Bewertung des WRRL-Parameters „Makrophyten“ Modellfall für die Bereitstellung eines Bewertungsverfahrens mittels Diensten 25. April 2012, Hamburg

Gliederung Rechtlicher Rahmen der EU zum Schutz des Wattemeeres Berichtswesen Bewertungsverfahren für Makrophyten in Schleswig-Holstein Technische Umsetzung Fazit & Ausblick 15/12/2011 2

Berichtswesen im Kontext der EU-Umweltpolitik Vogelschutzrichtlinie (1979): Regelmäßiges Berichtswesen in den dreijährigen Zyklen, kaum formale Vorgaben Flora-Fauna-Habitat-Richtlinie (1992): Regelmäßiges Berichtswesen in den sechsjährigen Zyklen, kaum formale Vorgaben WRRL (2000): Vergleichbare Bewertungen von den Wasserkörpern nach dem einheitlichen 5-stufigen Schema alle 6 Jahre INfrastructure for SPatial InfoRmation in Europe Einheitliche WEB-basierte Verfahren zur Raumdatenbereitstellung MSRL (2008): Ähnliches Vorgehen wie bei der WRRL, erweitert auf marine Ökosysteme, zusätzlich: Technik nach INSPIRE

INSPIRE-Richtlinie INfrastructure for SPatial InfoRmation in Europe Richtlinie 2007/2/EG des Europäischen Parlaments und des Rates zur Schaffung einer Geodateninfrastruktur in der Europäischen Gemeinschaft Inkrafttreten – 15. Mai 2007 Vollständige Umsetzung – bis 15. Mai 2019 Technische Vorgaben zur Bereitstellung von Daten mit Bezug zur Umwelt: Web-Services zur Datenübermittlung und -prozessierung

Berichtswesen im Kontext der EU-Umweltpolitik Ziele: Kontrolle der Qualität und des Zustandes der Umwelt Prüfung, ob die Umweltvereinbarungen durch die Mitgliedstaaten angehalten werden Mittel zur Zielerreichung: Zugriff auf Umweltdaten und Auswertungsverfahren Kontinuierliche Überwachung und Bewertung des Umweltzustandes anhand einer Vielzahl von Umweltparametern und –kriterien ggf. Verbesserung des Zustandes durch entsprechende Maßnahmen

Anforderungen an automatisiertes Berichtswesen Elektronische Datenbereitstellung nach INSPIRE-Vorgaben Berücksichtigung der jeweiligen Richtlinien, nach denen die Bewertung durchzuführen ist Interoperabilität Gemeinsame Verwendbarkeit von vorhandenen Datenbeständen Einheitliche Berichtsböden (Reporting Sheets) Einheitliche Daten- und Berichtsstruktur durch vorgegebene XML-Schemas Inhalte von digitalen Berichten: Karten (Geographic Information) Erklärende Texte (Summary Texts) Diagramme, Grafiken, Tabellen usw.

Seegras und Grünalgen im Schleswig-Holsteinischen Wattenmeer Zostera Marina und Zostera Noltii Einzige Blütenpflanzen, die unter dem Wasser leben können Nahrungsquelle für zahlreiche Vogelarten Sensibel gegenüber den Nährstoffeinträgen Natürliche Indikatoren eines guten Umweltzustandes Grünalgen Darmtang-Arten (Enteromorpha) und Meeressalat (Ulva lactuca) Profitieren von überflüssigen Mengen an Nährstoffen und bilden Massenvorkommen Indikatoren für die Eutrophierung Zostera noltii Zostera marina Makrophytische Pflanzen werden als wichtige Bestandteile von aquatischen Ökosystemen angesehen. Das Seegras hat für das ökologische und biologische Gleichgewicht des Wattenmeeres eine große Bedeutung. Es dient als Nahrungsquelle für zahlreiche Vogelarten. Seegräser sind sehr sensibel gegenüber den Nährstoffeinträgen und gelten aus diesem Grund als natürliche Indikatoren eines guten Umweltzustandes. Im Gegensatz zu den Seegräsern reagieren Grünalgen robust auf massive Nährstoffeinträge und können sich bei genug Wärme und Licht massiv vermehren. Häufig bilden sie dichte Matten, die, wenn sie im Herbst absterben, den Sauerstoff im Bereich des oberen Meeresbodens während der Zersetzung aufzehren, wodurch auch die Lebensgemeinschaften sterben und fast die gesamte Nahrungskette betroffen ist. Diese Pflanzen können somit auch das Wachstum von Seegräsern beeinträchtigen. Enteromorpha Ulva lactuca 15/12/2011 7

