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Autoren:

Kay-Christian Emeis, Frank Bockelmann, Christian Winter, Berit Brockmeyer, Ingrid Kröncke, Gerd Kraus, Rabea Diekmann, Christian Möllmann und Gesine Witt

Redaktion:

Marcus Lange ([email protected])

BMBF-FONA Verbundprojekt (03F0742)

NOAH North Sea Observation and Assessment of Habitats – Synthese

Zwischenbericht 01.04. – 31.12.2016

mailto:[email protected]

Inhaltsverzeichnis

Verbundvorhaben NOAH-Synthese North Sea Observation and Assessment of Habitats (NOAH) 1

Teilprojekt 1- Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH (HZG)

Biogeochemie, Nährstoff‐ und Kohlenstoffzyklus im benthischen Ökosystem der Nordsee 13

Teilprojekt 2 - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) Turbulenz und kleinskalige Morphodynamik: Interaktion geophysikalischer Prozesse an der Grenzschicht Wasser-Sediment 17

Teilprojekt 3 - Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) Erfassung und Bewertung von Schadstoffbudgets und –prozessen in der Deutschen Ausschließlichen Wirtschaftszone 20

Teilprojekt 4 - Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung - Senckenberg am Meer (SNG)

Raum-zeitliche Variabilität der Benthosgemeinschaften und ihrer Bioturbationspotentiale in der deutschen AWZ 26

Teilprojekt 5 - Thünen-Institut für Seefischerei (TI) Bewertung des Meeresbodenzustands in der deutschen Nordsee 31

Teilprojekt 6 - Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit, Universität Hamburg (CEN)

Charakterisierung von Meeresboden- und Mikrohabitaten, numerische Modellierung von höheren trophischen Ebenen und adaptives Risikomanagement für die Nutzung des Meeresbodens 50

Teilprojekt 7 - Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW) Erfassung und Bewertung von Schadstoffbudgets und -prozessen in der Deutschen Bucht - integrierende Werkzeuge zur räumlich strukturierten, nachhaltigen Meeresnutzung 64

Zwischenbericht 2016

– BMBF-FONA Projekt NOAH Verbundvorhaben

Stand: 30. April 2017

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Zwischenbericht (nach Anlage 1 zu Nr. 3.1 BNBest-BMBF 98)

Zuwendungsempfänger:

Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Zentrum für Material und Küstenforschung GmbH, Institut für Küstenforschung Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, Hamburg Forschungsinstitut Senckenberg am Meer, Wilhelmshaven Johann Heinrich von Thünen Institut, Institut Seefischerei, Hamburg Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit, Universität Hamburg Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Hamburg

Vorhabenbezeichnung:

Verbundvorhaben “North Sea Observation and Assessment of Habitats” (NOAH) – Synthese

Förderkennzeichen:

03F0742

Laufzeit:

01.04.2016 – 01.03.2019

Berichtszeitraum:

01.04.2016 – 31.12.2016

Verantwortlicher Projektkoordinator:

Prof. Dr. Kay-Christian Emeis

Kurzfassung

Die Verbundvorhaben NOAH (April 2013 – März 2016) und „NOAH-Synthese“ (seit April

2016) erarbeiten ein georeferenziertes Inventar der Eigenschaften des Meeresbodens

in der deutschen Bucht der Nordsee („Habitatatlas“: http://www.noah-

project.de/habitatatlas/index.php.de). Dies ist Teil der Arbeiten des Projektbündels

„Küstenforschung Nordsee/Ostsee“ (KüNO) im Rahmenprogramm „Forschung für

Nachhaltigkeit“ (FONA3) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Die

Arbeiten im Verbundvorhaben NOAH-Synthese sind auf 4 Arbeitspakete (APs) verteilt:

Im AP 1 „Habitat-Charakteristika und Habitat-Atlas“ werden existierende Daten zur

Klassifizierung und Eingrenzung von Meeresbodentypen, Beschreibung der

physikalischen, chemischen, biologischen Eigenschaften und der menschlichen Drücke

ausgewertet und dargestellt. Im Berichtszeitraum (01.04. – 31.12. 2016) wurden 2

wesentliche Meilensteine der Arbeiten erreicht: Die Einreichung eines Manuskripts zur

Auswertung existierender Korngrößendaten aus der gesamten Nordsee und einer

konsistenten und harmonisierten Darstellung als Datensatz und Karte (s. Bericht TP1)

sowie die Einreichung eines Manuskripts zur Modellierung benthischer

Artengemeinschaften in der südöstlichen Nordsee (s. Bericht TP 5). Im AP 2 „Inter- und

Extrapolation physikalischer und biogeochemischer Prozesse und von

Verschmutzungsindikatoren“ wurden die Arbeiten zur Übertragung von

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Stand: 03 May 2017




schiffsgebundenen Beobachtungen auf kleinen Raum- und Zeitskalen (in 9 NOAH-

Arbeitsgebieten) weiter geführt. Dies betrifft sowohl physikalische (Partner MARUM)

als auch schadstoffbezogene Eigenschaften (Partner BSH, HAW). Wichtigstes

wissenschaftliches Ergebnis als Resultat der Expeditionen ist die Auffindung eines

Pockmark-Feldes in NOAH Gebiet C und eine entsprechende hochrangige Publikation.

Desweiteren wurden biogeochemische und sedimentologische Untersuchungen in einer

Publikation zusammen geführt (s. Bericht TP 2). Im AP 3 „Integrative Modellierung“

wurden im Berichtszeitraum die Auswertung von Modellen zu mittleren Zuständen und

Variabilität physikalischer Bedingungen am Meeresboden aus dem TRIM-3D-

Modellsimulation (1986-2015), der Austausch von gelösten Substanzen und Gasen an

der Sediment-Wassergrenze (gemeinsam mit dem Projektverbund MOSSCO), und

schließlich die Modellierung substratabhängiger Nahrungsnetze vorangetrieben. Das AP

4 „Risikoabschätzung und Risikomanagement“ setzte die Arbeiten zur Erfassung der

Intensität bodenberührender Fischerei fort, begann mit der Entwicklung von einfachen

Risiko-Bewertungsmodellen (bow-ties) und legte Grundlagen für eine quantitative

Risikoanalyse im weiteren Verlauf des Projekts.

1. Aufzählung der wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse und

anderer wesentlicher Ereignisse.

Wichtigstes Ergebnis ist die Bereitstellung von Geoinformationen für das Gebiet der

deutschen AWZ. Der Habitatatlas bündelt diese Informationen und ist Bestandteil der

NOAH Webseite (http://www.noah-project.de/) und unter http://www.noah-

project.de/habitatatlas erreichbar.

Die aktuelle Version des NOAH- Habitatatlas umfasst die Möglichkeit nach

Themengebieten (Fischereidruck, Biogeochemie, Benthos, Substrat, Schadstoffe,

Ozeanographie) zu filtern und als Ergebnis die vorhandenen Kartendaten aus einer

Ergebnisliste auszuwählen (s. Abb. 1).

Abbildung 1. Funktionalität des NOAH - Habitatatlas

http://www.noah-project.de/habitatatlas

http://www.noah-project.de/habitatatlas




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Jede Karte stellt verschiedene Funktionalitäten zur Verfügung, wie Data Page,

Download, Map View und Services, vgl. Abb. 2.

Abbildung 2. Über Kartenprodukte werden verschiedene Funktionalitäten angeboten (Infos / Download / MapView / Services)

Die aktuelle Version des Habitatatlas wird fortlaufend aktualisiert. Dies sowohl

inhaltlich, als auch bezüglich der Bereitstellung der Daten. Über einen direkten

Datendownload, erhält der Nutzer die gezippten Dateien mit den entsprechenden

Metadaten. Die Freischaltung der Download Funktion erfolgt derzeit sukzessive,

abhängig von der Zustimmung der Projektpartner für jedes einzelne Kartenprodukt (s.

Abb. 3).

Abbildung 3. Sukzessive Integration der Download Funktion.




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Es werden unterschiedliche Datenformate zur Verfügung gestellt; für Vektordaten

werden Shapefiles, CSV, geoJSON oder in ESRI FilegeoDatabases(FGDB) und im Falle

von Rasterdaten, die gängigen Rasterformate geoTIFF und EsriGrid(FGDB) angeboten.

Folgende inhaltliche Aktualisierung des NOAH Habitatatlas sind in Planung (s. Tabelle

1)

Tabelle 1. Weitere Karten für den NOAH Habitatatlas

Bereich Titel Kartenservice (WMS)

Datendownload

Fischereidruck (TI)

Community Sensitivity Index (CSI) ja Nach Veröffentlichung

Fishin effort 2015 ja nein

Fishin effort 2016 ja nein

Benthos (Senckenberg)

Distribution model of the community "Coast"

ja

Nach Veröffentlichung

Distribution model of the community "Oyster Ground"

ja

Distribution model of the community "Tail End"

ja

Distribution model of the community "Amrum Bank"

ja

Distribution model of the community "Frisian Front"

ja

Distribution model of the community "Deeps"

Ja

Distribution model of the community "Dogger Bank"

Ja

Distribution model of the community "Dogger Slope"

Ja

Übersichtskarte aller epibenthischen Gemeinschaften

ja

Ozeanographie (HZG)

Stratification [% time] ja ja

Während der Habitatatlas die Bereitstellung von Flächenkarten

(Modelldaten/Interpolierte Daten) ermöglicht, dient die Geodatenbank des HZG

(coastMap: Expeditions Datenbank) der Speicherung und Archivierung der

Probendaten, der im Rahmen von NOAH unternommenen Fahrten. Die Daten können

nach Freigabe über ein entsprechendes Web-Interface recherchiert, visualisiert und

runtergeladen werden (Beta-Version ab Sommer 2017 zugänglich).




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Abbildung 4. Nutzer Oberfläche der Expeditionsdatenbank des coastMap Portals des HZG (im Aufbau befindlich)

coastMap ist das marine Geodatenportal am Institut für Küstenforschung, Helmholtz-

Zentrum Geesthacht. Es bündelt Analysen und Modelldaten zu Eigenschaften des

Meeresbodens und der darüber liegenden Wassersäule mit Fokus auf die Deutsche

Bucht. Das Portal ist Einstiegspunkt für die Suche nach Visualisierung und den Zugriff

auf vorhandene Geodatenbestände und daraus abgeleiteten Informationen. Auf der

NOAH Webseite können Wissenschaftsnutzer unter einer neu angelegten Rubrik „Tools“

einen Einblick in die Funktionalitäten zur Bereitstellung von Flächenkarten bekommen,

siehe http://www.noah-project.de/tools/index.php.de. Im Tool „Restströme der

Nordsee“ zur Modellierung berechneter Zustände lassen sich Tidebewegungen in der

Nordsee der Jahre 1958 bis 2015 visualisieren und herunterladen.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit der DOI Vergabe, hierfür erfolgt ein

entsprechender Datenimport in die PANGAEA Datenbank des AWI. Für die

Modell/Kartendaten erfolgt die DOI Vergabe über das DKRZ.




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Zugangsstatistiken der NOAH Internetportals und des Habitatatlas

Abbildung 5. Nutzerstatistik der NOAH Webseite und des Habitatatlas



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Einbindung und Vernetzung mit anderen Portalen

Für die Realisierung der Online Version des Habitatatlas erfolgte der Aufbau/die

Anpassung einer Geodateninfrastruktur am HZG, mit Möglichkeiten der

Metadatenaufnahme auf Basis standardisierter Profile (ISO 191119/191115/ INSPIRE)

und Metadatenverwaltung (Datenbank) (s. Abb. 6). Die Anbindung an andere

Metadaten-Infrastrukturen erfolgt über die Bereitstellung sogenannter CS-W Dienste

(Cataloque Service Web/Katalogdienst, OGC Standard). Aktuell erfolgt ein

automatisches Einpflegen (Harvesten) der Metadaten aus dem NOAH-Teilprojekt in das

KüNO Datenportal.

Abbildung 6. Dateninfrastruktur von NOAH.

Das KüNO Datenportal kann wiederum von anderen Infrastrukturknoten, wie MDI-DE

oder MANIDA, geharvestet werden. In Abb. 7 ist das Ergebnis des Metdatenimports

über den CS-W Service vom NOAH-Katalogsystem in das KüNO Datenportal dargestellt.



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Abbildung 7. Metadaten des NOAH Habitatatlas können über das KüNO Portal abgefragt werden.

Im Bereich Metadaten wurde zudem in Phase I eine AG Qualität ins Leben gerufen, an

der alle KüNO Projekte beteiligt sind. Diese Aktivitäten werden auch in Phase des

Projektes weitergeführt.

AG Quality Flags für KüNO, MDI-DE und MaNIDA

Die AG wurde im Rahmen der regelmäßig stattfindenden KüNO Datenmanagement

Treffen gebildet. Ziel der AG ist es, Qualitätsinformationen den unterschiedlichen

Datentypen anzufügen, sog. Quality Flags. Im Verbundprojekt KüNO handelt es sich

hierbei um Geodaten (GIS), Modelldaten, Fernerkundungsdaten, Sensordaten und

interpretierte Daten. Die Aufnahme von Quality Flags soll ISO konform erfolgen, hierfür

eignet sich das ISO Feld Lineage vom ISO-Standard 19115/19157. Um Kompatibilität zu

gewährleisten und keine Informationen durch Mapping zu verlieren, soll das Freitext-

Feld des ISO-Standards genutzt werden, und Einträge basierend auf standardisierte

Qualitäts Schemata (z.B. SeaDataNet, ODV) erfolgen. Eine detaillierte Syntax sowie

Angaben zu Unsicherheiten/Genauigkeiten werden noch erarbeitet. Die Arbeitsgruppe

setzt sich das Ziel, ein Papier zur „Best Practice“ für die Erfassung von

Qualitätsinformationen in den Metadaten zu erstellen.

2. Vergleich des Stands des Vorhabens mit der ursprünglichen Arbeits-, Zeit- und

Ausgabenplanung.

Mit Blick auf den größtenteils planmäßigen Bearbeitungsstand aller Teilprojekte kann

auch keine folgenschwere Abweichung bzw. Verzögerung im Ablauf des

Verbundvorhabens NOAH festgestellt werden. Unbedeutende Änderungen im Zeitplan

können im weiteren Verlauf des Projekts aber kompensiert werden, sodass die mit dem

Konsortium abgestimmte Meilensteinplanung eingehalten und die fälligen Leistungen

erbracht werden.

Dem entsprechend ist der Fortschritt der Arbeiten wie geplant (Abb. 8).

3. Haben sich die Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens

innerhalb des angegebenen Berichtszeitraums gegenüber dem ursprünglichen

Antrag geändert?

Nein, die weiteren Zielvorgaben des Verbundvorhabens bleiben gültig.

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Abbildung 8. Ausschnitt (Jahr 1) aus dem Managementplan für NOAH-Synthese

4. Sind inzwischen von dritter Seite Ergebnisse bekannt geworden, die für die

Durchführung des Vorhabens relevant sind?

Das Projektteam stand (und steht natürlich auch weiterhin) im intensiven Dialog mit

den anderen Vorhaben der Agenda „Küstenmeerforschung in Nord- und Ostsee“ (KüNO)

sowie mit den an der Umsetzung von EU-Richtlinien beteiligten Behörden und

Landesämtern. Synergien auf diesen Ebenen werden selbstverständlich von Seiten der

NOAH-Synthese Mitarbeiter gesucht und genutzt. Indirekt wirken auf das Vorhaben

auch Einflüsse durch die Beteiligungen an diversen nationalen und internationalen

Arbeitsgruppen wie denen des BLANO und ICES. Wissenschaftliche oder technische

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Fortschritte, die eine Änderung der geplanten Durchführung des Vorhabens

erforderlich machen würden, sind aus den genannten Kreisen sowie aus der Recherche

gängiger Quellen (Fachliteratur, Internet, Konferenzen) aber nicht bekannt geworden.

Sind oder werden Änderungen in der Zielsetzung notwendig?

Mit dem Fortschreiten nationaler und EU-weiter Meerespolitik ist eine Einflussnahme

der sich ändernden Rahmenbedingungen und Forschungsschwerpunkte auf die

zukünftige Zielsetzung innerhalb des Projekts nicht abzusehen. Momentan ist dies nicht

der Fall.

5. Fortschreibung des Verwertungsplans.

Erfindungen und Schutzrechtsanmeldungen

Nicht zutreffend.

Wirtschaftliche Erfolgsaussichten

Als Folge der Wirtschaftskrise ist sowohl die Bundesregierung als auch die Europäische

Kommission gefordert, neue Perspektiven für ein stabiles und dauerhaftes

ökonomisches Wachstum zu schaffen. Dabei ist der Weg einer intensiveren Nutzung der

Küstenmeere als Wirtschaftraum äußerst attraktiv. Hier bieten sich aussichtsreiche

Investitionsstrategien in den Bereichen Ernährung, Biotechnologie, Energieversorgung

und Rohstoffgewinnung. Die Notwendigkeit zur Schaffung wissenschaftlicher Fakten als

entsprechende Grundlage für investitionspolitische Entscheidungen ist naheliegend.

