In the near future climate change will increase pressure on ecosystems in manifold ways. This pressure is acting on all structural levels of ecosystems. Therefore, nature conservation programs, like the European Habitats Directive, are facing the challenge of how to adopt management strategies to changing environmental conditions. Many methodologies have been developed in the past few years to assess habitat coherence. This work attempts to bring together some of these well developed methods, in order to create a more ecological and thus holistic approach to assess the implications of climate change on habitat coherence of the European Natura 2000 network in Germany. This work consists of four parts. In the first preparatory part, three to five habitats out of Annex I of the Habitats Directive are exemplary chosen based on several criteria derived from literature and expert questioning. First, the habitats should exhibit sensitivity to climate change following temperature and moisture gradients in principle, further dependencies on factors like duration of vegetation etc. shall be considered. Second, the habitats should be capable to adopt (move and establish) on temporal scales of climate change, raised bogs for instance would be ineligible alone for the reason of formation-duration. Third, the definition of habitats should be unambiguous. Fourth, the habitats should hold relevance for Germany’s Sites of Community Importance (SCI). The second part focuses on modelling future occurrence probabilities for habitats in Germany (embedded in the dynamics of Europe) under climate change, to test the general assumption that habitats differing in their today’s ecological distribution will respond differently under climate change. In order to get a better understanding of the gradual changes over time, the modelling period is split into equidistant time steps. A moving window technique is applied to calculate the climatic variables for each time step. The future occurrence probabilities for habitats are calculated for a full dispersal scenario, allowing all habitats to shift freely through the landscape according to their environmental envelope, including climatic variables and soil properties. In the third part, least cost paths, respectively corridors, between habitats are modelled for different scenarios. The simplest scenario is the Euclidean distance between pairs of habitats, referred to as baseline. Further scenarios might include effects of natural and / or anthropogenic dispersal barriers. Before calculating corridors, some future habitats need to be sorted out according to criteria like minimum size or location in unsuitable (future) land uses (e.g. in a city). Under the general assumption that overall no negative effects of climate change on habitat coherence are anticipated for prevalent habitats (as these are more likely to adapt to climate change), the fourth and last part calculates connectivity indices derived from graph theory. This allows not only for a detailed comparison of the different scenarios of the previous step but also for an identification of priority habitat patches in the landscape. In addition, the last step opens up the opportunity to include mean mobility ranges of habitat types as an exponential decay function. These mean mobility ranges are based on the most influential key species of the selected habitats according to the Interpretation Manual Of European Union Habitats. Hereon, literature research is carried out to infer dispersal mechanisms and distances of the identified species. Last but not least, implications and recommendations for nature conservation in Germany can be inferred.

 Der vom Menschen verursachte Klimawandel beeinflusst besonders seine Umwelt. Durch die projizierten abiotischen Veränderungen werden besonders für den Naturschutz gravierende Wandlungen zu erwarten sein. Besonders die Verantwortlichkeit, die aktuell vorhandene Biodiversität zu erhalten und zu fördern, wird durch den rezenten Klimawandel mit vielen Problemen konfrontiert. Vor allem die Anpassungsstrategien und Handlungsoptionen für die kommenden Jahre stellen die große Herausforderung für den praktischen Naturschutz dar.

In meiner Arbeit werde ich zunächst Informationen zum Klimawandel, den Klimaszenarien und den Klimamodellen für Deutschland aufarbeiten und akkumuliert darstellen.

Als nächstes sollen die allgemeinen Ziele des Naturschutzes erläutert werden, wobei speziell auf die Funktion von Schutzgebieten eingegangen werden soll. In diesem Zusammenhang soll grundlegend das Prinzip von der Ausweisung des europaweiten Naturschutznetzes Natura 2000, die Lebensraumtypen nach Anhang I und FFH-Arten nach Anhang II und IV erläutert werden.

Vor allem dieses statisch angelegte Schutzkonzept ist in den erwarteten dynamischen Klimaveränderungen massiv unterworfen. Deshalb müssen Strategien gezielt angewendet und/ oder neu entwickelt werden, um das wichtigste europäische Naturschutzkonzept auf klimatische Veränderungen flexibel reagieren zu lassen.

Mit Unterstützung durch Herrn Schlumprechts Literaturrecherche konzentriere ich mich auf folgende Lebensraumtypen-Großgruppen: Wälder (LRT 9xxx), naturnahes und natürliches Grasland (LRT 6xxx), Heide- und Buschlandschaften (LRT 4xxx/5xxx) und Moore (LRT 7xxx) sowie auf folgende Tiergruppen: Amphibien, Reptilien, Libellen, Fledermäuse und Schmetterlinge. Für jede dieser Tierordnungen und Lebensraumtypen-Gruppen sollen die Gefahren durch den Klimawandel veranschaulicht werden und die allgemeinen möglichen praktischen wie auch konzeptionellen Strategien (wie z.B. Trittsteinbiotope, klimasichere Lebensräume) aufgezeigt werden. 