Bewertungsverfahren für WRRL in SH Bis dato – kein automatisiertes Bewertungsverfahren in Schleswig-Holstein Zurzeit – Vorauswertung in Form von Forschungsberichten zu Vorkommen von Grünalgen und Seegras Grundlage – Bewertungsverfahren der Expertengruppe „Makrophyten und Zoobenthos für die WRRL“ der ARGE BLMP Der gesamte Wattenmeergebiet erstreckt sich nicht nur über die Grenze der deutschen Bundesländer, sondern geht auch über die Staatsgrenzen hinaus. Deswegen ist der Bewertungsprozess sehr kompliziert und es gibt kein einheitliches Verfahren zur Bewertung von Makrophyten. Das Hauptproblem bei der Bewertung stellt die nicht gleichmäßige Verteilung von Makrophyten auf der Gesamtfläche des zu bewertenden Gebiets dar. Da die Bewertungsmethode hauptsächlich auf Flächenvergleichen basiert, ist die Anwendung eines einheitlichen Verfahrens auf beide Bundesländer oder sogar auf alle Meeresanrainerstaaten kaum möglich. LKN – Landesbetrieb für Küstenschutz, Nationalpark und Meeresschutz LLUR – Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Raume Schleswig-Holstein 15/12/2011 8

Makrophytenmonitoring in SH 2 Methoden – Befliegung und Bodenkartierung Befliegung: 3-fache Überfliegung des gesamten Wattenmeergebiets innerhalb von drei Sommermonaten Sichere Kartierung von Beständen mit mehr als 20% Bedeckung Vorteil: Flächendeckende Erfassung innerhalb einer kurzen Zeit Nachteile: Niedrige Genauigkeit, Probleme bei Artenunterscheidung Begehung Aufteilung des gesamten Gebiets in 6 Teilgebiete Vollständige Kartierung zum Jahre 2012 Feldkartierung mit den GPS-Geräten Vorteile: Hohe Genauigkeit, Aufnahme von zusätzlichen Parametern Nachteil: Vollständigkeit braucht 6 Jahre, Veränderung pro Jahr bis +- 10% (Fehler bis 60%) Die räumliche Ausbreitung von Seegras und Grünalgen wird in Schleswig-Holstein nach zwei Methoden, Befliegung und Bodenkartierung, untersucht. 15/12/2011 9

Randbedingungen Zusammenfassung der Wasserkörper im nördlichen und südlichen Gebiet des Schleswig-Holsteinischen Wattenmeeres Makrophyten kommen meistens direkt auf den trennenden Wattwasserscheiden vor Hohe Morphodynamik verursacht die Drift von Makrophyten Zwei WRRL-Bewertungsgebiete: Nordfriesisches Wattenmeer Dithmarscher Wattenmeer Für die Makrophytenbewertung werden die Wasserkörper im nördlichen und südlichen Gebiet des Schleswig-Holsteinischen Wattenmeeres zusammengefasst. Das Seegras wächst wegen natürlicher und geomorphologischer Bedingungen überwiegend an den Grenzen von rechtlich festgelegten Einzugsgebieten, die häufig mit Wattwasserscheiden zwischen Tidebecken zusammenfallen, was die Einordnung in die jeweiligen Einheiten erschwert und die Genauigkeit von Bewertungsergebnissen senkt. Des Weiteren beeinflussen Hydrographie und Morphodynamik die Drift von Makrophyten. Die Samen tragenden Sprosse von Seegras und Makroalgen werden von der Gezeitenströmung verdriftet, sodass sich die Vorkommen über die Grenzen der Tidebecken hinweg verteilen und Bewertungsergebnisse für einzelne Wasserkörpern keine tragfähige Aussage ergeben. Es verbleiben somit zwei geeignete Bewertungsräume: die Wattenmeerteile von Nordfriesland und Dithmarschen. 15/12/2011 10

Randbedingungen Nordfriesisches Wattenmeer (N2) Euhalin (Salzgehalt nah der Salinität vom Weltmeer) 2/3 der Gesamtwattfläche in Schleswig-Holstein Stark marin geprägt Geschützt durch eine seewärtige Barriere aus Inseln und hohen Sänden Dicht mit Makrophyten besiedelt Dithmarscher Wattenmeer (N4) Polyhalin (Salinität 18-30 ‰) Beeinflusst von den Süßwasserzuflüssen und Trübungen der Elbe und Eider Das nördliche Gebiet N2: euhalines (Salzgehalt ist nah der Salinität vom Weltmeer, durchschnittlich 30-40‰), vorwiegend mesotidales (Tidenhub 2-4 m) Nordfriesisches Wattenmeer. Es erstreckt sich von der deutsch-dänischen Grenze bis zur Halbinsel Eiderstedt und beinhaltet ca. 2/3 der Gesamtfläche vom Watt in Schleswig-Holstein. Der südliche Teil: das polyhaline (Salinität 18-30‰) Dithmarscher Wattenmeer mit meso- makrotidalem Tidenhub (>4 m) als WRRL-Gebiet N4. Das Gebiet grenzt an seinen nördlichen Nachbar, reicht im Süden bis zur Elbmündung und umfasst das restliche Drittel der schleswig-holsteinischen Wattfläche in der Nordsee. 15/12/2011 11