Solche Assoziationen zeigen sich bereits in Initiativen wie „Blue Growth“, einem

Schwerpunkt des EU-Rahmenprogramms „Horizon 2020“. Demnach helfen die im

NOAH-Synthese Projekt erfassten Geoinformationen sowie die entwickelten

Bewertungsmodelle und Verfahren möglicherweise sowohl Unternehmen als auch der

Politik bei der Entwicklung effizienter Lösungsstrategien.

Wissenschaftliche und/oder technische Erfolgsaussichten

Das konstruktive Zusammenwirken des NOAH-Konsortiums sowie der gemeinsam mit

Behörden und anderen Forschungsprojekten beschrittene Weg des dialogorientierten

Erfahrungsaustauschs, haben die Erfolgsaussichten des Vorhabens deutlich erhöht. Ein

wissenschaftlich bedeutender Zugewinn ist insbesondere durch die Begleitung des

MSRL-Umsetzungsprozesses zu erwarten, die im Verbund mit der Entwicklung

innovativer Methoden zur Erfassung, Bewertung und Beobachtung des „good

environmental status“ (GES) einhergeht und nicht zuletzt in wissenschaftlichen

Publikationen münden wird.

Die Erfolgsaussichten des Vorhabens erhöhen sich zusätzlich durch die Kooperationen

mit den anderen vier Vorhaben der BMBF-FONA Agenda „Küstenmeerforschung in



24 Feb 2014

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Nord- und Ostsee“ (KüNO). Hier ist zu erwarten, dass die inhaltliche und technische

Abstimmung bei der Entwicklung einer gemeinsamen Daten- und Modellinfrastruktur

die Küstenforschung in Deutschland langfristig beeinflussen wird.

Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit

Wie bereits angedeutet wird sich die nationale und europäische Forschungsförderung

der kommenden Jahre voraussichtlich verstärkt auf die Entwicklung nachhaltiger

Lösungen für marine Raumnutzungsformen konzentrieren. Gleichzeitig ist damit zu

rechnen, dass sich auch die politischen Zielvorgaben für den Meeresschutz verändern

werden. Ein Indiz dafür ist die geplante Einführung einer EU-Direktive zur Marinen

Raumplanung (MSPD). Ähnlich wie bei der Umsetzung der MSFD (dt. MSRL) würde dies

wiederum die Nachfrage nach wissenschaftlichen Konzepten und Bewertungsmodellen

erhöhen. Forschungsvorhaben wie NOAH böten sich dann Perspektiven im Hinblick auf

die weitere Anwendung und Entwicklung von Methoden und Produkten über die

Projektlaufzeit hinaus.

Im Rahmen des Projekts wurden von NOAH Partnern folgende akademische

Qualifizierungsarbeiten betreut und von AbsolventInnen erfolgreich abgeschlossen:

Boeckel, Alina (2016): Bindungsformen von Phosphor in Sedimenten der

Deutschen Bucht. B.Sc. (Fachhochschule Lübeck), 75 Seiten.

Kartheuser, Jan (2016): Kartierung der 15N-Werte in Oberflächensedimenten

der nordöstlichen Deutschen Bucht. B.Sc. (Universität Hamburg, FB

Geowissenschaften, Institut für Geologie), 44 Seiten.

Meier, L. (2016): Biogeochemische Methodenüberprüfung der Elementaranalytik

(C,N) und Massenspektrometrie (delta 15N) anhand von Oberflächensedimenten

aus der Deutschen Bucht. B.Sc. (Universität Hamburg, FB Geowissenschaften,

Institut für Geologie), 54 Seiten.

Metzing, J. (2016): Hydroakustische Untersuchung von Oberflächen-

Sedimenttypen der Nordsee. M.Sc. (Universität Hamburg, FB Geowissenschaften,

Institut für Geologie)

Ohde, Ramona (2016): Die räumliche und zeitliche Variabilität der

Epifaunagemeinschaften in der deutschen ausschließlichen Wirtschaftszone der

Jahre 2005 bis 2015. M.Sc. (Universität Oldenburg, Senckenberg).

Pallacks, Sven (2016): Shear stability of marine sands in the German Bight:

Application of a shear test device SEDCURL. B.Sc. (Durchführung am MARUm

Einreichung an der Universität Heidelberg).

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Persichini, Gianna (2016): Flocculation under tidal forcing. M.Sc. (Fachbereich

Geowissenschaften, Universität Bremen).


– BMBF-FONA Projekt NOAH Teilprojekt 1


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Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material und Küstenforschung GmbH (HZG)



Förderkennzeichen:

03F0742A

Laufzeit:

01.04.2016 – 01.03.2019

Berichtszeitraum:

01.04.2016 – 31.12.2016

berichtendes Teilprojekt:

Teilprojekt 1: Biogeochemie, Nährstoff‐ und Kohlenstoffzyklus im benthischen Ökosystem der Nordsee

Verantwortlicher Teilprojektleiter:

Prof. Dr. Kay-Christian Emeis, Bearbeiter: Dr. Frank-Detlef Bockelmann



Das Vorhaben befasst sich mit der Modellierung physikalischer Zustände in der

Bodenwasserschicht und benthischer Nährstoffkreisläufe in Sedimenten des deutschen

Festlandsockels der Nordsee. Es hat zum Ziel, die Ergebnisse aus umfangreichen

Ensemblesimulationen und Messungen von Stofftransporten und Stoffumsätzen auf

Basis eines probabilistischen Verfahrens (Bayessches Netzwerk) abzubilden und zu

bewerten. Diesbezüglich hatten wir bereits in der ersten Phase des NOAH Projekts

(2013-2016) damit begonnen, das biogeochemische Sediment-Modell OMEXDIA-P unter

Federführung des Schwesterprojekts MOSSCO zu testen. Erste Ergebnisse zeigten, dass

OMEXDIA-P in der Lage ist, die an den NOAH Referenzstationen gemessenen

jahreszeitlichen Schwankungen realistisch wiederzugeben (Abb. 1).

Für die weitere Verfahrensentwicklung sollten zunächst die „Schwankungsbreiten der

Modellparameter eingegrenzt und das Modellsetup für Monte-Carlo Simulationen

festgelegt“ werden (Meilenstein 1, Sep’16). Die uns derzeit vorliegenden Ergebnisse

lassen vermuten, dass der flexiblere multi-G Ansatz in OMEXDIA-P (organisches

Material in unterschiedlicher Qualität) die Übertragbarkeit des Modells auf

unterschiedliche Sedimente auf Kosten der Reproduzierbarkeit von lokalen Messungen

begünstigt. Demgegenüber mussten wir aber auch feststellen, dass das Modell in den

biologisch aktiven Sommermonaten nur geringfügig zwischen kohäsiven (siltigen bis

schlickigen) und permeablen (sandigen) Sedimenten unterscheidet.



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Bereits zum Abschluss der NOAH Phase 1 lagen Messungen vor, die darauf hindeuten,

dass die relative Bedeutung der Sedimente für die Stoffbilanz des Untersuchungsgebiets

deutlich geringer ist als vermutet. Als Grund hierfür wurde u.a. die strömungs- und

wind-getriebene Resuspension genannt, die ein Absetzen von frischem organischem

Material in der Deutschen Bucht erschweren könnte. Im Vorhaben wurden deshalb

frühzeitig die Weichen für eine Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen

biogeochemischen Prozessen und regionalspezifischen Strömungsmustern gestellt.

Konkret wurde damit begonnen, die Variabilität des Strömungsregimes der Nordsee

anhand multi-dekadischer hydrodynamischer Rekonstruktionen (www.coastdat.de) zu

beschreiben. Bislang erwuchs daraus ein Werkzeug, mit dessen Hilfe man die räumliche

und zeitliche Entwicklung des Reststromfeldes in der Nordsee interaktiv darstellen

kann (www.noah-project.de/tools).

Wir gehen davon aus, dass die Informationen über die hydrodynamischen Verhältnisse

eine Beschreibung des Einflusses von lateralem Stofftransport auf die benthischen

Nährstoffkreisläufe zulassen und in Kombination mit Zeitserien von satellitengestützten

Beobachtungen der Primärproduktion möglicherweise eine räumliche Differenzierung

des partikulären Stoffeintrags ermöglichen. Dank der gut funktionierenden Kooperation

mit MOSSCO stehen uns für ein solches Unterfangen bereits zeitlich hochauflösende

Daten einer multi-annuellen 3D-Simulation zur Verfügung.

Abbildung 1. Vergleich beobachteter und modellierter Sauerstoffzehrungsraten (mmol O2 m-2 d-1) in Sedimenten der NOAH Referenzgebiete. Das OMEXDIA-P Modell (als Teil des MOSSCO Modellsystems) liefert im Vergleich zu Messdaten ähnliche Jahresgänge mit vergleichbaren Schwankungsbreiten.

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Stand: 03 May 2017





Ausgabenplanung.

Der für das Jahr 2016 vorgesehene Meilenstein 1 wurde nur teilweise umgesetzt.

Bislang konnten nur einige Modellparameter und Zustandsgrößen analysiert werden.

Grund hierfür ist die Notwendigkeit der Durchführung und Auswertung von

zeitaufwendigen und datenintensiven gekoppelten 3D-Ensemblesimulationen.

Die Ausgaben und die weitere Finanzplanung des Vorhabens liegen innerhalb des

Gesamtfinanzierungsplans.



Antrag geändert?

Nein, die Ziele können nach wie vor erreicht werden. Gegebenenfalls verringert sich die

Komplexität des anvisierten Bayesschen Netzwerks, d.h., weniger Prozesse können

abschließend berücksichtigt werden. Möglicherweise zeigt sich im Verlauf des Projekts

aber auch, dass die Integration anderer Einflussfaktoren (wie z.B. lateraler Transport)

einen größeren Nutzen in sich trägt.

4. Sind inzwischen von dritter Seite FE-Ergebnisse bekannt geworden, die für die


Im Rahmen des Shelf Sea Biogeochemistry programme (gefördert durch NERC und

Defra, UK) werden u.a. Beobachtungsdaten verschiedener sedimentbiogeochemischer

Parameter im Bereich des nord-west europäischen Kontinentalschelfs mittels

statistischer Modellierung zu flächendeckenden Karten interpoliert. Erst kürzlich wurde

beispielsweise der aktuelle Bestand an partikulärem organischem Kohlenstoff in

Oberflächensedimenten abgeschätzt. Diese Informationen sind für unsere Arbeiten als

Vergleichswerte und alternative Randbedingungen von Interesse.



Nein, dazu gibt es derzeit keine Veranlassung.



keine

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Ein kommerzielles Interesse an den Ergebnissen ist, wenn überhaupt, am ehesten für

das Verbundprojekt zu erwarten. Für das Teilprojekt 1 werden daher keine eigenen

wirtschaftlichen Erfolge in Aussicht gestellt.


Die derzeitigen Ergebnisse des Vorhabens ein wichtiger Schritt hin zur Entwicklung des

probabilistischen Sedimentmodells (mittels Bayesscher Netzwerk Technologie). Ein

solches Werkzeug könnte dann die Effekte planerischen Handelns z.B. im Bereich der

Eutrophierungsregulierung (Düngung) in Beziehung zur Unschärfe des Wissens setzen.

Darüber hinaus erleichtert es die Kommunikation mit externen Nutzern (z.B. Behörden

oder Managern) durch seine intuitive Darstellung, woraus sich wesentliche Impulse für

eine praxisnahe Ausrichtung der Forschung ergeben sollten.

Es sind darüber hinaus mehrere Publikationen in international renommierten

Fachzeitschriften zu erwarten.


Es ist durchaus vorstellbar, dass der gewählte BN-Ansatz auch für andere aktuelle

Fragestellungen der Küstenmeerforschung adaptiert werden kann. Eine wesentliche

Attraktivität besteht unserer Meinung nach darin, dass sich die (in der Regel) sehr

großen Datenmengen einer detaillierten numerischen Modellierung auf ein Maß

reduzieren lassen, das für die meisten Nutzer praktikabler ist. Dieser könnte dann eine

interaktive Betrachtung der wesentlichen Abhängigkeiten in einem System vornehmen,

ohne auf die umfangreichen Ursprungsdaten zugreifen zu müssen.

Veröffentlichungen

Bockelmann, F., Puls, W., Kleeberg, U., Müller, D., Emeis, K.-C., submitted 2017. Mapping mud content and median grain-size of North Sea sediments – a geostatistical approach. Marine Geology.

Neumann, A., van Beusekom, J., Emeis, K.-C., in revision. Elimination of reactive nitrogen in German Bight sediment (North Sea). Journ. of Sea Research.

Neumann, H., Emeis, K., Kröncke, I., Diekmann, R., Moll, A., Kleeberg, U., submitted. Full-coverage spatial distribution of epibenthic communities in the south-eastern North Sea in relation to habitat characteristics and fishing effort. Marine Environmental Research.


– BMBF-FONA Projekt NOAH – Teilprojekt 2


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Zentrum für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) der Universität Bremen



Förderkennzeichen:

03F0742B

Laufzeit:

01.04.2016 – 01.03.2019

Berichtszeitraum:

01.04.2016 – 31.12.2016


Teilprojekt 2: Turbulenz und kleinskalige Morphodynamik: Interaktion geophysikalischer Prozesse an der Grenzschicht Wasser-Sediment


PD Dr. Christian Winter



Wie beantragt sind die ersten beiden Meilensteine bearbeitet:

M2.1 09/2016 Durchführung der Schiffsforschungsreisen mit FS Heincke

HE470, HE471:

Beide Reisen wurden durch NOAH2 Antragsteller durchgeführt. HE470 mit Fahrtleitung C Winter (MARUM), HE 471 mit Fahrtleitung J. v. Beusekom (HZG).

M2.2 12/2016 Daten der Reisen HE470, HE471 analysiert und in

Habitatatlas implementiert

Auf der Reise HE470 wurden großflächige Vermessungen mit dem schiffseigenen Fächerecholot durchgeführt. An 7 Positionen wurden mit dem autonomen Meeresbodenobservatorium (Lander) SedObs Messungen durchgeführt. Für jeweils ca 25h wurden gewässerphysikalische Zustandsgrößen und die Dynamik des Meeresbodens gemessen. 49 Sedimentproben wurden entnommen und mit Coulter Laser Sizer für Partikelgrößen analysiert.

Auf der anschließenden Reise HE471 wurden weitere großflächige Vermessungen eines Pockmark-Feldes mit dem schiffseigenen Fächerecholot durchgeführt. An 4 Positionen wurden mit dem autonomen Meeresbodenobservatorium (Lander) SedObs Messungen durchgeführt. Für jeweils ca 25h wurden gewässerphysikalische Zustandsgrößen und die Dynamik des Meeresbodens gemessen. 11 Sedimentproben wurden entnommen und mit Coulter Laser Sizer für Korngrößenstatistik analysiert.



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Analysen und Datensätze liegen vor und wurden mit Kollegen im Projekt ausgetauscht. Die Daten werden nach Elternzeit von Knut Krämer für die Implementierung in den Habitatatlas vorbereitet (s.u.).

Im Rahmen der Fahrten HE470 und HE471 wurde in einem Untersuchungsgebiet (NOAH E) ein offenbar abrupt entstandenes Feld von Fluidaustritten (Pockmarks) entdeckt. Das Auftreten von Pockmarks in dieser Dichte und Anzahl ist für das Untersuchungsgebiet einzigartig. Für die weitergehende interdisziplinäre und projektübergreifende Analyse wurden Daten ausgetauscht und bathymetrische Daten verschiedener Zeitpunkte verschnitten. Zum Thema ist bei der Zeitschrift Scientific Reports ein Manuskript eingereicht und befindet sich zurzeit in der Begutachtung (Krämer et al, in review).


Ausgabenplanung.

Durch die Elternzeit von Knut Krämer (Februar bis August 2017) ergeben sich

kostenneutrale Verschiebungen in der Arbeits- und Zeitplanung. Die damit verbundene

Änderung in der Ausgabenplanung ist mit Frau Sagert (PTJ) kommuniziert (Ihre Email

vom 17.1.2017).



Antrag geändert?

Die Aussichten für die Erreichung der Ziele haben sich nicht geändert.



Es sind keine Ergebnisse bekanntgeworden, die die Durchführung des Vorhabens

maßgeblich beeinflussen. Die relevante Literatur in einschlägigen Zeitschriften wird

laufend verfolgt. Zur Nutzung der mittelgroßen Forschungsschiffe in der Deutschen

Bucht wurde kürzlich (23.7.2017) in Kiel ein Workshop veranstaltet, bei dem die

Tätigkeiten der Nutzer ausgetauscht diskutiert wurden. C Winter hat dort das Projekt

NOAH2-Synthese vorgestellt.

5. Sind oder werden Änderungen in der Zielsetzung notwendig?

Zum jetzigen Zeitpunkt sind keine Änderungen in der Zielsetzung notwendig.



Erfindungen/Schutzrechtsanmeldungen und erteilte Schutzrechte sind nicht angestrebt.




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Im Rahmen dieses Teilprojekts werden keine direkten wirtschaftlichen Ziele formuliert

und es werden daher auch keine direkten wirtschaftlichen Erfolge erwartet.