Abschließend möchte ich diese allgemein aufgezeigten Strategien auf ihre realistische und praxisnahe Anwendung analysieren und diskutieren.

Durch die Temperaturverschiebung, die im Zuge des Klimawandels erwartet wird, können sich die Habitate der verschiedensten Arten unterschiedlich verändern. Für manche Arten kann sich das Habitat vergrößern, für andere verschieben, und für einige auch verkleinern. Für Herbivore kann auch der Niederschlag eine entscheidende Rolle spielen, weil er Einfluss auf die Futterpflanze hat. In dieser Arbeit wird er aber nicht weiter berücksichtigt, da die Prognosen über eine zukünftige Verteilung der Niederschlagsverhältnisse noch nicht sehr stichhaltig sind.

Neben den Habitatverkleinerungen, die dazu führen können, dass eine Art gefährdet oder sogar vom Aussterben bedroht wird, kann es vorkommen, dass eine Art auf eine neu entstehende oder existierende freie ökologische Nische ausweicht, wenn der Konkurenzdruck auf der aktuellen Nische zu hoch wird. Eine ökologische Nische in diesem Sinne ist nach Hutchinson ein multidimensionales System aller Faktoren, die auf ein Lebewesen einwirken. Andere Definitionen werden im Folgenden nicht berücksichtigt.

Die Veränderungen in den Ansprüchen einzelner Arten gegenüber ihrer Umwelt können nachhaltige Auswirkungen auf ihre Reaktion auf den Klimawandel haben. So könnte es vorkommen, dass eine ursprünglich auf Kalkrasen vorkommende Schmetterlingsart, deren Futterpflanze durch den Klimawandel im Verbreitungsgebiet nicht mehr vorkommt, auf eine andere Futterpflanze umsteigt, die auf silikathaltigen Böden wächst. In diesem Fall läge eine Veränderung der ökologischen Nische vor. Deshalb ist es wichtig, zu untersuchen, wie sich der Klimawandel auf gefährdete Arten, in diesem Fall Schmetterlinge in Europa auswirkt. Da davon ausgegangen werden kann, dass biogeographische Regionen mit bestimmten Vegetationstypen korrelieren, wird eine Verschiebung der ökologischen Nische vor allem dann stattfinden, wenn sich eine Art über eine Grenze hinweg ausbreitet. Für die biogeographischen Regionen wird das Modll der EU verwendet, da die Schmetterlingsarten der Fauna-Flora-Habitatrichtlinie der EU untersucht werden.

Es wird folgende These aufgestellt:

- Wenn eine Schmetterlingsart die Grenze zwischen biogeographischen Regionen überschreitet, ist es möglich, dass sie in den neuen Habitaten eine andere als ihre ursprüngliche ökologische Nische einnimmt.

Dazu wird eine Literaturrecherche zu Klimawandel und FFH-Schmetterlingsarten durchgeführt, um einen Überblick über den aktuellen Wissensstand zu bekommen und potentielle Gewinner des Klimawandels, also Arten, für die bereits klimawandelbedingte Ausbreitung beobachtet oder prognostiziert wird, zu identifizieren. Anschließend werden die Studien nach folgenden Kriterien ausgewertet:

1) globaler Temperaturanstieg; wie verändern sich die Temperaturen infolge dessen lokal?

2) Untersuchungsdauer und -typ; wurde die Untersuchung in einer Vegetationsperiode oder über mehrere Jahre hinweg durchgeführt? Handelt es sich um eine Beobachtung, ein Experiment, ein Modell oder eine Meta-Analyse?

3) Trends; gibt es Veränderungen, wie zum Beispiel Menge des Niederschlags, die sich kontinuierlich in eine Richtung verschieben, und dadurch eine Ausbreitung/einen Rückzug einer Art zur Folge haben?

4) Änderung des Verbreitungsgebietes; erfolgt eine Zunahme, Abnahme oder Verschiebung?

5) Interaktionen der Schmetterlinge mit Pflanzen; reagieren Schmetterlinge z.B. auf frühere Blüte einer Pflanze, und wenn ja, wie?

6) Zu welchem Land/welcher Region gibt es am meisten Untersuchungen; konzentrieren sich die Untersuchungen besonders auf ein Land oder eine biogeographische Region?

Ziel ist es, zu analysieren, welche ökologischen Faktoren vom Klimawandel beeinflusst werden könnten und welche Anpassungsmöglichkeiten die jeweiligen Arten haben.