Bewertungsverfahren für Makrophyten in SH Bewertung als gewichtete Zusammensetzung von 5 Merkmalen: Ausdehnung und Bewuchsdichte von Seegraswiesen Zusammensetzung der beiden heimischen Zostera-Arten Ausdehnung und Bewuchsdichte von Grünalgenmatten Bewertung anhand der Bewertungsmartix für Makrophytobenthos-Index, getrennt für Nordfriesland und Dithmarschen Die ökologische Zustandsbewertung von Makrophyten im Schleswig-Holsteinischen Wattenmeer erfolgt auf Basis von mehreren Faktoren. Das Verfahren legt ein methodisches Konzepte von REISE zugrunde, die die Bewertung als eine gewichtete Zusammensetzung von fünf Merkmalen vornimmt: Ausdehnung und Bewuchsdichte von Seegraswiesen; Zusammensetzung der beiden heimischen Zostera-Arten; Ausdehnung und Bewuchsdichte von Grünalgenmatten. Für die Bewertung der einzelnen Parameter wird in der Bewertungsmatrix der Makrophytobenthos-Index bestimmt. Die Klassengrenzen für alle fünf Kategorien werden basierend auf einem angenommenen Referenzzustand ermittelt, der abhängig vom aktuellen Wissensstand aktualisiert wird. Sowohl die Parameter als auch die Mess- und Bewertungsverfahren müssen für vergleichbare Gebiete interkalibriert werden, d.h. es muss unabhängig von Staatengrenzen und anderen Verwaltungseinheiten ein vergleichbares Vorgehen abgestimmt werden 15/12/2011 12

Datenbankbasierte Lösung PostgreSQL 8.4 mit dem räumlichen Aufsatz PostGIS 1.5.1 SQL GeoServer 2.1.1 als MapServer WMS und WFS OpenLayers als MapViewer Apache 2.2.21 als WebServer PHP-Parser 5.3.8 HTML, CSS, JavaScript Im Falle einer auf der Datenbank basierenden Umsetzung mit der anschließenden Präsentation von Ergebnissen mittels Web-Services werden mehrere Komponenten verknüpft. Durch die Verknüpfung mit dem GeoServer besteht die Möglichkeit, die in der Datenbank vorhandenen raumbezogenen Daten mit deren Attributen als Web-Services (in diesem Fall WMS und WFS) bereitzustellen und herunterzuladen. Um diese Daten anschließend sichtbar zu machen, wird ein spezifisches Frontend benötigt, das als Map-Viewer bezeichnet wird. Beim GeoServer wird zu diesem Zweck die auf JavaScript basierende Bibliothek OpenLayers benutzt. Um ein Web-basiertes dynamisches Bewertungssystem mit den Serverkomponenten zu verbinden, bedarf es außerdem eines Webservers. Als solcher wird der Apache-Server mit dem PHP-Modul benutzt. 15/12/2011 13

Direkter Datenimport aus Shape-Format Konfigurationstabelle PostgreSQL/PostGIS Direkter Datenimport aus Shape-Format pgAdmin Konfigurationstabelle Auswahl von den in die Bewertung einfließenden Daten SQL Datastore PostGIS/PostgreSQL 15/12/2011 14

Bewertungsverfahren für Makrophyten 15/12/2011 15

Bewertungsverfahren für Makrophyten 2010 2005 2000 15/12/2011 16

Berichtswesen nach WRRL Bewertung von den Wasserkörpern nach dem einheitlichen 5-stufigen Schema alle 6 Jahre Grundlage – Bewertung von Oberflächenwasserkörpern Bewertungskriterien – Anhang II und V WRRL Bewertungsverfahren – ARGE BLMP Fünfstufige Skala für die Bewertung des Ökologischen Zustandes Als Bewertungseinheiten dienen im Sinne der WRRL, wie schon erwähnt, die Wasserkörper im Küstengebiet. Die WRRL schreibt fest, nach welchen Kriterien bewertet wird. Entsprechende Angaben dazu finden sich in den Anhängen II und V. In Deutschland erfolgt die nationale Koordination und der benutzten Bewertungsverfahren durch die ARGE Bund-Länder Messprogramm. Die konkreten Methoden werden durch Ad-Hoc-Expertengruppen erarbeitet und eingesetzt. Im Abschnitt 1.4 des Anhangs V der WRRL wird auf die Einstufung und Darstellung von Bewertungsergebnissen hingedeutet. Für die Bewertung vom Indikator „ökologischer Zustand“ der nationalen Gewässer im jeweiligen Staat wird eine fünfstufige Skala eingesetzt, die alle möglichen Gewässerzustände von „sehr gut“ bis „schlecht“ abdeckt. Bei der Bewertung soll jedem Wasserkörper ein entsprechender Bewertungswert zugewiesen werden. Als Ergebnis entstehen Bewertungskarten, die den ökologischen Zustand der Ökoregion in Farben, die wiederrum durch die WRRL festgesetzt sind abbilden. Bewertungsstufe Farbkennung Farbenbeispiel sehr gut blau gut grün mäßig gelb unbefriedigend orange schlecht rot 15/12/2011 18