Klimawandel verändert die Pflanzenwelt

Das Biodiversitätsmonitoring Schweiz bietet wertvolle Einblicke in die Entwicklung der Artenvielfalt der Gefässpflanzen in den durchschnittlichen Landschaften über die letzten 20 Jahre – einer Zeitspanne, die stark vom Klimawandel geprägt ist. Wie wirken sich die veränderten Klimabedingungen auf die Pflanzenartengemeinschaften in der Schweiz aus?

VON FABIAN CAHENZLI UND TOBIAS ROTH

Die 30-jährige Periode von 1988 bis 2017 war die wärmste der Klimamessungen seit 1685, gekennzeichnet durch häufigere Hitzewellen, weniger Kälteperioden und mildere Winter (CH2018 2018). Seit der letzten Eiszeit haben sich die Waldstruktur sowie Arthäufigkeiten und verteilungen in Schweizer Wäldern zum Teil innerhalb von Jahrzehnten verändert (Tinner und Lotter 2001). Es ist daher nicht auszuschliessen, dass die beobachteten Veränderungen der Pflanzengemeinschaften der vergangenen 20 Jahre – ein kurzer Zeitraum für Anpassungen von ganzen Pflanzengemeinschaften – in Zusammenhang mit sich verändernden klimatischen Bedingungen stehen.

Im Biodiversitätsmonitoring Schweiz (BDM) werden die Gefässpflanzen sowohl im Messnetz Landschaften mit Untersuchungsflächen von 1 km² als auch im Messnetz Landlebensräume mit Untersuchungsflächen von 10 m² erfasst. In beiden Datensätzen haben wir nach Zusammenhängen zwischen Temperatur- und Niederschlagsveränderungen und den erfassten Pflanzengemeinschaften gesucht. Insbesondere interessierte uns, ob wir Unterschiede in den Pflanzengemeinschaften erkennen, je nachdem, wie stark die aktuelle Temperatur oder der aktuelle Niederschlag der Messstellen von den Klimawerten des Jahres 1980 abweichen – einer Zeit, die noch vor den deutlich spürbaren klimatischen Veränderungen lag. Das Jahr 1980 diente dabei lediglich als Referenzpunkt; ebenso gut hätte ein anderes Jahr vor der starken Erwärmung der letzten 30 Jahre dienen können.

Grosse Unterschiede zwischen Artengruppen
Die mittleren Temperaturzeigerwerte der Pflanzengemeinschaften in den BDM-Erhebungsflächen sind angestiegen. Dies bedeutet, dass seit der Jahrtausendwende wärmeliebende Pflanzenarten profitiert haben und in der «Normallandschaft» häufiger nachgewiesen werden. War auf einer Untersuchungsfläche die Zunahme der Temperatur gegenüber der Temperatur von 1980 besonders hoch, so haben sich auch die Pflanzengemeinschaften besonders stark verändert (siehe Abb. 1).

Dabei gab es deutliche Unterschiede zwischen den Artengruppen. Ein Beispiel ist die zunehmende Ausbreitung von sogenannten C4-Pflanzen. Diese Gruppe nutzt zur Photosynthese einen effizienteren Kohlenstoff-Fixierungsmechanismus als C3-Pflanzen, wodurch sie besonders gut an warme, trockene und sonnige Bedingungen angepasst sind. Die steigende Jahresdurchschnittstemperaturund die wachsende Anzahl heisser Sommertage mit Temperaturen über 25 °C haben diese Pflanzenarten begünstigt (siehe Abb. 2).

Der Anteil der C4-Pflanzen auf den untersuchten Flächen ist aktuell zwar noch gering; C4-Pflanzen profitieren aber gegenüber den C3-Pflanzen physiologisch durch die sich ändernden Bedingungen. In gemässigten Klimazonen, wo kühle Temperaturen dominieren, haben dagegen C3-Pflanzen einen Vorteil.

Keine klaren Aussagen beim Niederschlag
Der Einfluss des Niederschlags auf die untersuchten Zeigerwerte war geringer als jener der Temperatur und zeigte keine eindeutigen Effekte. Ein möglicher Grund dafür könnte die geografische Lage der Schweiz zwischen dem nordeuropäischen und mediterranen Klima sowie die grossen Höhenunterschiede in den Alpen sein. So wurde kein signifikanter Zusammenhang zwischen höheren Winterniederschlägen oder grösserer Sommertrockenheit mit einer Zunahme von winterannuellen oder atlantischen Pflanzenarten auf Landschaftsebene gefunden.

Viele Pflanzenarten können sich trotz veränderter Umweltbedingungen eine Zeit lang an einem Standort halten, auch wenn dieser bereits nicht mehr optimal für sie ist. Unter diesen Umständen sind sie jedoch oft nicht mehr in der Lage, genügend Nachkommen zu produzieren, sodass ihre Bestände langfristig nicht überleben können. Möglicherweise werden Auswirkungen veränderter Niederschläge daher erst in den kommenden Jahren beobachtet. Zusätzlich kommt hinzu, dass unsere Analysen lediglich berücksichtigen, ob die Arten vorkommen oder nicht, und nicht, ob sich ihre Bestände verändern. Auch aus diesem Grund können wir Veränderungen nur verzögert nachweisen.

BDM liefert wichtige Erkenntnisse
Insgesamt waren die Resultate zwischen den beiden Messnetzen Landschaften und Landlebensräume vergleichbar, in ihrem Ausmass aber deutlicher auf Landschaftsebene. Dies zeigt, dass Veränderungen der Temperatur primär grossräumig wirken und einen starken Einfluss auf die Pflanzengemeinschaften haben; kleinräumig sind die Artengemeinschaften aber insbesondere auch durch die lokale Nutzung geprägt, welche den Einfluss der Klimaveränderungen vermindern können. Ausserdem sind die für die Auswertungen verwendeten Klimadaten extrapolierte Werte auf einem 1 km²-Raster und keine lokalen Messwerte (Cruz-Alonso et al. 2023). Für kleinräumige Unterschiede könnte die Präzision zu gering sein.

Klimaszenarien für die Schweiz bis 2085 prognostizieren eine weitere Verschärfung der klimatischen Bedingungen (CH2011 2011), mit potenziell weitreichenden Folgen für Natur und Umwelt. Pflanzen sind sessil und können ihr Verbreitungsgebiet nur langsam anpassen. Der Klimawandel hingegen schreitet deutlich schneller voran (Warren et al. 2013). Um konkrete Massnahmen zu rechtfertigen, braucht es auf Fakten basierte Bestätigungen der prognostizierten Szenarien (Henne et al. 2018). Das BDM liefert dieses Wissen und kann bestätigen, dass sich die Pflanzengemeinschaften in durchschnittlichen Landschaften bereits in den letzten beiden Jahrzehnten aufgrund der Temperaturerwärmungen gegenüber 1980 verändert haben.

Fabian Cahenzli und Tobias Roth arbeiten in der Umweltberatungsfirma Hintermann & Weber AG, welche als Auftragnehmerin die Arbeiten für das BDM koordiniert.

Kontakt: cahenzli@hintermannweber.ch