Die wissenschaftlichen und technischen Erfolgsaussichten betreffen Ergebnisse aus den

Messungen, Analysen und der Dissertation, die direkt in Publikationen international

begutachteter Zeitschriften einfließen (s.o.). Sie stellen die wissenschaftliche Grundlage

für die Entwicklung von Managementempfehlungen für die nachhaltige Ressourcen-

Nutzung dar. Die Projektergebnisse werden der Öffentlichkeit auch im Rahmen von

Workshops vorgestellt. Die Arbeit wird in Form von wissenschaftlichen Publikationen,

Öffentlichkeitsarbeit und Entwicklung weiterer Forschungsanträge dokumentiert


Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit: Die Daten, die in diesem

Teilprojekt erhoben werden sind relevant für zukünftige Berichte zum Umweltzustand

der Küstengewässer. Das Projekt leistet einen Beitrag zur ökologischen Bewertung der

deutschen AWZ mit Hilfe der verschiedenen Deskriptoren der FFH-LRT und EU-WRRL

und EU-MSRL. Das Projekt stellt mit dem Einsatz des Landersystems eine Grundlage für

die Weiterentwicklung ähnlicher Systeme und deren – auch längerfristiger – Installation

am Meeresboden im Rahmen von Aufgaben im Monitoring des Zustands des

Meeresbodens durch staatliche und nichtstaatliche Institutionen.

Literatur

Krämer et al. (in review) Abrupt emergence of a large pockmark field in the German Bight, southeastern North Sea", Nature Scientific Reports.

Krämer K, Winter C (2016) Predicted ripple dimensions in relation to the precision of in situ measurements in the southern North Sea. Ocean Sci 12:1221–1235. doi: 10.5194/os-12-1221-2016.

Ahmerkamp S, Winter C, Krämer K, de Beer D, Janssen F, Friedrich J, Kuypers M, Holtappels M (2017) Regulation of benthic oxygen fluxes in permeable sediments of the coastal ocean. Limnology and Oceanography.



Stand: 03 May 2017




Seite 20



Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, Hamburg (BSH)



Förderkennzeichen:

03F0743A

Laufzeit:

01.04.2016 – 01.03.2019

Berichtszeitraum:

01.04.2016 – 31.12.2016


Teilprojekt 3: Erfassung und Bewertung von Schadstoffbudgets und -prozessen in der Deutschen Bucht - Integrierende Werkzeuge zur räumlich strukturierten, nachhaltigen Meeresnutzung.


Dr. Berit Brockmeyer



Das Teilprojekt 3 ist Teil des AP 2 und befasst sich mit der Bewertung von

Schadstoffbudgets und –prozessen in der Deutschen Bucht. Zusätzlich sollen im

Teilprojekt 3 integrierende Werkzeugen zur räumlich strukturierten, nachhaltigen

Meeresnutzung geschaffen werden. Eine Übersicht über den derzeitigen Stand des

Teilprojektes gibt Tabelle 1 auf Seite 4.

M 2.3.1 und M 2.3.2 Zusammenfassung der Schadstoffkonzentrationen in der Fein-

kornfraktion des Sediments, Aus- und Bewertung derzeitiger

Normierungsverfahren.

Im Rahmen einer BSH-Monitoringfahrt im Jahr 2016 (AT239) wurden Proben für die

Analyse der Feinkornfraktion (< 63 µm) des Sediments an den BSH Monitoring-

Stationen genommen. Diese Sedimentproben ergänzen räumlich die bereits im NOAH

Projekt analysierten ersten Proben in den NOAH Referenzgebieten für die Ermittlung

der Schadstoffkonzentration in der Feinkornfraktion des Sediments. Ziel ist ein

räumlich ausgeweitetes Inventar der Schadstoffkonzentrationen in der

Feinkornfraktion zu erhalten, welches dann auch als flächige Karte im Habitatatlas

dargestellt werden kann.

Seit September 2016 wurden diese Proben (n = 17) mit dem in der ersten Projektphase

erarbeiteten Verfahren gesiebt und anschließend aufgearbeitet und analysiert. Für eine

Seite 21




Verfahrensüberprüfung und Validierung wurden Mehrfachsiebungen der genommen

Proben durchgeführt und Referenzsedimente gesiebt und aufgearbeitet (n = 37).

Erste Ergebnisse sind in Abbildung 1 dargestellt und werden vorrausichtlich im Mai

2017 in einer Bachelorarbeit zusammengefasst. Eine Veröffentlichung der Daten als

wissenschaftliche Publikation ist für Ende 2017 geplant.

Die neu analysierten Proben erweitern das Spektrum der bereits aus der ersten

Projektphase vorhandenen Daten, insbesondere von sandigen Gebieten der AWZ (UE70,

UE67), wo durch geringe Konzentrationen im Gesamtsediment Messwerte meist unter

der Bestimmungsgrenze liegen. Durch die Erweiterung der Datenlage kann eine Aus-

und Bewertung derzeitiger Normierungsverfahren erfolgen (OSPAR, 2.5% TOC).

Bei der Darstellung der ermittelten Schadstoffkonzentrationen in der Feinkornfraktion

(Abb. 1 a und b) wird deutlich, dass diese nicht mehr sedimenttypenabhängig sind,

sondern ein quellenabhängiger Zusammenhang sichtbar ist. Vor allem die

Konzentrationen der chlorierten Kohlenwasserstoffe sind in den küstennahen

Bereichen (speziell an der Elbe- und Rheinmündung) höher und nehmen zur offenen

Nordsee hin ab (Abb. 1a). Da der Eintrag der polyzyklischen aromatischen

Kohlenwasserstoffe (PAK) hauptsächlich über atmosphärischen Transport erfolgt, ist

der oben beschriebene Trend bei dieser Schadstoffklasse weniger stark ausgeprägt

(Abb. 1b). Besonders deutlich wird die Nivellierung der Abhängigkeit des Sedimenttyps

durch die Bestimmung in der Feinkornfraktion im Vergleich der Stationen L1 und SSL.

Beide Stationen weisen eine sehr unterschiedliche Sedimentbeschaffenheit auf, sind

aber denselben Schadstoffeinträgen ausgesetzt. Während die

Schadstoffkonzentrationen im Gesamtsediment sehr unterschiedliche sind, wurden in

der Feinkornfraktion sehr ähnliche Schadstoffkonzentrationen ermittelt.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Sedimentsiebung ebenfalls als Normierungstool für

Schadstoffkonzentrationen im Sediment eingesetzt werden kann.



Stand: 03 May 2017




Seite 22

Abbildung 1: Räumliche Erweiterung der Schadstoffkonzentrationen in der Feinkornfraktion für ausgewählte CKW (a) und PAK (b) Leitsubstanzen

Seite 23




M 2.3.3 Auswertung rezenter Belastungen organischer Schadstoffe im

Sediment

Die Schadstoffanalysen der Sedimentkerne sollen weiteren Aufschluss über die

räumliche Belastungsentwicklung geben. Ebenfalls können durch die Analyse der

Sedimentkerne neuere Schadstoffklassen über einen zeitlichen Horizont bewertet und

der Einfluss der Bioturbation auf die Schadstoffgradienten untersucht werden. Die

Sedimentkernanalysen dienen aber vor allem dazu Hintergrundkonzentrationen zu

ermitteln, die für die Festlegung von Schwellenwerten für den guten Umweltzustand

von zentraler Bedeutung sind.

M 2.3.3 Auswertung zu Stoff-spezifischen Verteilungsmustern (Chemometrie)

Die Auswertung von Stoff-spezifischen Verteilungsmustern wird mit der integrativen

Passivsammler Beprobungstechnik durchgeführt um Transport- und

Verteilungsprozesse in und zwischen den Kompartimenten Wasser, Sediment,

Porenwasser und Benthos zu bestimmen. Anschließend soll eine Bewertung des Risikos

für die am Meeresboden lebenden Organismen erfolgen. Durch das in der ersten

Projektphase entwickelte Verfahren zur Aufreinigung und Extraktion der eingesetzten

Silikonstreifen steht nun ein optimales Analyseverfahren zur Verfügung, welches den

Einsatz von Passivsammlern für das Monitoring von Schadstoffen erleichtert.

Die Beprobung und Ausbringung erfolgt in Kooperation mit dem Projektpartner HAW.

Für April 2017 ist die erste Ausbringung von Sammlern in der Nordsee (Helgoland,

MarGate) geplant. Im Verlauf des Jahres sollen an verschiedenen Orten weitere

Passivsammler ausgebracht werden.

M 2.3.5 Abschluss und Bewertung der Verfahrensentwicklung des chemisch-

toxikologischen Screeningtests

Mit der Verfahrensentwicklung für den chemisch-toxikologischen Screeningtests soll

Ende 2017 begonnen werden.

M 2.3.6 Integrierte Aus- und Bewertung mit den anderen Projektpartnern im AP;

Karte MSRL-Indikatoren

Die integrierte Aus- und Bewertung der gewonnen Ergebnisse erfolgt kontinuierlich.

Das BSH steht für die Durchführung der Arbeiten mit den anderen Projektpartnern, wie

dem HZG und der HAW, in ständigem Austausch.



Stand: 03 May 2017




Seite 28

Seite 24

Tabelle 1: Meilensteine (M) und Deliverables (D) von Teilprojekt 3 gekennzeichnet als abgeschlossen (grün), in Bearbeitung (gelb) und Aktivität ruht (rot), ursprüngliche Planungsziel in „( )“.

Beschreibung Projektmonat

M 2.3.1

Zusammenfassung der Schadstoffkonzentrationen in der Feinkornfraktion des Sediments

Monat 15 (12)

M 2.3.2 D1

Aus- und Bewertung derzeitiger Normierungsverfahren (TOC, Feinkornfraktion) Räumlich strukturiertes Basisinventar von Schadstoffen und Begleitparametern der Sedimentfeinkornfraktion; Beitrag zu MSRL-Normierungsverfahren für Sedimente (Einbeziehung der Feldversuche 2016 sowie der Daten aus NOAH-1); Zwischenbericht

Monat 16 (14) Monat 15 (14)

M 2.3.3 D2

Auswertung rezenter Belastungen organischer Schadstoffe im Sediment Bereitstellung von Hintergrundwerten klassischer Schadstoffe im Sediment für MSRL Indikatorset; Vortrag auf wissenschaftlicher Tagung

Monat 27 (21) Monat 30 (24)

M 2.3.4 D3

Auswertung zu Stoff-spezifischen Verteilungsmustern (Chemometrie) Bereitstellung aktueller Schadstoffkonzentrationen von Wasser- und Sedimentproben der Jahre 2016 und 2017 an AP 1.1 und AP 3.2; Publikationen (zusammen mit AP 2.4 Partnern)

Monat 30 (24)

Monat 16, 30 und nach Bedarf (15, 24)

M 2.3.5 D4

Abschluss und Bewertung der Verfahrensentwicklung des chemisch-toxikologischen Screeningtests Optimiertes Verfahren mit SOP des chemisch-toxikologischen Screeningtests

Monat 30 Monat 36 (30)

M 2.3.6 D5

Integrierte Aus- und Bewertung mit den anderen Projektpartnern im AP; Karte MSRL-Indikatoren Karte zur Schadstoffbelastung: Erweiterung der NOAH-1 Habitatkarten um schadstoffbezogene Indikatoren zur Bewertung des ökologischen Zustands; Beitrag zu Indikatorset V2 (mit AP 4.1)

Monat 36 (30) Monat 36 (30)

Vergleich des Stands des Vorhabens mit der ursprünglichen Arbeits-, Zeit- und

Ausgabenplanung.

Durch die zeitlich verzögerter Einstellung der Projektwissenschaftlerin Frau Lau um 4

Monate, wurde eine Anpassung des ursprünglichen Zeitplans vorgenommen. Trotzdem

können die Meilensteine und Deliverables weitgehend wie in der ursprünglichen

Zeitplanung erreicht werden. Es wird, wie im aktuellen Zeitplan beschrieben,

voraussichtlich eine Verzögerung von zwei Monaten für das Erreichen der Meilenstein

M2.3.1 und M2.3.2 sowie D1 geben. Bis jetzt ist nicht abzusehen, dass es zu weiteren

Verzögerungen beim Erreichen der restlichen Meilensteine und Deliverables kommen

wird.

Seite 25




Seite 25



Antrag geändert?

Es ist nicht abzusehen, dass Ziele nicht erreicht werden können. 3. Sind inzwischen von dritter Seite Ergebnisse bekannt geworden, die für die


Die technischen und wissenschaftlichen Fortschritte und Methoden der nationalen und

internationalen Kollegen werden durch Lektüre der gängigen Fachzeitschriften,

Konferenzen und Internetportale verfolgt. Wissenschaftlich sind uns keine Aktivitäten

bekannt, die auf die gleichen wissenschaftlichen und technischen Ziele wie dieses

Teilprojekt im Gebiet der Deutschen Bucht fokussieren.


Es sind keine Änderungen in der Zielsetzung absehbar.


Zum derzeitigen Zeitpunkt gibt es keine Anhaltspunkte für Änderungen im

Verwertungsplan.

Zusammen mit den Projektpartnern sollen in diesem Teilprojekt wissenschaftliche

Veröffentlichungen in Fachzeitschriften publiziert werden. Die wissenschaftlichen

Erkenntnisse werden zusätzlich auf einer Fachkonferenz im Jahr 2018 präsentiert.

Eventuell erfolgen weitere Präsentationen auf Fachkonferenzen.

Die gewonnenen Daten sollen nicht nur in Form von Karten für den Habitatatlas

sondern ebenfalls, nach der wissenschaftlichen Publikation, in Datenbanken für Dritte

öffentlich zugänglich gemacht werden. Durch die Leitung der nationalen FachAG

„Schadstoffe und biologische Effekte“, sowie durch internationale Gremientätigkeit in

diesem Bereich durch das Thünen Institut und das BSH (z.B. Teilprojektleitung), können

die gewonnenen Ergebnisse zusätzlich von Entscheidungsträgern (beispielsweise für

die MSRL) genutzt werden.

Eine Liste der Tätigkeiten von Projektleitern in internationalen Gremien findet sich auf

den NOAH Projektseiten, http://www.noah-

project.de/imperia/md/content/noah/ap4/gremientatigkeiten_ti_bsh_2017.pdf

Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit innerhalb des Teilprojektes und mit den

weiteren Projektpartnern von NOAH-Synthese wird das fachliche Netzwerk zwischen

dem BSH als behördlichem Partner und der (außer)universitärer Forschung gestärkt

und für die zukünftige Bearbeitung gemeinsamer Fragestellungen ausgebaut.




Seite 31

Seite 26

Zwischenbericht (nach Anlage 1 zu Nr. 3. 1 BNBest-BMBF 98)


Forschungsinstitut Senckenberg am Meer, Wilhelmshaven



Förderkennzeichen:

03F0742E

Laufzeit:

01.04.2016 – 01.03.2019

Berichtszeitraum:

01.04.2016 – 31.12.2016


Teilprojekt 4: Raum-zeitliche Variabilität der Benthosgemeinschaften und ihrer Bioturbationspotentiale in der deutschen AWZ


PD Dr. Ingrid Kröncke



Arbeitspaket 1 (Meilenstein 1,2,3)

Im Fokus von Teilprojekt 4 steht die Nutzung der im Habitatatlas zusammengeführten

Daten für eine umfassende, statistisch basierte und räumlich aufgelöste

Charakterisierung benthischer Habitate in der südöstlichen Nordsee. Gemäß

Meilensteinplanung wurden die im Habitatatlas implementierten großräumigen

Geoinformationen (Umweltfaktoren, Fischerei, benthische Arten) für die

Habitatmodelierung geostatistisch aufgearbeitet. Zu diesem Zweck fand am 20.10.2016

ein geostatistischer Workshop am Helmholtz Zentrum Geesthacht (HZG) statt, bei dem

die entsprechenden Daten ausgetauscht und geeignete statistische

Interpolationsverfahren diskutiert und angewandt wurden. Wie in vorangegangenen

Berichten angekündigt, hatte der Workshop zum Ziel die existierenden Habitatmodelle

durch die vom HZG zur Verfügung gestellten Umweltfaktoren (insbesondere

Temperatur, Salinität und Bodenschubspannung) zu verbessern. Daraus resultierend

wurden gemäß Meilensteinplanung (Meilenstein 2) die potentiellen Habitate von sieben

epibenthischen Arten modelliert, die zur Bewertung des Umweltzustandes im Rahmen

der Meeresstrategie-Rahmen-Richtlinie relevant sind. Die Güte der sieben Modelle kann,

gemessen an dem AUC-Wert, als „exzellent“ bezeichnet werden (AUC Werte jeweils

>0,8). Abbildung 1 zeigt exemplarisch die Habitatmodelle des Schlangensterns

Ophiothrix fragilis und der Trapezkrabbe Goneplax rhomboides. Das Habitat des

Schlangensterns O. fragilis gilt als besonders empfindlich gegenüber der demersalen

Fischerei, da er in der südöstlichen Nordsee vorwiegend mit großen Schwamm-

Aggregationen assoziiert ist, die langsame Wachstums- und Regenerationsraten




Seite 27

aufweisen. Dies konnte durch das Habitatmodel von O. fragilis untermauert werden, für

das ein Fischereiaufwand von 0 der wichtigste beschreibende Faktor war. Die

Trapezkrabbe ist eine in die Nordsee eingewanderte Art, die mittlerweile stabile

Populationen in der Deutschen Bucht aufweist. Der wichtigste Umweltfaktor für das

Habitatmodel der Trapezkrabbe war der Schlickgehalt des Sedimentes, was eine sehr

gute Übereinstimmung mit der Lebensweise der Art widerspiegelt, da sie als

tiefgrabende Art komplexe Gangsysteme im Sediment anlegt.