Neben anthropogenen Habitatbeeinträchtigungen und zunehmender Landschaftsfragmentierung, verursacht der Klimawandel durch direkte und indirekte Einflüsse Veränderungen in den Verbreitungsmustern der Amphibienarten. Amphibien sind meist in ihrer Stoffwechselrate von der Umgebungstemperatur abhängig. Da die meisten Amphibienarten neben der terrestrischen Lebensphase im adulten Lebensstadium eine auquatische Lebensphase im Larvalstadium durchleben, sind sie zudem von humiden Bedingungen abhängig. In dieser Arbeit werden die Schwesterarten Bufo calamita und Bufo viridis in Europa untersucht.

Zunächst wird mittels Literaturrecherche die Ökologie der trockenheitstoleranten und wärmeliebenden Arten analysiert. Dabei werden vor allem die klimatischen Ansprüche der Arten herausgearbeitet. Anhand dieser Befunde werden artspezifische  Klimahüllen erstellt, welche die Verbreitung der Arten zu gewissen Teilen beschreiben. Weitere nicht-klimatische Einflüsse welche zur Verbreitung beitragen werden qualitativ in die Diskussion mit einfließen.

Anschließend wird mit den Klimahüllen die gegenwärtige Verbreitung modelliert. Zur Modellierung der Verbreitung wurden die Techniken angewandt, welche in dem Klimahüllenmodell „BIOMOD“ implementiert sind. Dieses Verfahren wird nun auf zukünftige mögliche Klimabedingungen im Jahr 2050 angewandt, wodurch innerhalb Europas neu hinzu gekommene geeignete Gebiete, sowie zukünftig klimatisch ungeeignete Klimaregionen ersichtlich werden. Inwiefern es den untersuchten Arten, aufgrund ihres Ausbreitungspotentials möglich ist diese neuen Klimaregionen zu besiedeln soll ebenfalls diskutiert werden.

B. viridis hat ihren Verbreitungsschwerpunkt in Südosteuropa und repräsentiert eine Anpassung an kontinental-mediterrane Bedingungen. B. calamita hat dagegen ihren Schwerpunkt in Südwesteuropa und zeigt damit ein atlantisch-kontinentales Verbreitungsmuster. Wobei zu beachten ist, dass die derzeitige Verbreitung wesentlich durch historische Klimabedingungen, wie das letzte glaziale Maximum gesteuert wurde.

Folgende Hypothesen wurden aufgestellt:

Für adulte Tiere dieser Arten wird aufgrund ihrer Adaption an trockene und warme Bedingungen vermutet, dass ihr potentielles Verbreitungsgebiet stärker in nördliche Richtung ausgedehnt wird, als Verluste durch über den tolerierten Bedingungen liegenden Temperaturen im südlichen Verbreitungsgebiet zu verzeichnen wären. Es werden dadurch für Europa Erweiterungen im Verbreitungsgebiet bei B. calamita und B. viridis erwartet.

Während des Larvalstadiums und zur Reproduktion sind B. calamita und B. viridis auf Gewässer angewiesen. Die Verluste der Laichgewässer, sowie deren schnellere Austrocknung durch erhöhte Trockenheit in den Frühjahrs- und Sommermonaten, führen in südlicheren Gebieten, wie etwa der Iberischen Halbinsel und dem Mittelmeerraum, zu geringerem Reproduktionserfolg. Da B. calamita in geringeren Wassertiefen und bevorzugt in temporären Gewässern laicht, wird vermutet, dass diese Art stärker von einer Erwärmung des Klimas betroffen sein könnte als B. viridis.

Für kontinental verbreitete Arten, wie B. viridis, welche besser an Sommertrockenheit angepasst sind, können sich aufgrund erwarteter trockenerer Bedingungen in der Aktivitätszeit in Europa geeignete Klimabedingungen in westliche Richtung erweitern. Durch eine mögliche Änderung des Verbreitungsschwerpunktes in westliche Richtung könnten somit regional neue Konkurrenzbedingungen zwischen B. calamita und B. viridis entstehen.

Durch Klimawandel wird es zu deutlichen Veränderungen in der Zusammensetzung von Lebensgemeinschaften kommen. In diesem Zusammenhang sind Pflanzen in den räumlich begrenzten Schutzgebieten besonders gefährdet. Durch Umweltveränderungen werden sie gezwungen, neue Habitate aufzusuchen. Aufgrund der Morphologie und der Lage Deutschlands können Pflanzen nur nach Norden oder in höhere Lagen wandern, um die prognostizierte Temperaturerhöhung auszugleichen.

Natura 2000 Schutzgebiete, in denen europäisch geschützte Arten vorkommen, sind in Deutschland sehr fragmentiert, so dass diese Arten zwischen den Schutzgebieten häufig nur sehr schlecht wandern können. Des Weiteren zeichnen sich diese Gebiete durch besondere abiotische Eigenschaften aus. Standortfaktoren, wie Wasserverfügbarkeit und Nährstoffverfügbarkeit, sind für Pflanzen essentiell und sollen in dieser Arbeit für die FFH-Schutzgebiete in Deutschland abgeschätzt und dargestellt werden.