Impact of woody riparian vegetation along streams on aquatic biodiversity

Riparian areas are key components of riverine systems forming the transition zone connecting the terrestrial and the aquatic realm. As such an ecotone, riparian areas are naturally valuable ecosystems in their own right, providing habitat and sustaining a high biodiversity including many specialist species. Furthermore, the riparian zone is functionally linked to many physical and biotic instream processes. In temperate regions riparian areas are vegetated naturally by a diverse plant community which is characterized by the presence of trees. Woody riparian vegetation facilitates many functions to the aquatic ecosystem such as retention of sediments, nutrients or pesticides. Additionally, canopy cover regulates light availability, therefore instream primary production, as well as water temperature, which further structures aquatic communities. Trees also provide inputs of leaves, twigs and large wood that provide food and habitat important for many adapted aquatic organisms. These functions are generally well documented suggesting that management of woody riparian vegetation is a promising tool in conservation and restoration efforts. However, some characteristics relevant for river managers still need further research. Against this background, Kail et al. (2021) investigate changes in water temperature related to gradual variations in canopy cover along small lowland streams as well as the length of stream sections required for water temperature to adapt to new conditions. It is shown, that within lengths still relevant to river managers (ca. 400 m) and feasible lateral widths (buffer width of 10 m), woody cover can reduce maximum water temperatures by as much as 4.6°C, which is substantial. In Le Gall et al. (2022), Palt et al. (2022) and Palt et al. (submitted) effects of woody riparian vegetation on macroinvertebrates, a biological quality element relied upon in management, are quantified. In contrast to expected trends based on evidence from literature, the impact of landuse at the catchment scale is found to far outweigh that of the riparian scale if streams from many different backgrounds across large spatial gradients are analysed. However, by disentangling landuse forms at larger scales as well as hydromorphological stressors, typical conditions emerge in which the effect of woody riparian vegetation is identified a strong driver of the ecological status of the macroinvertebrates community. This suggests that managing woody riparian vegetation can indeed be a powerful option within the appropriate context. There is consensus in literature that wider buffers (typically > 30 m) of woody riparian vegetation are required to achieve its functions consistently. As there are competing interests and landuse demands, Vermaat et al. (2021) therefor monetise ecosystem services for different landuse scenarios following respective shared socioeconomic pathways in four case study catchments. They find that the degree of woody cover within the floodplain has only a minor effect on overall societal benefits. However since the distribution of services varies with woody cover, a redistribution of benefits might be necessary for generating acceptance of such measures. In conclusion, understanding of effects and functions related to woody riparian vegetation is deepened by the studies encompassed in this thesis. In doing so, potential outcomes of management activity, have become more predictable, especially pertaining to the ecological status of the macroinvertebrate community. Evidence is presented that calls for more ambitious restoration efforts, which in turn has little adverse socioeconomic trade-offs.

Gewässerränder sind wichtige Bestandteile von Fließgewässer-Ökosystemen und bilden die Übergangszone zwischen dem terrestrischen und dem aquatischen Bereich. Als sogenannte Ökotone sind Uferbereiche von Natur aus wertvolle Ökosysteme, die einer hohen Biodiversität, darunter vielen spezialisierten Arten, Lebensraum bieten. Darüber hinaus ist die Uferzone funktionell mit vielen physikalischen und biotischen Prozessen der Fließgewässer verbunden. In gemäßigten Regionen sind natürliche Gewässerränder mit einer vielfältigen Pflanzengemeinschaft bewachsen, die durch das Vorhandensein von Bäumen gekennzeichnet ist. Diese sogenannten Ufergehölze erfüllen viele Funktionen die relevant für das aquatische Ökosystem sind, wie z. B. den Rückhalt von Feinsedimenten, Nährstoffen und Pestiziden. Außerdem reguliert das Blätterdach die Sonneneinstrahlung und damit die Primärproduktion in Fließgewässern sowie die Wassertemperatur, was die aquatische Biozönose weiter strukturiert. Darüber hinaus liefern Bäume Falllaub, Zweige und Totholz, was jeweils vielen Wasserorganismen wichtige Nahrung oder Lebensraum bietet. Diese Funktionen sind im Allgemeinen gut dokumentiert und legen nahe, dass die Bewirtschaftung der gehölzbestandenen Ufervegetation ein erfolgsversprechendes Instrument für Naturschutz und Renaturierung darstellt. Einige für die Bewirtschaftung relevante Aspekte bedürfen jedoch noch weiterer Forschung. Vor diesem Hintergrund untersuchen Kail et al. (2021) Anpassungen der Wassertemperatur bei einer graduellen Veränderung der Baumkronenbedeckung entlang kleiner Tieflandbäche sowie die Längen der Gewässerabschnitte, die für diese Anpassungen erforderlich sind. Es zeigt sich, dass bei einer noch bewirtschaftungsrelevanten Länge (400 m), und einer realistischen Breite (Pufferbreite von 10 m) maximale Wassertemperaturen um 4,6 °C gesenkt werden können, was erheblich ist. In Le Gall et al. (2022), Palt et al. (2022) und Palt et al. (submitted) werden die Auswirkungen der gehölzbestandenen Ufervegetation auf das Makrozoobenthos, einem biologischen Qualitätselement der Gewässerbewirtschaftung, quantifiziert. Der Einfluss der Landnutzung im Einzugsgebiet überprägt dabei bei weitem den der Gewässerränder, wenn Probestellen in einem überregionalen Datensatz mit unterschiedlicher Einzugsgebietseigenschaften analysiert werden. Es ergeben sich aber dennoch kontextspezifische starke Effekte der Ufergehölze auf den ökologischen Zustand des Makrozoobenthos, wenn zwischen typischen Landnutzungsformen auf übergeordneten Skalen differenziert wird. Dies deutet darauf hin, dass die Bewirtschaftung oder auch die Renaturierung der gehölzbestandenen Ufervegetation in einem geeigneten Kontext tatsächlich eine sehr wirksame Option sein kann ökologische Bewirtschaftungsziele zu erreichen. Es deutet viel darauf hin, dass erst breitere gehölzbestandene Gewässerränder (typischerweise > 30 m) in der Lage sind, eine hohe Funktionalität zu gewährleisten. Aufgrund verschiedener Interessen und Konkurrenz um Flächen, monetarisieren Vermaat et al. (2021) daher Ökosystemleistungen für verschiedene Landnutzungsszenarien in vier Fallstudieneinzugsgebieten. Sie stellen fest, dass der Grad der Gehölzbedeckung im erweiterten Gewässerkorridor nur einen geringen Einfluss auf den gesamtgesellschaftlichen Nutzen hat. Da jedoch die Verteilung der Ökosystemdienstleistungen je nach Szenario variiert, scheint eine anderweite Umverteilung des Nutzens erforderlich. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Verständnis für Funktionalität und Bedeutung von Ufergehölzen durch die in dieser Arbeit aufgeführten Studien erfolgreich vertieft wird. Dadurch werden mögliche Ergebnisse von Bewirtschaftungsmaßnahmen besser vorhersehbar, insbesondere in Bezug auf den ökologischen Zustand des Makrozoobenthos. Somit wird der Nachweis erbracht, dass erforderliche ehrgeizig Renaturierungsmaßnahmen einen großen Nutzen haben ohne negative sozioökonomische Gesamtauswirkungen zu haben.

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