Über die Modellierung einzelner Arten hinaus, wurden die verbesserten

Umweltvariablen bereits für die Modellierung von epibentischen Lebensgemeinschaften

benutzt (Meilenstein 3). Eine Publikation zu diesem Thema steht kurz vor der

Einreichung.

Abbildung 1: Habitatmodelle des Schlangenstern Ophiothrix fragilis (links) und der Trapezkrabbe Goneplax rhomboides. (von blau nach rot: ansteigende Wahrscheinlichkeit des Vorkommens der Art)

Der Geostatistik Workshop diente zudem dazu, geeignete Interpolationsmethoden für

benthische Punktdaten zu finden, für die die Habitatmodelierung nicht sinnvoll ist. Um

für den Habitatatlas räumlich explizite Karten für die Abundanz weit verbreiteter Arten

(Asterias rubens, Liocarcinus holsatus, Ophiura albida), sowie die Parameter Artenzahl,

Diversität (Shannon-Wiener), Gesamtabundanz und –biomasse zu generieren, wurde

sich auf „Empirical Bayesian Kriking“ geeinigt (Abb. 2). Der wesentliche Vorteil dieser

Methode gegenüber anderen Verfahren ist, dass sie den Fehler berücksichtigt, der durch

die Schätzung des zugrundeliegenden Semivariogramms entsteht und die manuelle

Parameter Anpassung anderer Methoden durch Simulationen automatisiert.

Die Karten für die genannten Arten bzw. benthischer Parameter befinden sich derzeit in

der Aufarbeitung (Update der Metadaten) für den Habitatatlas (Meilenstein 1).



Stand: 03 May 2017




Seite 28

Abbildung 2: Mit „Empirical Bayesian Kriking“ interpolierte Abundanz des Seesterns Asterias rubens

(links) und der epibenthischen Gesamtartenzahl (rechts) in der südöstlichen Nordsee.

Arbeitspaket 2 (Meilenstein 2 und 3):

Im Rahmen von Arbeitspaket 2 fand vom 28.08. – 02.09.2016 eine interdisziplinäre

Datenerhebung auf der FS Heincke-Expedition HE470 statt. Die Probennahme diente

der Untersuchung des Einflusses der Makrofauna auf benthische Stoffflüsse und

kleinräumige Sedimentdynamiken (Transport- und Erosionsprozesse) vor der Insel Sylt

und dem NOAH Referenzgebiet „NOAH E“. Insgesamt wurden 24 Proben mittels

Multicorer (MUC) und 32 Proben aus Inkubationskernen zur Erfassung der Makrofauna

genommen. Die Makrofaunaproben werden derzeit sortiert und bearbeitet.

Im Rahmen eines geplanten Workshops am 30.03.2017 sollen zusammen mit den

Kolleginnen und Kollegen des AWI, MARUM und HZG die biologischen und chemischen

Daten gemeinsam ausgewertet und die Ergebnisse und gemeinsame Publikationen

diskutiert werden.


Ausgabenplanung

Bisher gibt es keine Abweichungen vom ursprünglichen Zeitplan.



Antrag geändert?

Keine.



Keine




Seite 29


Änderungen der Zielsetzung des Vorhabens sind nicht notwendig.



Direkte wirtschaftliche Ziele wurden im Rahmen des Projektes nicht formuliert. Der

Habitatatlas als zentrales, später auch öffentliches Produkt erlaubt allerdings eine

wirtschaftliche Verwendung als Bewertungs- und Planungsgrundlage.


Die Erfolgsaussichten für die Umsetzung des zentralen Produktes „Habitatatlas“ sind

sehr gut. Die generierten Karten aus TP4 befinden sich in der Aufarbeitung und werden

gemäß Meilensteinplanung im Mai 2017 für die Implementierung in den Habitatatlas

ans HZG übergeben. Die in TP4 generierten Daten und Ergebnisse sind Bestandteil von

Publikationen, Dissertationen und Masterarbeiten. Bereits im Dezember 2016 wurde

die Masterarbeit von Frau Ramona Ohde mit dem Titel „Die räumliche und zeitliche

Variabilität der Epifaunagemeinschaften in der deutschen ausschließlichen

Wirtschaftszone der Jahre 2005 bis 2015“ abgeschlossen. Mitte April 2017 erfolgt im

Rahmen von Arbeitspaket 1 die Einreichung der Publikation „Full-coverage spatial

distribution of epibenthic communities in the south-eastern North Sea in relation to

habitat characteristics and fishing effort“ von Dr. Hermann Neumann. Die Daten der

Messkampagnen im Rahmen von Arbeitspaket 2 sind Bestandteil der Dissertation von

Frau Julia Meyer. Zwei Publikationen befinden sich hierfür in Vorbereitung, die Mitte

bzw. Ende 2017 eingereicht werden sollen. Weiterhin dienen der Habitatatlas und die in

TP4 generierten Ergebnisse der Umsetzung umweltpolitischer Maßgaben und

behördlicher Pflichten im Rahmen der MSRL. Hierfür werden die Ergebnisse auf der

nächsten Sitzung der BLANO Fach AG Benthos (Dr. Hermann Neumann, Termin noch

nicht bekannt) sowie auf dem „52nd European Marine Biology Symposium“ vom 25-

29.09.2017 in Slowenien (Julia Meyer) vorgestellt.


Die durch NOAH erfolgte Zusammenführung unterschiedlichster Datensätze wird die

Grundlage für die Entwicklung von weiteren Forschungsanträgen und

Anschlussprojekten sein. Diesbezüglich erfolgte eine erste Kontaktaufnahme mit Prof.

Dr. Schmiedl (Universität Hamburg), der die in TP4 entwickelten Habitatmodelle im

Rahmen eines DFG Projektes für die Modellierung von Foraminiferen

Arten/Gemeinschaften in der Deutschen Bucht benutzen möchte.

Seite 30




Literatur

Neumann H, Diekmann, R, Emeis, K-C, Kleeberg, U, Moll, A, Kröncke, I. (subm.) Full-coverage spatial distribution of epibenthic communities in the south-eastern North Sea in relation to habitat characteristics and fishing effort. Marine Environmental Research.

Diekmann R, Neumann H, Kröncke I, Stelzenmüller V, Fock H, Kraus G. (in prep.), A question of scale – trawling impacts on benthic communities.

Abschlussarbeiten:

Ramona Ohde (2016), Die räumliche und zeitliche Variabilität der Epifaunagemeinschaften in der deutschen ausschließlichen Wirtschaftszone der Jahre 2005 bis 2015. Masterarbeit bei Senckenberg am Meer (Betreuung Prof. Dr. Ingrid Kröncke, Dr. Hermann Neumann), http://www.noah-project.de/imperia/md/content/noah/publikationen/ramona_ohde__masterarbeit_final.pdf (Zugriff: 25. April 2017)

Poster:

Neumann H, Kröncke I, Emeis KC, Puls W, Callies U, Diekmann R & NOAH Projektpartner (2016) Habitatmodellierung epibenthischer Gemeinschaften in der südöstlichen Nordsee. KÜNO 1 - Abschlusstagung, 22. - 23.06.2016, Warnemünde, Germany

Steffen Beringer, Kleeberg U, Neumann H, Kröncke I, Emeis KC, Puls W, Goldberg EB & NOAH Projektpartner (2016) Der NOAH Habitatatlas. KÜNO 1 - Abschlusstagung, 22. - 23.06.2016, Warnemünde, Germany

http://www.noah-project.de/imperia/md/content/noah/publikationen/ramona_ohde__masterarbeit_final.pdf





Stand: 03 May 2017

Seite 31



Johann Heinrich von Thünen Institut, Institut Seefischerei, Hamburg



Förderkennzeichen:

03F0744A

Laufzeit:

01.04.2016 – 01.03.2019

Berichtszeitraum:

01.04.2016 – 31.03.2016


Teilprojekt 5: Bewertung des Meeresbodenzustands in der deutschen Nordsee


Dr. Gerd Kraus (mit Rabea Diekmann)

Ökosystembasierte Risikobewertung und Strategien für das Risikomanagement anthropogener Belastungen des Meeresbodens



Teilprojekt 5 (TP5) hat zum Ziel Werkzeuge für das Management von Risiken durch

anthropogene Belastungen des Meeresbodens der deutschen ausschließlichen

Wirtschaftszone (AWZ) der Nordsee zu entwickeln. Es ist in drei Arbeitsbereiche

gegliedert, deren bisherige Entwicklung untenstehend beschrieben ist.




Seite 37

Seite 32




TP5.1 Datengrundlage und Bezug zum Habitatatlas (M5.1, D 5.1)

TP5.1 ist eine direkte Fortführung der ersten Projektphase. Es liefert die Daten für die

nachstehenden Analysen und bereitet diese und die Ergebnisse der Analysen von TP5

für den Habitatatlas auf.

Zur Erstellung aktueller Managementszenarien ist es notwendig die Daten zu den

anthropogenen Nutzungsdrücke zu aktualisieren. Dazu wurden primär räumlich und

zeitlich hochaufgelöste Informationen zur Intensität der Schleppnetzfischerei erfasst

und bearbeitet. Als Grundlage dafür dienen die Daten des Vessel Monitoring by Satellite

(VMS) Systems. VMS liefert im Mittel alle zwei Stunden Informationen zu

Schiffsidentität, Geschwindigkeit und Fahrtrichtung des Schiffes. Detaillierte

Informationen zu den verwendeten Fanggeräten, Fangzusammensetzungen und –

mengen können über die Verschneidung von verpflichtend geführten Logbuchdaten mit

den VMS-Daten generiert werden, stehen allerdings für das Projekt nur für die in

Deutschland registrierten Schiffe zur Verfügung. Für Schiffe anderer europäischer

Länder wurde eine Verknüpfung zum europäischen Flottenregister auf dem Métierlevel

4 (d.h. Gerätetyp, EC 2008) erstellt (Fleet register on the Net:

http://ec.europa.eu/fisheries/fleet/index.cfm) Mit Hilfe von Informationen aus dem

Flottenregister über Schiffslänge und –typ wurde eine näherungsweise Spezifikation

des eingesetzten Fanggerätetyps und der damit befischten Fläche ermittelt.

Die Analyse von VMS-Daten erfolgte entsprechend der in ICES (2016a) beschriebenen

Prozesse. Des Weiteren wurden aus den Positionsangaben der VMS-Daten konkrete

Schleppstrecken mit Hilfe der Cubic Hermite Spline interpolation Methode (nach

Hintzen et al., 2010) rekonstruiert, um eine höhere räumliche Auflösung zu generieren.

Die Gerätebreiten zur Berechnung der überstrichenen Flächen wurden nach Eigaard et

al. (2016) bestimmt und zur Darstellung der besonderen Bedingungen in der deutschen

AWZ um nationale Beobachtungsdaten ergänzt. Als relevanter Belastungsparameter

wurde anschließend die Summe aller überstrichenen Flächen je Flächeneinheit

berechnet und zu dieser in Beziehung gesetzt (swept area ratio, SAR). SAR-Werte

wurden für verschiedene räumliche Auflösungen ermittelt (z.B. für variable oder

reguläre Gitterzellen, letztere mit einer Auflösung von 0.05°*0.05° oder 5km*5km).

Die Daten liegen final für die Jahre 2008 bis 2014 vor. Die VMS-Daten der Jahre 2015

und 2016 wurden im März 2017 vom Provider aktualisiert und werden aktuell

bearbeitet. Die Karten werden im Anschluss bis Mai 2017 dem Habitatatlas zur

Verfügung gestellt.

Als Grundlage für die in TP5.2 und TP5.3 zu untersuchenden Managementszenarien

gelten die derzeit in Planung befindlichen Gebietsschließungen (Tabelle 1, Abbildung 1).

Dazu gehören Fischereimaßnahmen im Rahmen der Umsetzung der Natura 2000

Richtlinie für die Deutsche AWZ sowie nutzungsfreie Zonen um Offshore-

Windkraftanlagen (Windparks). Um Effekte auf die fischereiliche Belastung und damit

auf die Integrität des Meeresbodens zu untersuchen, ist es notwendig die potentielle

Umverteilung der Fischerei zu modellieren. Dieses muss gerätespezifisch erfolgen, da



Stand: 03 May 2017




Seite 33

z.B. die Maßnahmen in den Natura 2000 Gebieten sich nicht auf alle Gerätetypen

beziehen. Als Beispiel ist der durchschnittliche mehrjährige Aufwand großer

Baumkurrenfänger (>221kW, vorwiegend Plattfischfischerei) im Verhältnis zu dem

potentiellen Aufwand nach Einrichtung der Schließgebiete (Natura 2000 und

Windparks in unterschiedlichen Planungsstadien) dargestellt (Abbildung 2). Für dieses

Szenario wurde der Fischereiaufwand für die Gitterzellen, die von einer Schließung

betroffen sind, auf Null gesetzt. Der schiffsspezifische Aufwandsverlust wurde

anschließend auf die bisher durch das Schiff befischten Gitterzellen prozentual

aufgeteilt. Durch die Umverteilung ergeben sich somit Zonen der Nullnutzung aber,

sofern der Gesamtaufwand nicht reduziert wird, auch Gebiete mit erhöhtem

Fischereiaufwand, d.h. dass die SAR-Werte lokal ansteigen können (Abbildung 2).

Die Umverteilungsszenarien werden entsprechend der in TP5.3 untersuchten

Managementszenarien dem Habitatatlas gegen Ende des Projektes zur Verfügung

gestellt.

Tabelle 1: Potentielle Gebietsschließungen und deren Flächenanteil in der deutschen AWZ der Nordsee. Die entsprechenden Gebiete sind in Abbildung 1 räumlich dargestellt. Die Natura 2000 Vorschläge (N2000, Stand April 2016) umfassen 5 Gebiete mit Relevanz für die demersale Fischerei. Im Umfeld von Offshore-Windparks (OWF) werden nach derzeitiger Planung geschleppte Geräte komplett ausgeschlossen.

Maßnahmen/ Schließungen Betroffene Fläche (km²) Flächenanteil (%)

N2000 M1 2801 10 N2000 M2 2007 7 N2000 M3 21 0.1 N2000 M6 620 3 N2000 M7 902 4

OWF in Betrieb 175 1 OWF in Bau 203 1 OWF genehmigt 785 4 OWF geplant 4845 19

Abbildung 1: a) Potentielle Schließgebiete in der deutschen AWZ der Nordsee. Natura 2000: Es wurden nur Maßnahmen mit Relevanz für die demersale Fischerei dargestellt. OWF: Windparks in unterschiedlichen Planungsstadien. b) Potentielle Schließgebiete im Verhältnis zum kumulativen Fischereiaufwand (swept area ratio, SAR) aller bodenberührenden geschleppten Geräte (d.h. Grundschleppnetze, Baumkurren, demersale Ringwaden).

M7

M6

M3

M2M1

Sources: Esri, HERE, DeLorme, Intermap, increment P Corp., GEBCO, USGS, FAO,

NPS, NRCAN, GeoBase, IGN, Kadaster NL, Ordnance Survey, Esri Japan, METI, Esri

China (Hong Kong), swisstopo, MapmyIndia, © OpenStreetMap contributors, and the GIS

User Community

potentielle Schließgebiete

OWF

in Betrieb

im Bau

genehmigt

beantragt

NATURA 2000

M7

M6

M3

M2M1




User Community

OWF

in Betrieb

im Bau

genehmigt

beantragt

NATURA 2000

SAR

[0.01; 0.5[

[0.5; 1.0[

[1.0; 5.0[

[5.0; 10[

[10; 15[

[15; 46.9[

Seite 34




Abbildung 2: Durchschnittlicher Fischereiaufwand (swept area ratio, SAR) großer Baumkurrenfänger (>221kW, vorwiegend Plattfischfischerei) in der deutschen AWZ der Nordsee und angrenzender Gebiete. a) derzeitiger Zustand (bis 2014) unter Berücksichtigung von bereits in Betrieb oder Bau befindlichen Windparks. b) Umverteilungsszenario bei Umsetzung der Fischereimanagementmaßnahmen in Natura 2000 Schutzgebieten sowie Einrichtung aller geplanten Windparks.

