernst (TUBS IDAS)

Prof. Dr. Lars Wolf (TUBS IBR)

Prof. Dr. Frank Wätzold (btu)

Prof. Dr. Ralf Seppelt (UFZ)

Fördergeber

BMBF, Projektträger ptj

Laufzeit

2017-2018

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COMTESS - Sustainable Coastal Land Management: Trade-Offs in Ecosystem Services

Coastal regions will be especially affected by climate change, i.e. rising sea-levels, increase of storms and winter precipitation. Ecosystems might change in ways that affect the stability of ecosystem functions and, thus, the provision of ecosystem services that coastal communities rely on today.

This project will investigate different land use scenarios for sites at the German North and Baltic Sea coast under climate change. The main focus is to evaluate ecosystem functions and services provided by these coastal regions and how they are affected by environmental change and different land management options. Work package 5 (“Modelling of biodiversity and plant-mediated ecosystem services (ESS) in response to land use management and environmental change”) is undertaken by the University of Potsdam. Part 1 of this sub-project lies with the Institute of Earth and Environmental Science, part 2 with the Institute of Biochemistry and Biology.

In detail, WP 5 will yield the ecological evaluation of the COMTESS scenarios by statistically modelling the functional and response diversity (WP 5.1) and developing a process- based model for the spatio- temporal dynamics of key species and plant- mediated ESS (WP 5.2). For this purpose, we will upscale the plot-level one (or two)-year measurements of WP 1 - 4 to the landscape scale and to time scales ranging from 2010 to 2100. The statistical niche modelling of WP 5.1 will be enhanced with the transient plant community dynamics captured by the individual-based model of WP 5.2. Finally, the insurance effect of functionally redundant species on the resilience of ESF and, thus, the provision of ESS will be analysed for variable environmental conditions. The predictions from WP 5 will be summarized in a GIS modelling shell used by later work packages for the ecological-economic analysis. More...

Projektleitung

Prof. Dr. Michael Kleyer (Universität Oldenburg)

Teilprojekte 5 und 8: Prof. Dr. Boris Schröder-Esselbach

Mitarbeiter*innen

Dr. Anett Schibalski

Externe Kooperationspartner

Universität Potsdam

Universität Rostock

Universität Oldenburg

Universität Freiburg

Universität Hohenheim

Universität Greifswald

Universität Hildesheim

Universität Koblenz-Landau

Fördergeber

BMBF, FONA, DLR

Laufzeit

2011-2016

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Biodiversity and Sustainable Management of a Megadiverse Mountain Ecosystem in South Ecuador

DFG-Research Unit/Forschergruppe FOR 816 (Phase 1) Functionality in Tropical Mountain Rainforest

Subproject A3.3: Spatial-temporal dynamics of landslides and their biotic & abiotic controls

Projektleitung

Prof. Dr. Jörg Bendix (Universität Marburg)

Teilprojekt: Prof. Dr. Andreas Huth (UFZ)

Prof. Dr. Boris Schröder-Esselbach

Mitarbeiter*innen

Dr. Peter Vorpahl

Externe Kooperationspartner

UFZ Leipzig-Halle

Universität Beyreuth

Universität Marburg

Fördergeber

DFG

Laufzeit

2007-2010

BIOPORE - Linking spatial patterns of anecic earthworm populations, preferential flow pathways and agrochemical transport in rural catchments: an ecohydrological model approach

Earthworms play a pivotal role in agro-ecosystem functioning by modulating soil structure that significantly influences soil hydraulic properties, organic matter dynamics, and plant growth. This project focuses on anecic earthworms like Lumbricus terrestris which create vertical semi-permanent burrows that function as preferential flow pathways. Preferential flow in macropores is a key process which strongly affects infiltration and may cause rapid transport of pesticides into depths of 80 to 150 cm where they experience a much slower degradation. Therefore, preferential transport is an environmental problem because the topsoil is bypassed, which has been originally thought to act as a filter to protect the subsoil and shallow groundwater. Assessing the environmental risk of pesticides in earthworm burrows and how human management practise feedbacks on that risk requires the development of an integrated eco-hydrological model. This model allows predictions of i) the spatiotemporal distribution and population dynamics of anecic earthworms, ii) the related pattern of connective preferential flow pathways (i.e., earthworm burrows), and iii) the space-time pattern of infiltration and travel depth distribution of solutes. This enables the understanding of how small-scale patterns regulate large-scale processes in rural landscapes and how feedbacks between earthworm engineering and transport characteristics affect the functioning of (agro-)ecosystems. We expect our final model to be applicable for catchment-scale risk assessment that may assist agrochemical registration. More...

Projektleitung

Prof. Dr. Boris Schröder-Esselbach

Prof. Dr.-Ing. Erwin Zehe (KIT)

Mitarbeiter*innen

Dr. Loes von Schaik (TU Berlin)

Juliane Palm (Universität Potsdam)

Dr. Julian Klaus (LIST)

Externe Kooperationspartner

KIT Karlsruhe Institute of Technology

Födergeber

DFG

Laufzeit

2007-2011

Understanding downstream migration of European eel (Anguilla anguilla) - Analysis and modelling of migration triggers

The European eel stock is in steep decline and consequently the species has been added to the IUCN Red List of Threatened Species as critically endangered. In order to reduce the anthropogenic mortality caused by hydroelectric power plants turbines, it is absolutely necessary to identify the environmental triggers for downstream migration towards their maritime spawning grounds. The aim of this project is to identify and quantitatively describe these triggers and develop predictive models. Therefore, environmental data will be combined with catch data and infrared video data from several trapping sites in three “top-11 rivers” in southern Sweden by means of advanced statistical modelling approaches. This will help to identify environmental windows of optimal migration conditions, described by threshold combinations of triggers. The results will enable an enhanced turbine management for hydroelectric power plants which will consequently contribute to achieve the goals of the Swedish Eel Management Plan.

Projektleitung

Prof. Dr. Boris Schröder-Esselbach

Mitarbeiter*innen

Florian Stein

Externe Kooperationspartner

Olle Calles, PhD (Karlstads Universität)

Dr. Uwe Brämick (Institut für Binnenfischerei Potsdam-Sacrow)

Fördergeber

Elforsk 'Krafttag ål'

Universität Karlskrona, Schweden

Laufzeit

2012-2014


  aktualisiert am 14.08.2018
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