Für die Modellläufe in TP5.3 werden neben den anthropogenen Belastungen und den

georeferenzierten Informationen über managementrelevante Schließgebiete auch

Informationen zu verschiedenen Umweltparametern und der natürlichen Störung des

Meeresbodens herangezogen. Diese Parameter werden im Wesentlichen durch den

Projektpartner HZG (TP1) zur Verfügung gestellt. In Bezug auf die Integrität der

Benthosgemeinschaften ist vor allem die gezeiten- und welleninduzierte

Bodenschubspannung von Bedeutung. Aus den jährlichen Mittelwerten der stündlichen

Strömungs- und Wellendaten aus dem TRIM bzw WAM Modell wurden für eine erste

Analyse die mittleren Werte des Zeitraums 2009-2014 (letztes Jahr der derzeit

verfügbaren Modellläufe) berechnet und dargestellt. Diese Werte wurden des Weiteren

auch für eine internationale Arbeitsgruppen des ICES (WKBENTH: Workshop to

evaluate regional benthic pressure and impact indicator(s) from bottom fishing, ICES

2017) georeferenziert als auch klassifiziert pro EUNIS Habitat Level 3 und 4

aufgearbeitet. Als einer der wichtigsten Umweltparameter für das Benthos gilt die

Sedimentzusammensetzung. Für das in TP5.3 geplante Modell können dafür entweder

Sedimentklassen z.B. nach Figge (1981) oder Folk (1954, 1974) oder auch als

intervallskalierte Variable der prozentuale Anteil bestimmter Sedimentklassen

verwendet werden (z.B. Kiesgehalt oder Median der Korngrößen, siehe NOAH

Habitatatlas). Die mittlere Korngröße geht darüber hinaus in die Berechnung der

Häufigkeit der Geschiebetransportereignisse ein, die alternativ zu

Bodenschubspannung in Modelläufen in TP5.3 als Proxy für die natürliche Störung

genutzt werden soll (Abbildung 3).




User Community

SAR

[0.01; 0.1[

[0.1; 0.5[

[0.5; 1.0[

[1.0; 1.5[

[1.5; 2.0[

[2.0; 2.4]




User Community

SAR

[0.01; 0.1[

[0.1; 0.5[

[0.5; 1.0[

[1.0; 1.5[

[1.5; 2.0[

[2.0; 3.5[




Seite 35

Abbildung 3: Mittlere Häufigkeit der Geschiebetransportereignisse (1998-2014) im Bereich der deutschen AWZ der Nordsee (Quelle: HZG/TP1). Die Häufigkeit gilt als Proxy für den Grad der natürlichen Störung mit Auswirkung auf die Zusammensetzung der Benthosgemeinschaften.

In Zusammenarbeit mit TP4 (Senckenberg am Meer) wurde kürzlich eine Publikation

eingereicht (Neumann et al., submitted), die die Epibenthosgemeinschaften in der

deutschen Bucht genauer beschreibt und mit Hilfe von Umweltparametern und

fischereilicher Belastung lückenlos räumlich modelliert. Die Modellergebnisse werden

nach erfolgreicher Publikation in den Habitatatlas einfließen.

Die Projektmitarbeiterin in TP5 (Frau Diekmann) wurde im laufenden Projektjahr

aufgrund ihrer Arbeiten in NOAH zweimal vom Internationalen Rat für

Meeresforschung ICES als Expertin eingeladen, an der Entwicklung und Realisierung

eines Workshops zur regionalen Abschätzung der Auswirkungen von Fischerei auf das

Benthos mitzuwirken. Frau Diekmann gehörte in beiden Workshops (Workshop on

guidance on how pressure maps of fishing intensity contribute to an assessment of the

state of seabed habitats (WKFBI), 31 May–1 June 2016; Workshop to evaluate regional

benthic pressure and impact indicator(s) from bottom fishing (WKBENTH), 28

February-3 March 2017) zu einer Kernarbeitsgruppe, die die Treffen vorbereitete,

Untergruppen leitete, sowie die Berichte verfasste (ICES 2016b, ICES 2017). Sie wurde

zudem in das assoziierte Beratungsgremium berufen, das die EU-Kommission in der

Umsetzung der Meeresstrategie Rahmenrichtlinie berät (ICES Advice 2016). Dadurch

konnten Erkenntnisse und Erfahrungen aus NOAH, z.B. über die räumliche Darstellung

des Fischereiaufwandes, direkt in die Politikberatung einfließen. Die in den Workshops

verwendeten Methoden zur Bewertung des Zustands der Benthosgemeinschaften sind

auch national als Indikatoren für die Umsetzung der Meeresstrategie Rahmenrichtlinie

(MSRL) verwendbar und können teilweise in die quantitativen Modelle in TP5.3

eingebaut werden.

TP 5.2 Risikoidentifikation und konzeptionelle Modellierung (M5.2, M5.3, D5.2).

TP5.2 dient dazu relevante Belastungen zu bestimmen, sie mit den entsprechenden

Umweltauswirkungen mit Fokus auf benthische Lebensgemeinschaften in Beziehung zu

setzen (pathway of effects), Maßnahmen zur Risikovermeidung oder -minimierung zu

identifizieren und darauf basierend eine qualitative Risikobewertung zu erstellen. Dafür

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User Community

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" [8.9; 18.6[

" [18.6; 28.9[

" [28.9;41.4[

" [41.4; 55.4[

" [55.4; 69.4[

" [69.4; 98.7]




Seite 36

finden sogenannte BowTie Analysen (IEC/ISO 31010) Verwendung, die gleichzeitig als

Kommunikations- als auch als Entscheidungshilfewerkzeug fungieren können. Für

NOAH wurde bisher eine Serie von miteinander verknüpften BowTie Modellen erstellt,

die, ausgehend vom derzeit definierten Ordnungsrahmen für Maßnahmen im Bereich

der MSRL bis hin zu konkreten Belastungen und Risiken eine Diskussionsgrundlage für

den Austausch mit Interessenvertretern bilden soll.

Die Analysen wurden mit einer speziellen Software durchgeführt (BowTieXP 8.0), die zu

Projektbeginn angeschafft wurde. Im ersten Schritt wurde die BowTie Methode nicht

zur Risikobewertung verwendet, sondern diente dazu den umweltpolitischen Rahmen

und den derzeitigen Stand des Maßnahmenprogramms der MSRL zu beschreiben

(Abbildung 4 und 5). In diesem Fall wurde nicht ein unerwünschtes Ereignis ins

Zentrum der Analyse gestellt, sondern die zu untersuchende Region (Deutsche AWZ).

Auf der linken Seite, die im regulären BowTie Modell die Ursachen (threats) beschreibt,

sind die sieben übergeordneten Umweltziele (UZ, Meere ohne signifikante

Beeinträchtigung durch…) formuliert, die jeweils noch eine unterschiedliche Anzahl

operativer Umweltziele oder Maßnahmen einschließen (Stand: März 2016). Für das UZ

„Meere mit nachhaltig und schonend genutzten Ressource“ (Sustainable use of marine

ressources), werden z.B. fünf operative Ziele, die mit Maßnahmen hinterlegt werden,

genannt: UZ4-01 Weitere Verankerung des Themas „nachhaltige ökosystemgerechte

Fischerei“ im öffentlichen Bewusstsein, UZ4-02 Fischereimaßnahmen, UZ4-03

Miesmuschelbewirtschaftungsplan im Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer,

UZ4-04 Nachhaltige und schonende Nutzung von nicht lebenden sublitoralen

Ressourcen für den Küstenschutz (Nordsee), UZ4-05 Umweltgerechtes Management

von marinen Sand- und Kiesressourcen für den Küstenschutz in Mecklenburg-

Vorpommern (Ostsee). Auf der rechten Seite des BowTie Modells, die üblicherweise die

diversen Konsequenzen aus einem Ereignis beschreibt, sind die in der MSRL definierten

Deskriptoren dargelegt. Dokumente zu Vorschriften und Gesetzgebung wurden direkt

mit den Boxen verknüpft (Funktionalität im BowTieXP Programm) und erleichtern so

die Kommunikation mit Vertretern der mit der Umsetzung der Richtlinien betrauten

Behörden.

Im zweiten Schritt wurde Deskriptor 6 (D6, Integrität des Meeresbodens) in das

Zentrum des BowTie Modells gestellt (Abbildung 6), d.h. das dieses Modell mit dem

vorherigen verknüpft wurde (genestet). Das Erreichen von D6 wird durch verschiedene

anthropogene Aktivitäten beeinflusst, die wiederum Belastungen für den Meeresboden

generieren. Wenn D6 nicht erfüllt ist, bedeutet das, dass einzelne oder mehrere

Indikatoren, auf der rechten Seite des BowTie Modells, ebenfalls nicht als gut bewertet

werden können. Dazu wurden zunächst die drei nationalen Indikatoren gelistet (Stand:

Juli 2015): 4.1 Verbreitung und Fläche vorherrschender und besonderer Biotoptypen;

4.2 Zustand vorherrschender und besonderer Biotoptypen; 4.3 Physische Schädigung

vorherrschender und besonderer Biotoptypen. Jeder der anthropogenen Aktivitäten

bzw. Belastungen wird gegenwärtig und zukünftig durch Maßnahmen reguliert, die in

der MSRL genannt sind und helfen sollen den guten Umweltzustand im Sinne von D6 zu




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erreichen (siehe auch Abbildung 7). Bei nahezu allen Maßnahmen kann es wiederum

Faktoren geben, die die Effektivität einschränken oder die Maßnahme unwirksam

werden lassen (escalation factors, nicht dargestellt). Als ein typischer Faktor, der die

Wirksamkeit von Gebietsschließungen negativ beeinflusst, ist z.B. die Nicht-Befolgung

dieser Maßnahme zu nennen, welches wiederum Maßnahmen der Überwachung nach

sich zieht.

Die nationalen Indikatoren, von denen einer oder mehrere nicht als gut bewertet

werden können wenn D6 nicht erfüllt ist, sind mit bereits verpflichtend zu bedienenden

oder auch vorgeschlagenen Indikatoren des Meeresschutzübereinkommens OSPAR

hinterlegt. Diese greifen Diversitätsaspekte (BH2) oder die potentielle Schädigung

durch die Fischerei auf (BH3). Die Indikatoren sind semi-quantitativ und im Bereich der

AWZ von eingeschränktem Nutzen.

Schließlich wurde der nationale Indikator N4.1 in einem finalen BowTie Modell als eine

konkrete physikalische Störung ins Zentrum gestellt. Als relevante Belastungstypen für

die Integrität des Meeresbodens im Sinne eines physikalischen Störung (Habitatverlust

oder -schädigung) sind Bedeckung (smothering), Versiegelung bzw Blockierung

(obstruction), Versandung (siltation), Abschürfung (abrasion) und Extraktion

(extraction) zu nennen (Eastwood et al., 2007). Kontamination bzw biologische

Störungen sind weitere wichtige Kategorien, die in den derzeitigen Modellen nicht

näher beleuchtet werden. In englischen Studien zeigte sich, dass in Bezug auf die

räumliche Ausdehnung der Aktivitäten, die bodenberührende Fischerei die bei weitem

bedeutendste Aktivität darstellt und den größten räumlichen „Fußabdruck“ hinterlässt

(Eastwood et al., 2007; Foden et al., 2011). Im hier dargestellten Bow-tie Modell

(Abbildung 7) wird daher die kumulative Störung durch Abschürfung untersucht. Als

relevante Aktivitäten gelten dabei die bodenberührende Fischerei und die in der

deutschen AWZ lokal vorkommende Sand- und Kiesextraktion (siehe auch „Greater

North Sea Ecosystem Overview; http://www.ices.dk/explore-

us/Action%20Areas/ESD/Pages/Greater-North-Sea.aspx?diagramid=8). Als

Vorbereitung für die Analysen mit Bayes’schen Netzwerken wurden eine Reihe von

Indikatoren gelistet, die potentiell quantifizierbar sind und sich teilweise bereits in der

Operationalisierung befinden (ICES 2017).

Dieses Modell liegt noch nicht in einer finalen Version vor und muss noch in bilateralen

Gesprächen oder im Rahmen der Fach-AGs der AG ErBeM diskutiert werden. Die

präventiven und lindernden Maßnahmen aus Abbildung 7 wurden in ihrer derzeitigen

Version hinsichtlich ihrer Wirksamkeit vorläufig bewertet, um das Risiko abschätzen zu

können, dass für einen oder mehrere der Indikatoren der gute Umweltzustand nicht

erreicht wird (LOPA - Layers of Protection Analysis). Diese Bewertung, die eine reine

Expertenabschätzung ist, muss in der zweiten Interviewserie mit den

Interessenvertretern überprüft werden. Die LOPA-Ergebnisse können dann eine erste

Orientierung über die Wirksamkeit oder Unwirksamkeit von Maßnahmen und über



Stand: 03 May 2017

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Lücken im Managementsystem geben. Die LOPA-Analyse ermöglicht mit Hilfe

generischer Ausfallraten semi-quantitative Szenarien durchzuspielen, welche

Auswirkungen unterschiedliche Wirksamkeiten von Maßnahmen (z.B. durch das

Auftreten eines escalation factors) haben können, und somit kritische Bausteine im

System zu identifizieren. Diese werden im folgenden Arbeitsbereich TP5.3 quantitativ

ausgeleuchtet.

TP5.3 Quantitative Risikoanalyse und Bewertung von Managementstrategien (M5.4,

D5.3).

TP5.3 hat zum Ziel die qualitative, systemische Analyse aus TP5.2 in eine quantitative

Risikoanalyse zu überführen. In TP5.3 werden erst zum Ende des zweiten Projektjahres

Ergebnisse erwartet. Es wurde aber bereits begonnen ein Bayes’sches Netz (BN)

basierend auf dem BowTie Modell aus Abbildung 7 aufzusetzen und zu parametrisieren

(Abbildung 8). Primäres Ziel ist die Darstellung der kumulativen Abschürfungseffekte in

der deutschen AWZ bei Einführung unterschiedlicher Managementmaßnahmen. Zur

Parametrisierung wurden räumliche Daten verwendet, wobei für die Fischerei

mehrjährige Mittel (2012-2014, nach Aktualisierung bis 2016) gebildet wurden unter

der Annahme einer relativen räumlichen Stabilität des Fischereiaufwandes. Als

Parameter diente der in TP5.1 beschriebene SAR-Wert. Die Auflösung einzelner Métiers

erlaubt dabei die Berücksichtigung métierspezifischer Managementmaßnahmen.

Im derzeitigen Modell werden Maßnahmen berücksichtigt die Gebietsschließungen

nach sich ziehen. Dazu gehören Schutzgebiete im Rahmen von Natura 2000 (M1-3, M6-

7, Abbildung 7), das bereits existierende Schutzgebiet der Schollenbox (EC 1998), sowie

der Ausschluss von geschleppten Geräten im Umfeld von Offshore-Windparks. Die

Wirksamkeit dieser Maßnahmen hängt von der sogenannten compliance rate ab, die aus

bereits bestehenden Schließgebieten annähernd abgeleitet werden kann. Die

sogenannten escalation factors sind bisher als Platzhalter für Faktoren reserviert, die

möglicherweise aus den Diskussionsrunden mit Interessenvertretern hervorgehen. Zum

jetzigen Zeitpunkt entfalten sie im Modell keine Wirksamkeit. Die

Managementmaßnahmen steuern die fischereilichen Aktivitäten (Nullnutzungszonen,

Fischereiumverteilung), die gemeinsam mit anderen Aktivitäten wie z.B. der Sand- und

Kiessextraktion die kumulative Abschürfung bestimmen (total residual pressure).



Stand: 03 May 2017



Stand: 03 May 2017

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Abbildung 4: BowTie Modell zur Darstellung der Meeresstrategie Rahmenrichtlinie, ihrer übergeordneten Umweltziele und Deskriptoren.

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Abbildung 5: Ausschnitt des BowTie Modells aus Abbildung 3, mit zusätzlicher Darstellung der D6-relevanten operationellen Umweltziele zu UZ3 und UZ4.

Abbildung 6: BowTie Modell zu D6 der MSRL. Dargestellt sind relevante und steuerbare anthropogene Aktivitäten, die den guten Umweltzustand von D6 (Meeresbodenintegrität) negativ beeinflussen können. Die Konsequenz bei Nicht-Erreichen des guten Umweltzustandes soll durch national festgelegte Indikatoren (N4.1 – N4.3) bewertet werden.

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Abbildung 7: Operatives BowTie Modell für die für den Meeresboden zentrale Belastung „Abschürfung“ (Abrasion). Dargestellt sind relevante und steuerbare anthropogene Aktivitäten (threats), in der MSRL festgelegte Maßnahmen (preventive and mitigation measures) sowie ausgewählte quantifizierbare Indikatoren in Anlehnung an NOAH1 und ICES (2017).

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Für die in Abbildung 7 genannten Indikatoren wird im zweiten Projektjahr geprüft,

inwieweit sie mit der Belastung „Abschürfung“ quantitativ verknüpft werden können. Ein

Indikator ist die kumulative Biomasse langlebiger benthischer Organismen (sensu

Rijnsdorp et al., 2016). Diese Variable steht in einem mechanistischen Zusammenhang zur

Belastung, hebt sich aber von dem in Stelzenmüller et al. (2015) beschriebenen

Disturbance Indicator (Störungsindikator DI) insofern ab, dass er keine Mortalitäts- und

Erholungsraten in Beziehung setzt, sondern vielmehr eine Funktionalität der Gemeinschaft

betrachtet, die sich sensitiv gegenüber der zu steuernden Belastung verhält. Im zweiten

Projektjahr soll eine Parametrisierung dieses Indikators für spezifische

Habitateigenschaften erfolgen. Neben den bisher berücksichtigten anthropogenen

Belastungen sollen im BN also auch die in TP5.1 beschrieben Habitatcharakteristika

(Sedimentparameter, Bodenschubspannung als natürliche Störung) als Knoten eingebaut

werden.

Ein entsprechendes Vorgehen wurde bereits in einem BN getestet, welches zur Bewertung

des Einflusses der Fischerei auf die funktionelle Diversität von Fischgemeinschaften

entwickelt wurde. Dazu ist eine Publikation in Vorbereitung (Rambo et al., in prep.), für die

im BN ähnliche Knoten wie in Abbildung 8 parametrisiert wurden. Es wurden mit Hilfe des

BNs verschiedene Managementszenarien gerechnet und die Wirksamkeiten von

Maßnahmen auf die Fischfauna (Community Sensitivity Index für demersale Fischarten

(Rambo et al., in press), Artenzahl S, Abundanz von Seezunge und Kabeljau) verglichen

(Abbildung 9).

Generell zeigten sich für die genannten Indikatoren nur verhältnismäßig geringe Effekte

durch die derzeit geplanten Gebietsschließungen. Die Werte wurden vielmehr durch

Temperaturanstiege moduliert, die ebenfalls in den Szenarien enthalten waren. Dadurch

wurde ein Erreichen des Guten Umweltzustandes trotz Implementierung der

Managementmaßnahmen in den durchgeführten Szenarien unwahrscheinlich.

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Abbildung 8: Konzeptionelle Netzwerkstruktur für ein Bayes’sches Netzwerk, in Anlehnung an die Ursache-Wirkungsbeziehungen aus Abbildung 7: Verschiedene steuerbare anthropogene Aktivitäten führen zu einer Belastung des Meeresbodens durch Abschürfung, welche sich wiederum auf verschiedene biologische Indikatoren auswirkt.

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Abbildung 9: Bayes’sches Netzwerkmodell aus Rambo et al. (in prep.) mit realisierten Wahrscheinlichkeitsverteilungen bei Implementierung des Natura 2000 Managementplans und der Entwicklung von Windparks bis 2020. Als biologische Variablen wurden der CSI (Community Sensitivity Index für demersale Fischarten; Rambo et al., in press) sowie die beiden demersalen Fischarten Seezunge (Sole) und Kabeljau (Cod) betrachtet.

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Ausgabenplanung.

Die Arbeiten in TP5 liegen innerhalb des vorgegebenen Projektplanes (Tabelle 2). Die

Daten zur Parametrisierung der Modelle stehen nun zur Verfügung, bzw. werden innerhalb

der nächsten drei Monate aktualisiert (Belastung durch bodenberührende Fischerei in

2015 und 2016).

Die zweite Runde der Gespräche mit Interessenvertretern zur Validierung des BowTie

Modells sowie der Risikoanalyse mit LOPA stehen noch aus und werden voraussichtlich

noch nicht im Monat 15, aber bis Monat 18 abgeschlossen sein. Diese Verzögerung hat aber

keine Auswirkungen auf das Gelingen des Projektes, weil zeitgleich die Entwicklung des

Bayes’schen Netzwerkes frühzeitig vorangetrieben werden konnte. Die Mitwirkung an den

ICES Workshops (TP5.1) ermöglicht nun die Berücksichtigung von quantitativen

Indikatoren im BN, anstatt der bisher von OSPAR vorgeschlagenen semi-quantitativen

Indikatoren (z.B. BH3). Es wird daher angestrebt neben dem BowTie Modell in den

Interviews auch einen ersten Entwurf des BN-Modells vorzustellen, um die

Funktionsfähigkeit des Ansatzes zu demonstrieren.

Durch die direkte Anschlussförderung von NOAH1 zu NOAH2 konnten bereits jetzt zwei

Publikation fertiggestellt werden, die kurz vor der Einreichung stehen (Neumann et al.,

submitted, Rambo et al., in prep.).

Die Ausgaben und die weitere Finanzplanung von TP5 liegen innerhalb des

Gesamtfinanzierungsplans.

Tabelle 2. Meilensteine und Deliverables in der Verantwortung von Teilprojekt 5 (TP-spezifische

Nummerierung). Aufgeführt sind Arbeiten, die entweder bereits erfüllt (grün) oder begonnen wurden (gelb).

TP Nr.

Titel Monat Details

M 5.1 Datenaktualisierung und -erweiterung 18

Datenaktualisierung weitgehend

abgeschlossen; VMS-Analysen für 2015 und

2016 ausstehend.

D5.1 Aktualisierung und Ergänzung Habitatatlas 25

Fischereiaufwandskarten werden im ersten Halbjahr

des 2. Projektjahres zur Verfügung gestellt

M 5.2 1. Phase BowTie Entwicklung 9 Abgeschlossen

M 5.3 2. Phase BowTie Entwicklung 15 Interviews und LOPA

Quantifizierung ausstehend

D 5.2 Finales BowTie Managementmodell 18




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M 5.4 Überführung des Bow-Tie Ansatzes in Bayes‘sche Netzwerkmodelle (BNs)

24 BN-Entwicklung und

Parametrisierung begonnen

D 5.3 Operationelles BN - Risikobewertung der Meeresbodenbelastung; Entwicklung von Managementstrategien

36

Zwischenbericht 12 fertiggestellt

3. Haben sich die Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens innerhalb

des angegebenen Berichtszeitraums gegenüber dem ursprünglichen Antrag

geändert?

Die Aussichten zur Erreichung der Ziele des Projektes innerhalb von TP5 haben sich nicht

geändert. Milestones und Deliverables (Tabelle 2) werden nicht revidiert.



Das EU Projekt BENTHIS (Oktober 2012 – Oktober 2017) untersucht den Einfluss von

Fischerei auf benthische Ökosysteme. Im Rahmen des Projektes sind eine Reihe von

Publikationen erschienen, die bereits Eingang in unsere Analysen gefunden haben bzw. für

die BN-Modellierung berücksichtigt werden.

Andere relevante Ergebnisse von dritter Seite sind nicht bekannt geworden.


Die Arbeiten in TP5 liegen innerhalb des vorgegebenen Projektplanes. Es ist zu erwarten,

dass die Ziele innerhalb des im Antrag vorgegebenen Zeitrahmens erreicht werden. Die

Zielsetzung des Projektes wird daher nicht revidiert.



Nicht zutreffend


TP5 verfolgt keine wirtschaftlichen Interessen, sondern die wissenschaftliche Begleitung

des gesellschaftlichen und politischen Interesses an der nachhaltigen Nutzung der

Meeresumwelt.



Stand: 03 May 2017




Seite 47


Die wissenschaftlichen Erfolgsaussichten des Projektes werden als hoch eingestuft. Bereits

zum jetzigen Zeitpunkt stehen eine Reihe von Publikationen kurz vor der Einreichung

(Neumann et al., submitted, Rambo et al., in prep.). Ein noch während NOAH1 eingereichtes

Buchkapitel wird in Kürze erscheinen (Kraus und Diekmann, 2017).

Die im Projekt erhobenen Daten und Modellergebnisse werden über die Projektlaufzeit

durch den Habitatatlas erhalten bleiben und können somit eine wichtige Grundlage für

Monitoring- oder Maßnahmenprogramme bilden. Der Transfer der Datenprodukte zum

Habitatatlas wird innerhalb des angestrebten Zeithorizontes (2018, 2019 für

Modellergebnisse) abgeschlossen. Die Informationen sollen zudem aktiv an

Behördenvertreter herangetragen werden (Interviewserien). TP5 strebt an, maßgeblich

die Etablierung quantitativer Methoden zur Risikobewertungen in marinen Systemen

anzutreiben. Es stehen dazu eine Reihe von Konzepten in der Entwicklung, die über z.B.

ICES Arbeitsgruppen (Working Group on Integrated Assessments of the North Sea –

WGINOSE) mit Wissenschaftlern anderer Forschungsinstitute im Sommer 2017 im Rahmen

eines Workshops getestet werden sollen.

Die Projektmitarbeiterin, Frau Dr. Diekmann, wurde aufgrund der in NOAH erarbeiteten

Expertise als Expertin zu zwei Workshops des Internationalen Rates für Meeresforschung,

ICES eingeladen (Workshop on guidance on how pressure maps of fishing intensity

contribute to an assessment of the state of seabed habitats (WKFBI), 31 May–1 June 2016;

Workshop to evaluate regional benthic pressure and impact indicator(s) from bottom

fishing (WKBENTH), 28 February-3 March 2017) sowie zum Mitglied des assoziierten

Beratungsgremiums des ICES berufen. Darin wurden unter anderem Beratungsanfragen

aus der EU-Kommission zum Thema Fischereieinfluss auf den Meeresboden und seiner

Ökosysteme bearbeitet. Somit wurden und werden die in NOAH gewonnen Erkenntnisse

direkt in politische Prozesse auf europäischer Ebene eingespeist.

Insgesamt bilden die in TP5 und im Gesamtvorhaben erarbeiteten räumlich aufgelösten

Daten und die im Teilprojekt entwickelten Methoden zur Risikoanalyse und integrierten

Bewertung eine sehr gute Grundlage für die Weiterentwicklung von

Managementkonzepten.


Die vorgeschlagenen Indikatoren in TP5.2 und TP5.3 werden für die regionale Bewertung

des guten Umweltzustandes bereits getestet (ICES 2017) und können durch die Arbeiten in

NOAH2 in die nationale Bewertung einfließen. Durch die Einbindung der Indikatoren in die

Risikoanalysen in TP5.3 (BNs) wird ein Transfer in die Gruppen, die sich mit der

Implementierung der Meeresstrategie Rahmenrichtlinie beschäftigen, ermöglicht. Generell




Seite 48

sollen die Ergebnisse durch die zahlreichen Teilnahmen von Wissenschaftlern des Thünen-

Instituts (TP5) in nationalen und internationalen Gremien und Arbeitsgruppen (z.B.

Arbeitsgruppen des Bund-Länderausschuss Nord-Ostsee, ICES) in den folgenden MSRL

Zyklus (2018-2020) eingespeist werden.

Durch die Leitung der nationalen FachAG „Schadstoffe und biologische Effekte“, sowie

durch internationale Gremientätigkeit in diesem Bereich durch das Thünen Institut und

das BSH (z.B. Teilprojektleitung), können die gewonnenen Ergebnisse zusätzlich von

Entscheidungsträgern (beispielsweise für die MSRL) genutzt werden.

Eine Liste der Tätigkeiten von Projektleitern in internationalen Gremien findet sich auf den

NOAH Projektseiten, http://www.noah-

project.de/imperia/md/content/noah/ap4/gremientatigkeiten_ti_bsh_2017.pdf

Die Studien aus TP5 bilden eine methodische und inhaltliche Grundlage für die Beurteilung

zukünftiger Maßnahmen in der MSRL mit der Besonderheit, dass sektorübergreifende

Maßnahmen oder Systemvoraussetzungen, die nicht unmittelbar MSRL-relevant sind,

mitberücksichtigt werden können.

Literature

Eastwood, P. D., Mills, C. M., Aldridge, J. N., Houghton, C. A., and Rogers, S. I. 2007. Human activities in UK offshore waters: an assessment of direct, physical pressure on the seabed. ICES Journal of Marine Science, 64: 453-463.

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Stand: 03 May 2017



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ICES 2017. Report of the Workshop to evaluate regional benthic pressure and impact indicator(s) from bottom fishing (WKBENTH), 28 February-3 March 2017, ICES HQ, Copenhagen. In preparation

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Rambo, H., Stelzenmüller, V., Diekmann, R., Möllmann, C., Cormier, R. in prep. Exploring risks and chances of fisheries regulations in offshore wind farms and protected areas on demersal fish biodiversity with Bayesian Belief Networks.

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Seite 50



Stand: 03 May 2017



Stand: 03 May 2017






Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN), Universität Hamburg



Förderkennzeichen:

03F0742C

Laufzeit:

01.04.2016 – 01.03.2019

Berichtszeitraum:

01.04.2016 – 31.12.2016


Teilprojekt 6: Charakterisierung von Meeresboden- und Mikrohabitaten, numerische Modellierung von höheren trophischen Ebenen und adaptives Risikomanagement für die Nutzung des Meeresbodens


Prof Dr. Christian Möllmann (mit Dr. T. Lüdmann und Prof. Dr. H. Held)

1. Aufzählung der wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse und anderer

wesentlicher Ereignisse.

Arbeitsfeld 1 – Hydroakustische Habitatkartierung des Meeresbodens (Dr. Thomas Lüdmann)

Seit Beginn der NOAH Phase II am 1. April 2016 fanden drei weitere FS Heincke Fahrten

statt: He468, He470 und He471. Schwerpunkte waren NOAH Referenzareale, welche im

Rahmen von NOAH-I nicht aufgesucht werden konnten bzw. wo ergänzende Erkundungen

nötig waren. Die Aufnahme der Sedimentecholotdaten erfolgte standardmäßig wie schon in

NOAH-I mit dem Schiffseigenen Sedimentecholot SES2000 (Innomar) und dem Multibeam

EM710 (Kongsberg) der FS Heincke. Die Singlebeamdaten wurden tidenkorrigiert, mit

ProMax (Landmark-Halliburton) prozesst und in das mit Petrel (Schlumberger) erstellte

Interpretationsprojekt eingepflegt. Die Bearbeitung der Multibeamdaten erfolgte mit dem

im Rahmen des NOAH-II Projekts beschafften Softwarepaket Qimera der Firma Quality

Positioning Services (QPS). Das Prozessieren der Daten umfasst im Wesentlichen eine

Laufzeitkorrektur der akustischen Signale anhand von manuell angepassten

Geschwindigkeitsprofilen, die Bereinigung der Daten von Fehllotungen mittels des Cube-

Algorithmus und deren zusätzlicher manueller Editierung, sowie eine Tidenkorrektur.

Hierzu werden Tidenprofile genutzt, welche mit der frei verfügbaren Software OTPS unter

Berücksichtigung des Tidenmodells ES2008 berechnet werden.

Die drei Heincke Ausfahrten fanden zwischen Juli und September 2016 statt und befanden

sich im Berichtszeitraum noch im Stadium der Auswertung. Mit der Interpretation der




Seite 51

hydroakustischen Daten, hinsichtlich der Bathymetrie und einer ersten visuellen

Unterscheidung differenter Sedimenttypen mit FMGT (QPS) anhand der Analyse der Signal-

Rückstrahlintensitäten (Mosaik), wurde begonnen. Der nächste Schritt ist die

Klassifizierung der Meeresbodenablagerungen basierend auf der Angular-Range-Analysis

(ARA) wobei winkelabhängige Änderungen der Rückstrahlintensität mittels des Jackson

Modells dem wahrscheinlichsten Sedimenttyp zugeordnet werden.

Die Rückstrahlintensitäten zeigen, dass neben dem NOAH Gebiet I auf der Dogger Bank

auch die Gebiete G, H und F weiter südöstlich, einem starken anthropogenen Stress durch

bodenberührende Fischerei ausgesetzt sind. Bei den Spuren handelt es sich um 2 quasi

parallele ca. 9 m breite und ca. 10 cm tiefe Furchen, die in einem Abstand von ca. 20-30 m

verlaufen. Die Furchen entsprechen der ungefähren Breite von Kurrbäumen. In der

Baumkurrenfischerei kommen zwei Netze und Kurrbäume gleichzeitig zum Einsatz, die

steuerbords und backbords ausgebracht werden. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Spuren

bis zu 3 Monate überdauern können, bevor sie durch Umlagerungsprozesse, verwischt

werden.

Im Gebiet NOAH E wurden auf der FS Heincke 468 Ausfahrt ca. 30-50 cm tiefe und 10-30 m

lange Vertiefungen entdeckt, die auf früheren Fahrten nicht in dieser Ausprägung

vorhanden waren (Abb.1). Sie sind bevorzugt in NNO-SSW Richtung elongiert und reihen

sich teilweise Perlschnurartig aneinander. Zumeist auf ihrer Ostseite befindet sich ein ca.

20-30 m hoher Sedimentwall. Geht man davon aus, dass es sich um Pockmark-ähnliche

Strukturen handelt und der Wall vom ausgeblasenen Material stammt, haben sich die

Strukturen überwiegend bei Westströmung gebildet.




Seite 52

Abbildung 1.1. Kleinskalige Meeresbodenvertiefungen im NOAH Gebiete E (He468). Das ca. 100 m lange

Profil zeigt einen Querschnitt der Vertiefungen (X- und Y-Achse in Metern).

Arbeitsfeld 2 – Nahrungsnetzmodellierung (Prof. Dr. Christian Möllmann, Magarethe

Nowicki)

Temperaturabhängigkeit von Schlüsselkomponenten im Nahrungsnetzmodell

Zur Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der Nahrungsnetzdynamik in der

südlichen Nordsee wurde die Dynamik einzelner Schlüsselkomponenten an die

Temperatur gekoppelt. Die Temperatur beeinflusst dabei die sogenannte „Search rate“ der

Räuber und beeinflusst somit deren Nahrungsaufnahmeeffizienz.

In Abb. 2.1 wird das temperatursensitive Modell mit dem „Baseline Modell“ (monatliche

Durchschnittstemperatur für den Modellzeitraum 1991-2013) verglichen. Dabei wurden

folgende Szenarien verglichen: (i) Temperatur des wärmsten Jahres im Modellzeitraum

(2003), (ii) Temperatur des kältesten Jahres im Modellzeitraum (2007), und (iii) eine

jeweilige Erhöhung der Temperatur des Modellzetraumes um 2.5°C (Klimaziel aus dem

IPCC Bericht 2013/14; Durschnitt der RCP45LR1-3).

Die Modellläufe zeigen, dass für die meisten funktionellen Gruppen der Anstieg der

Temperatur (Temperatur in 2003 und IPCC Szenario) zu einem Abfall der Biomasse führt.

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Die kältesten Temperaturen aus dem Jahr 2007 führen dagegen zumeist zu einem Anstieg

der Biomasse. Eine Ausnahme bilden jedoch der Kabeljau und Sessile Infauna, welche mit

einem Anstieg der Biomasse auf höhere Temperaturen reagieren.

Abbildung 2.1 Temperaturabhängige Entwicklung von Schlüsselkomponenten des Nordsee-Nahrungsnetzes

Bei den benthischen Gruppen (Abb. 2.2) zeigte sich, dass die Sessile Infauna deutlich von

einer Erwärmung profitieren würden, während Mobile Infauna mit einem Abfall der

Biomasse reagieren würde. Andere funktionelle Gruppen zeigten dagegen keine

signifikante Reaktion auf den Temperaturanstieg.




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Abbildung 2.2 - Temperatur-abhängige Entwicklung der benthischen Komponenten des Nordsee-Nahrungsnetzes

Einfluss Fischerei auf die Nahrungsnetzdynamik

Abb. 2.3 zeigt den Effekt unterschiedlicher fischereilicher Sterblichkeit des Kabeljaus auf

die Dynamik aller funktioneller Gruppen im Modellzeitraum. Generell führt eine Erhöhung

der Sterblichkeit des Kabeljaus (bis zu F=0.9) nicht zu drastischen Auswirkungen auf das

Nahrungsnetz. Trotzdem sind einzelne „Top-down“ Effekte zu sehen. Scholle und Kliesche

reagieren mit einer erhöhte Biomassen auf die Erhöhung der Sterblichkeit des Kabeljau.

Dieser klare Effekt ist darauf zurück zu führen, dass diese Arten einen Hauptanteil der

Nahrung des Kabeljaus ausmachen. Mit sinkender Biomasse des Räubers steigt folglich die

Biomasse der Beutearten ansteigen. Die Hauptbeute von Scholle und Kliesche sind

insbesondere die mobile Epi- und Infauna: Insbesondere die Infauna wird indirekt durch

eine Verringerung des Kabelaubestandes negativ beeinflusst.

Modellläufe mit unterschiedlichen fischereilichen Sterblichkeit der Scholle (Abb. 2.4)

verdeutlichen die Auswirkungen auf die benthischen Gruppen. Der Anstieg der

Schollenbiomasse im „Plaice FMSY“ Modelllauf geht mit einem Abfall der Biomasse der

funktionellen Gruppe Mobile Epifauna einher. Zusätzlich bewirkt der Anstieg der

Schollenbiomasse auch einen Anstieg der Kabeljaubiomasse, da mehr Beute für den

Kabeljau zur Verfügung steht. Generell dominieren in allen Modellläufen die

Frassbeziehungen zwischen Kaubeljau, Kliesche und Scholle sowie der Mobilen Epi- und




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Infauna. Generell zeigen die zeitlichen Verläufe einen starken Einfluss der Fischerei auf die

Biomasse von Schlüsselarten.

Abbildung 2.3 – Effekt von verschiedenen Befischungsszenarios des Kabeljaus auf die Dynamik von Schlüsselkomponenten des Nordseenahrungsnetzes




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Abbildung 2.4 – Effekt von verschiedenen Befischungsszenarios der Scholle auf die Dynamik von Schlüsselkomponenten des Nordseenahrunsgnetzes.

Arbeitsfeld 3 – Kosteneffektives Risikomanagement (Prof. Dr. Hermann Held, Benjamin

Blanz)

Während der Synthese-Phase des NOAH-Projekts wurde die Kalibrierung des in der ersten

Phase entwickelten Modells fortgeführt und das Modell weiterentwickelt. Zum einen wurde

das Modell um die Möglichkeit erweitert, die verwendeten Fanggeräte pro Periode

endogen zu bestimmen. Zum anderen wurde das Modell um den zusätzlichen Einfluss von

Windenergieanlagen erweitert. Diese Arbeiten werden in den folgenden Absätzen genauer

beschrieben.

Ein wichtiger Aspekt während der Entwicklung des Modells, schon in der ersten Phase des

Projekts, war das Vorhandensein von Beifang in der Fischerei. Beifang ist in diesem

Kontext als Fang von Fischen, die nicht der Zielspezies des gewählten Fanggerätes

angehören, zu verstehen. Obwohl Beifang als wichtiges Problem im Fischereimanagement

bekannt ist, wird dieser in vielen ökonomischen Modellen nicht abgebildet. Für NOAH

wurde daher ein bestehendes ökonomisch-ökologisches Multi-Spezies-Modell um Beifang

erweitert. Die Arbeiten an dieser Erweiterung dauerten bis in die Synthese-Phase von




Seite 57

NOAH an. Mit diesem Modell ist es nun möglich, die Auswirkungen von Beifang nicht nur

auf das Ökosystem, sondern auch auf die wirtschaftlichen Akteure zu untersuchen. Die

wichtigsten Ergebnisse mit diesem neuen Modell – neben der Replikation der erhöhten

fischereilichen Mortalität durch Beifang – sind, dass sogar sehr starker Beifang in seiner

Auswirkung auf die fischereilichen Mortalität begrenzt sein kann und dass ökonomische

Variablen wie Beschäftigung und Preise drastisch durch ein Verbot von Rückwurf von

Beifang (discards) beeinflusst werden.

In der während der ersten Phase des Projekts entwickelten Fassung des Modells wurde

bereits der betriebene Aufwand pro Fanggerät endogen bestimmt. Ferner wurden bereits

als dynamische Antwort Fanggeräte entfernt, wenn die jeweilige Zielspezies abgestorben

war. Bei Fanggeräten mit Beifang kann es jedoch auch, ohne dass eine Spezies abstirbt,

dazu kommen, dass ein Fanggerät nicht mehr wirtschaftlich ist. In Synthese-Phase wurde

das Modell verbessert, so dass derartige Fanggeräte nun endogen deaktiviert und bei

veränderten Beständen ggf. auch wieder reaktiviert werden. Für eine Konfiguration mit

zwei Spezies und zwei möglichen Fanggeräten wurden die Parameter- und

Bestandsbedingungen analytisch bestimmt, um zwischen dem Zustand mit allen

Fanggeräten in Verwendung und nur einem zu wechseln.

In Ab. 3.1 ist ein Vergleich der Dynamik des Modells mit und ohne Beifang zu sehen. Es ist

deutlich erkennbar, dass der Beifang die Fangmortalität deutlich erhöht und daraus

resultierend starke Veränderungen sowohl in den Beständen (a) als auch in den Preisen

(b), den Beschäftigungsgraden (d) und den damit verbundenen Fangintensitäten (c)

verursacht. Stützte sich daher ein Management auf ein Modell ohne Beifang, wäre mit

spürbar sub-optimalen Empfehlungen zu rechnen, wenn in der Realität Beifang relevant ist.




Seite 58

Abbidlung 3.1 – Dynamische Veränderungen von Beständen (a), Preisen (b), Fangmengen (c) und Anzahl an Firmen (d) im Zeitverlauf eines Modellaufs ohne (gestrichelte Linien) und mit Beifang starkem (durchgezogene Linien). Modellierte Konsumenten haben eine sehr starke Präferenz für Fischkonsum.

Die Größe des gemachten Fehlers hängt von verschieden Parametern des Modells ab –

insbesondere der Beifangsintensität. In Abb. 3.2 ist der Einfluss der Beifangsintensität

eines der Fanggeräte (Tool 2) auf das Ergebnis des Modells im Gleichgewicht erkennbar –

Tool 1 hat keinen Beifang. Zum einen wird hier ebenfalls deutlich, wie sehr sich das

Modellergebnis durch Beifang verändert. Zum anderen kann aus den abgebildeten

Ergebnissen der Effekt eines Rückwurfverbots abgelesen werden.

Von besonderem Interesse ist, dass bei höherer Beifangsintensität von Tool 2 das andere

Fanggerät (Tool 1) komplett vom Markt verdrängt wird, da die Zielspezies dieses

Fanggeräts preiswerter im Beifang von Tool 2 gefangen werden kann als mit Tool 1. Ab

diesem Punkt wechselt das Modell in einen Modus mit nur einem aktiven Fanggerät,

dadurch sind die Fangmengen der beiden Spezies nicht mehr unabhängig voneinander

durch Marktmechanismen oder ein Management steuerbar. Dies ist klar in Abb. 3.2

sichtbar. Ab einer Beifangsintensität von 0.18 wird Tool 2 nicht mehr verwendet und die

Anzahl an Firmen ist konstant. Die Veränderung der anderen variablen im Gleichgewicht

hängt daher direkt von der veränderten Beifangsintensität ab. Die steigende Produktion

mit Tool 2 kann nicht mehr durch eine Reduktion der Firmen mit Tool 1 ausgeglichen




Seite 59

werden. Dadurch kommt es zu einem massiven Preisverfall von Spezies 1. Da die

Fangintensität von Spezies 2 mit Tool 2 unverändert bleibt, sind die Anpassungen im Preis

dieser Spezies nur auf den veränderten Preis Spezies 1 zurückzuführen. Bei niedrigeren

Beifangsintensitäten hingegen sind beide Fanggeräte in Verwendung. Ein erhöhtes Angebot

durch Firmen mit Tool 2 kann durch eine Reduktion der Aktivität von Firmen mit Tool 1

ausgeglichen werden, wodurch der Preis von Spezies 1 relativ konstant bleibt.

Abbildung 3.2 Equilibrium Werte von Beständen (a), Preisen (b), Fangmengen (c) und Anzahl an Firmen (d) für Modelläufe mit unterschiedlich starkem Beifang von Tool 2. Tool 1 hat keinen Beifang (fängt nur Spezies 1). Die Beifang-Intensität von Tool 2 ist entlang der horizontalen Achse abgebildet. Am linken Rand hat Tool 2 keinen Beifang (fängt nur Spezies 2), am rechten ist der Beifang an Spezies 1 beinahe so groß wie der Fang der Zielspezies (Spezies 2).

Ist der Rückwurf von Beifang erlaubt, fängt der Fischer nach wie vor beide Spezies, behält

aber nur den Fang seiner Zielspezies und bringt auch nur diesen auf den Markt. Aus Sicht

der Konsumenten besteht der angebotene Fang daher nur aus den jeweils als Zielspezies

gefangenen Mengen, als ob die Fische mit perfekter Selektivität gefangen worden wären.

Das Ökosystem hingegen erfährt die Mortalität für den gesamten Fang – auch

zurückgeworfene Fische sterben. Wird nun, für eine gegebene Beifangsintensität, der

Rückwurf verboten, verändert sich das am Markt verfügbare Angebot dementsprechend,

da auch die als Beifang gefangenen Spezies angeboten werden müssen. Intuitiv führt dieses




Seite 60

gesteigerte Angebot zu niedrigeren Preisen für Konsumenten. Zusätzlich kann es jedoch

auch dazu kommen, dass Firmen, die bestimmte Fanggeräte verwenden, vom Markt

verdrängt werden. Der Fall ohne Rückwurfverbot ist in Panels (b), (c) und (d) am linken

Rand – der Beifang landet nicht auf dem Markt und hat daher keinen Einfluss auf

Marktvariablen – und in (a) für die gesuchte Beifangsintensität sichtbar – das Ökosystem

erfährt auch den Beifang. Mit einem Rückwurfverbot ist das Ergebnis in allen Panels an der

gesuchten Beifangsintensität ablesbar. Aus dem Unterschied dieser Werte ergibt sich die

Wichtigkeit, Beifang in der Bewertung von Managementansätzen zu berücksichtigen.

Eine Besonderheit des Modells ist, dass es analytisch gelöst wurde. Dies ermöglicht es, die

Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der Fanggeräte, dem Konsumverhalten der

Nachfrager und der Bestände zu untersuchen. Beispielsweise kann bestimmt werden, wie

groß der durch nicht Beachtung des Beifangs entstandene Fehler ist. Gleichermaßen

konnten die Bedingungen bestimmt werden, gegeben derer Beifang keinerlei Einfluss auf

Bestände, Preise oder Fangmengen hat. Diese ist in Gleichung 1 gegeben. Hierfür es ist

erforderlich, dass die Fixkosten der verfügbaren Fanggeräte (φ) in einem bestimmten

Verhältnis – abhängig von den jeweiligen Fangeffizienzen (ν) und der Aufwandselastizität n

(ε) – zueinanderstehen und beide Fanggeräte in Verwendung sind. Dies ist nur der Fall,

solange die Bedingung in Gleichung 2 nicht erfüllt ist. In dieser spielt zusätzlich zu den

Fangeffizienten der Geräte (ν) auch die bestandsabhängige Fangbarkeit der Spezies (χ) und

die Substitutionselastizität von Fisch im Konsum (σ) eine Rolle.

Für die in NOAH kalibrierten Parameter sind diese Bedingungen nicht erfüllt. Es ist davon

auszugehen, dass Modelle, die Beifang nicht berücksichtigen, – abgesehen von den

Beschriebenen Spezialfällten – zu fehlerhaften Ergebnissen kommen.

Es wurde für das Modell mit Beifang das theoretische optimale Gleichgewicht bestimmt.

Die Interpretation der analytischen Ergebnisse dauert jedoch noch an. Mit der analytischen

Lösung des theoretischen Optimums wird der Einfluss von gesellschaftlichen Parametern,

Gleichung 2: Bedingung für keine Veränderung des Bestands durch Beifang, gegeben, dass beide Werkzeuge in Verwendung sind. Für die Fangeffizienzen der Werkzeuge (ν) benennt der Index die Spezies, der zweite das Werkzeug. Die Fixkosten (φ) sind nur mit ihren Werkzeugen indiziert.

Gleichung 2: Bedingung für die Unwirtschaftlichkeit von Werkzeug 1. Für die Fangeffizienzen der Werkzeuge (ν) benennt der Index die Spezies, der zweite das Werkzeug. Die bestandsabhängige Fangbarkeit der Spezies (χ) ist nur mit den Spezies indiziert.




Seite 61

wie beispielsweise der Zeitpräferenz, auf den langfristigen Zustand des Ökosystems

untersucht.

Um den Bau von Windkraftanlagen als zusätzlichen anthropogenen Nutzungsdruck im

Modell abzubilden, wurden erst die modellierungsrelevanten Eigenschaften von

Windkraftanlagen im Kontext des Modells betrachtet. Hierbei spielt insbesondere der

große Zeitbedarf beim Bau von Windkraftanlagen eine große Rolle. Die bisher im Modell

dargestellten Akteure werden mit jährlichen Veränderungen simuliert und reagieren

dynamisch auf einander. Beide Modell-Annahmen – jährliche Veränderbarkeit und

dynamisches Anpassen – sind nicht mit Windkraftanlagen vereinbar, da diese auf einer

deutlich langsameren Zeitskala gebaut werden. Aus Sicht der bereits vorhandenen Akteure

des Modells – Fische und Fischer – stellen die Windkraftanlagen daher eine exogene

Veränderung der Parameter dar, gegeben derer das Verhalten bestimmt wird. Diese

Veränderung der Parameter kann zum einen – als Vorher-/ Nachher-Betrachtung – zu

einem bestimmten Zeitpunkt implementiert werden oder es kann eine Anpassung in

kleineren Schritten vorgenommen werden. In der Betrachtung des dynamischen Modells

ohne Management kann die Reaktion der Akteure auf die Inbetriebnahme der

Windkraftanlagen beobachtet werden. Ferner kann für jede Parametrisierung das optimale

Gleichgewicht mit Management berechnet werden. Da die Kalibrierung des Modells für ein

Szenario ohne Windparks durchgeführt wurde, sind für das Szenario mit Windparks nur

qualitative Wenn-Dann-Aussagen, abhängig von gewählten Parameterszenarien, möglich.

Als Teil der Modellimplementierung wurde eine graphische Oberfläche für das Modell

entwickelt, mit der die Parameter des Modells leicht angepasst werden können und die

Reaktion des Modells auf die veränderten Parameter direkt sichtbar gemacht wird. Diese

kann in Stakeholder-Dialogen verwendet werden, um die Konsequenzen von

vorgeschlagenen Kalibrierungen oder Managementszenarien direkt zu berechnen und

darzustellen.


Ausgabenplanung.

Die Arbeiten zu allen für den Berichtszeitraum geplanten Meilensteine (2.2, 2.3, 3.1, 3.2)

wurden wie geplant abgeschlossen.

Der Meilenstein 1.1 umfasst mehrere Aufgaben die am 31. März 2018 abgeschlossen

werden sollen. Hierzu zählen die hydroakustische Datenaufnahme mit der FS Heincke,

welche fortgeführt wird und sich auf NOAH Referenzareale konzentriert, die im Rahmen

von NOAH-I nicht erfasst werden konnten. Die neuen Daten werden prozessiert und in das

rechnerbasierte Interpretationsprojekt integriert. Endergebnisse sind Sediment-

Verteilungskarten sowie die Rekonstruktion der Sedimentmobilität und die Auswertung




Seite 62

der Grundschleppnetzspuren. Hierzu liegen die Vorarbeiten in geplanten Zeitrahmen und

können wie anvisiert abgeschlossen werden.

3. Haben sich die Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens innerhalb


geändert?

Insgesamt nicht. Einige in der Vorhabenbeschreibung aufgeführten Erweiterungen des

Modells in Arbeitsfeld 3 konnten aber nicht durchgeführt werden. Sowohl die Integration

der in der ersten NOAH-Phase entwickelten Frühwarnmethode in das Modell als auch die

Anwendung von Kosten-Risiko-Analyse nicht durchgeführt werden. Dies ist auf eine

Verzögerung in der analytischen Bestimmung des optimalen Managements und der

verwendeten Fanggeräte sowie der Kalibrierung des Modells zurückzuführen. Während die

Analyse des Modells viel Zeit in Anspruch genommen hat, war die Bestimmung der

Bedingungen für den Einfluss von Beifang auf die Modellvariablen in Abhängigkeit von den

diskutierten Parametern mit einer numerischen Modellierung in dieser Form nicht

möglich. Des Weiteren stellt sie einen wichtigen Faktor dar, um mit den gemachten

Arbeiten innerhalb der ökonomischen Forschung Anklang zu finden. Ferner ist nur so ein

Vergleich mit bereits existierenden Modellen in der Literatur möglich. Beispielsweise ist es

durch einen Vergleich mit Vorgängermodellen, welche Beifang ignorieren, möglich

abzuschätzen, ob es für das Management nötig ist, Beifang in der Fischerei zu

berücksichtigen.



Nein.


Nein, Änderungen sind nicht notwendig.


Wie im Teilprojektantrag formuliert.




Seite 67

Seite 63

Schon erfolgte Verwertung im Berichtszeitraum:

Die Arbeiten zum Nahrungsnetzmodell werden momentan für eine Veröffentlichung

vorbereitet. Die Arbeiten zur endogenen Bestimmung der verwendeten Fanggeräte unter

Beifang sind als Beitrag zum in Hydrobiologika erscheinenden Konferenzband der North

Sea Open Science Conference eingereicht. Es wird darauf hingearbeitet, auch alle anderen

Ergebnisse des Projekts innerhalb des Jahres 2017 zur Veröffentlichung in

wissenschaftlichen Journalen einzureichen. Das während NOAH entwickelte Modell soll im

bald beginnenden Projekt SeaUseTip weiterentwickelt und verwendet werden.

Die Arbeiten am Modell werden an der FNU auch nach dem Ende der Finanzierung aus

NOAH fortgesetzt werden.

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Stand: 03 May 2017






Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW), Hamburg



Förderkennzeichen:

03F0742D

Laufzeit:

01.04.2016 – 01.03.2019

Berichtszeitraum:

01.04.2016 – 31.12.2016


Teilprojekt 7: Erfassung und Bewertung von Schadstoffbudgets und -prozessen in der Deutschen Bucht - integrierende Werkzeuge zur räumlich strukturierten, nachhaltigen Meeresnutzung


Prof. Dr. habil. Gesine Witt

1. Aufzählung der wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse und anderer

wesentlicher Ereignisse.

Zu Beginn des Projektes erfolgte gemeinsam mit dem Institut für Ostseeforschung (SECOS)

die Beprobung von Sedimenten (n=27), Sedimentkernen (n=3; Probenanzahl: 45) sowie

der fluffy layer Schicht (n=3) der NOAH Gebiete der Nordsee, des Skagerraks und Kattegats

sowie der SECOS Untersuchungsgebiete der Ostsee. Derzeit werden in den genommenen

Proben die hydrophoben organischen Schadstoffe (HOCs) untersucht, wobei arbeitsteilig

das BSH die Sedimente untersucht (TP3) und die HAW die Untersuchung der HOC

Belastung der Porenwässer durchführt. Es werden ebenfalls die Begleitparameter

Korngröße und TOC bestimmt (TP3). Die Untersuchungen dauern aufgrund der großen

Probenanzahl noch an. Abschließende Ergebnisse sind im September 2017 zu erwarten.

Der für die marinen Gebiete adaptierte in-situ Sammler wurde erfolgreich getestet. An 45

Stationen wurden entlang eines Gradienten von West nach Ost in situ Probenehmer

ausgebracht. Nach einer Beprobungszeit von drei Monaten wurden von den 45 Sammlern

27 erfolgreich aus dem Sediment geborgen. Damit handelt es sich um die bisher größte

geographische Studie des Einsatzes eines in situ Gleichgewichtssammlers für die

Beprobung von HOCs im Sediment-Porenwasser. Vergleichbare nationale oder

internationale Studien gibt es derzeit nicht.

Ein Großteil der nicht wiedergefundenen Sammler wurde vermutlich gestohlen, da die

Sammler mit Edelstahlschäkeln an Seewasserzeichen befestigt waren, die entfernt wurden.




Seite 65

Außerdem waren speziell in der Elbe durch die Kräfte der Tide Sammler von den

Seezeichen abgerissen. Vier Sammler wurden aus dem Wasser geborgen und lagen nicht im

Sediment. Diese wurden daher nicht in die Auswertung einbezogen.

Ausgewählte Ergebnisse für die Porenwasserbelastung der Polyzyklischen Aromatischen

Kohlenwasserstoffe (PAH) und der Polychlorierten Biphenyle (PCB) sind in den

Abbildungen 1 und 2 dargestellt. Die Sedimentproben, die vor und nach der in situ

Probenahme genommen wurden, sind mittels der ex situ Experimente im Labor untersucht

worden (Proben: June und September). Die Ergebnisse wurden mit denen der in situ

Probenahme verglichen. Es gab eine gute Übereinstimmung zwischen den in situ und ex

situ Ergebnissen. Abweichungen waren vor allen für die PAH in den Häfen beobachtet, die

vermutlich aus lokaler Ölkontamination durch die Schifffahrt herrühren (Abb. 3 und 4).

Zusätzlich zu den Untersuchungen des Sediment-Porenwassers werden derzeit die

Experimente in der Darß-Zingster Boddenkette zur Ermittlung der totalen

Sedimentkonzentrationen der HOCs durchgeführt. Nach Beendigung dieser Messungen

werden voraussichtlich bis Dezember 2017 sowohl die Porenwasserkonzentrationen der

einzelnen Messstationen, deren Basistoxizität als auch die Verteilungskoeffizienten

zwischen Sediment und Porenwasser vorliegen (Meilenstein 5).

Abbildung 1: Ex situ und in situ Experiment für die Verteilung der PAH und PCB im Sediment Porenwasser

(Konzentration in pg/L; Messstation: Rostocker Haedgehafen)

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Abbildung 2: Ex situ und in situ Experiment für die Verteilung der PAH und PCB im Sediment Porenwasser

(Konzentration in pg/L; Messstation: Weser)

Die biologischen Effekte von Schadstoffen sollen auf unterschiedlichen Ebenen betrachtet

werden: Als Indikatoren für Effekte auf Organismen-Ebene werden die als Aktivsammler

benutzten Miesmuscheln sowie Wattwürmer eingesetzt (Zusammenarbeit mit

Senckenberg am Meer, TP4). Um die Biota zu analysieren, wurde die Methode zur

Festphasenmikroextraktion (SPME) entwickelt. Zur Berechnung der internen

Schadstoffkonzentrationen wurden die Verteilungskoeffizienten zwischen Lipid des

Organismus und der PDMS Faser für PAH und PCB ermittelt (D3).

𝐾𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛 =𝐶𝑃𝐷𝑀𝑆

𝐶𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛 (1)

Eine erste Studie wurde im Jadebusen durchgeführt. Die Muschelproben wurden vom

Senckenberg am Meer (TP4) bereitgestellt. In Abbildung 5 sind die Probenahmestationen

dargestellt.




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Abbildung 3: Probenahmestelle von Muschel und Sediment; Karte erstellt mit Hilfe von GPS-Geoplaner

auf http://gpso.de

Abbildung 4 zeigt einen Vergleich des analytischen Fehlers für die herkömmliche

Extraktionsmethode mittels ASE und für die neu entwickelte SPME

Faserextraktionsmethode. Bei der ASE handelt es sich um eine erschöpfende Extraktion,

was bedeutet, dass der gesamte Schadstoffgehalt aus einer Probe extrahiert und dargestellt

wird. Die Schwierigkeit bei der passiven Extraktion mit SPME liegt darin, dass im

Gleichgewicht gemessen werden muss. Hierfür wurden kinetische Experimente

durchgeführt, um die Zeit bis zur Gleichgewichtseinstellung zu ermitteln. Diese lag für alle

Analyten unter 24 h. Die SPME Methode kann bis zu einem Lipidgehalt von ≥ 1,00 %

durchgeführt werden. Bei geringerem Lipidgehalt ist die Methode nicht durchführbar, da

das Lipid den Transfer der Schadstoffe vom Muschelgewebe in die Silikonfaser

gewährleistet.

Für die hier entwickelte SPME Methode wurde eine Reproduzierbarkeit mit

Standardabweichungen von kleiner gleich 10 % ermittelt. Bei beiden Extraktionen ist

sicherzustellen, dass keine Sedimentrückstände im Muschelgewebe zurückbleiben, da

diese die Messwerte verfälschen, hier ergab sich v.a. bei der ASE Methode ein großer

prozentualer Fehler (ASE mS).

http://gpso.de/




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Abbildung 4: Vergleich der Reproduzierbarkeit von SPME und ASE Extraktionsmethode unter Betrachtung der jeweiligen prozentualen Abweichungen (FLUO: Fluoranthen; PYR: Pyren; mS: mit Sediment; oS: ohne Sediment)

Es ist geplant, gemeinsam mit dem Institut Senckenberg am Meer (TP4) im September

2017 eine weitere Beprobung von Miesmuscheln und Wattwürmern (Watt vor Cuxhaven

und Wilhelmshaven) durchzuführen, um die internen Biotakonzentrationen im

Untersuchungsgebiet zu ermitteln.

Biotestsystem

Das Biotestsystem (Biobatterie) wurde erfolgreich getestet und ist einsatzbereit.

(1) Zelluläre Ebene: Akute Zytotoxizität mit dem Neutralrot Bioassay mit der permanenten

Zelllinie RTL-W1 der Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss) (Zusammenarbeit mit

RWTH Aachen)

(2) Bakterien: Bioluminiszenzhemmung des Bakteriums Vibrio fisheri (HAW)

(3) Algen: Wachstumshemmung der Seewasseralge Phaeodactylum tricornutum (HAW)

(4) Fisch: Fischembryotoxizität des Zebrabärblings mit Danio rerio (Zusammenarbeit mit

RWTH Aachen)




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Ausgabenplanung.

Es wurde keine Veränderung an den ursprünglichen Arbeitsplänen vorgenommen.

Folgende Deliverables sind bisher erfüllt, hier wurde der Zeitplan eingehalten:

D0. Messkampagne mit FS MERIAN im Januar 2016 zur Probenahme von Sediment

und fluffy layer Material in den Untersuchungsgebieten von Nord- und Ostsee

(mit SECOS)

D1. Basisinventar von Schadstoffen und deren Begleitparametern (z.B. Korngröße,

TOC) auf Grundlage der vorhandenen Daten aus NOAH 1 (mit TP3 und TP4)

(Monat 3)

D2. Optimierte und validierte Biotestsysteme (Monat 5)

D3. Entwicklung einer in situ Messmethode zur Untersuchung der internen HOC

Belastung ausgewählter Benthosorganismen (mit TP4) (Monat 9)

D4. In situ Schadstoffverteilung und Variabilität im Sediment und an Grenzflächen

Sediment-Porenwasser, bzw. Sediment-Bodenwasser unter Einbeziehung der

Probenahmen und Forschungsexpeditionen; Bereitstellung der Daten für andere

APs, Zwischenbericht, Vortrag auf internationaler Tagung (erfolgt auf SETAC

Europe; am 11.05.2017 durch Projektmitarbeiter Herrn Reininghaus) (Monat 14)

(Rot markiert: noch nicht erfolgt) 3. Haben sich die Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens innerhalb


geändert?

Die Aussichten für die Erreichung der Ziele des Vorhabens innerhalb des angegebenen

Berichts-zeitraums gegenüber dem ursprünglichen Antrag haben sich nicht geändert.



Von dritter Seite sind keine Ergebnisse bekannt geworden, die für die Durchführung des

Vorhabens relevant sind.





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Es sind keine Änderungen in der Zielsetzung notwendig.


Durch die Entwicklung, Erprobung und den Einsatz des in-situ Sammlers im Küstenbereich

der Deutschen Nord- und Ostseeküste wurde ein innovatives Tool für das risikobasierte

Monitoring entwickelt, dass einen geeigneten Indikator zur Erfassung des

Umweltzustandes darstellt. Aufgrund der verschiedenen politischen Direktiven wie MSRL

und WRRL wird der Bedarf für derartige Passivsammelsysteme steigen. Dadurch, dass das

Meer nicht an Länder- oder EU Grenzen gebunden ist, ergibt sich aber auch ein weltweiter

Bedarf.

Durch seine Vorzüge (kostengünstig, energiefreier Betrieb ohne Aktivelemente, leichte

Handhabbarkeit) ist das Passivsammelsystem den Aktivsystemen weit überlegen.

Wesentlich für den Einsatz in der Risikoanalyse ist zudem, dass sich PDMS in den

Biotestsystemen neutral verhält, selbst keine Wirkung zeigt. So ist PDMS mit den Biotests

kompatibel, was für die anderen kommerziell bereits erhältlichen Materialien nicht der Fall

ist. Der Sammler hat bereits Interesse bei ExxonMobil erweckt, wo er derzeit für die in situ

Untersuchung von super fund sites in den USA eingesetzt wird (ExxonMobil Biomedical

Sciences Inc). Bei erfolgreicher Beprobung soll der Sammler kommerziell genutzt werden.

Die Verknüpfung der Messung chemischer Parameter (Schadstoff-Konzentrationen in

Wasser Sediment und Biota) mit toxikologischen Tests führt zu einer deutlichen

Verbesserung der Bewertungsmöglichkeiten von Umweltbeobachtungen.

Darüber hinaus wird durch den Beitrag von TP7 für das Gesamtprojekt eine verbesserte

Grundlage zum Management vorhandener und zukünftiger Meeresnutzungen (marine

Raumordnungen) geschaffen wie Zustandsbeschreibung, Bewertung des ökologischen

Zustands, Erfassung und Einfluss möglicher Stressoren (u.a. Schiffsemissionen), Bewertung

von Baumaßnahmen, prognostische Modellierung.

Literatur

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Chapman, P.M., Hollert, H. (2006). Should the sediment quality triad become a tetrad, a pentad, or possibly even a hexad? J. Soils and Sediments 6, 4–8.

Cornelissen, G., Gustafsson, O., Bucheli, T.D., Jonker, M.T.O., Koelmans, A.A., Van Noort, P.C.M. (2005). Extensive sorption of organic compounds to black carbon, coal, and kerogen in sediments and soils: Mechanisms and consequences for distribution, bioaccumulation, and biodegradation. Environ. Sci. Technol. 39, 6881–6895.

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Doe, K., Jackman, P., Scroggins, R., McLeay, D., Wohlgeschaffen, G. (2005). Solid-Phase Test for Sediment Toxicity Using the Luminescent Bacterium, Vibrio Fischeri. Small-scale Freshwater Toxicity Investigations, Springer, pp. 107-136.

Engraff, M., Solere, C., Smith, K.E.C., Mayer, P., Dahllof, I. (2011). Aquatic toxicity of PAHs and PAH mixtures at saturation to benthic amphipods: Linking toxic effects to chemical activity. Aquat. Toxicol. 102,142–149.

http://www.fona.de/mediathek/pdf/BMBF_FONA3_Broschuere_2015_BARRIEREFREI_V02.pdf (link vom 9.07.2015)

Kraaij, R., Mayer, P., Busser, F.J.M., Bolscher, M.van het, Seinen, W., Tolls, J., Belfroid, A.C. (2003). Measured Pore-Water Concentrations Make Equilibrium Partitioning Work - A Data Analysis. Environ. Sci. Technol. 37, 268-274.

noah north sea observation and ... - noah-project.de€¦ · project.de/habitatatlas erreichbar....

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