Im Fokus des Projektes steht der Einfluss des organischen Stoffkreislaufs auf den biogeochemischen Kreislauf der (Ultra-)Spurenmetalle Thallium (Tl) und die Gruppe der Seltenen Erden Elemente (SEE) im Küstenbereich. Bisher wird davon ausgegangen, dass diese Metalle nicht von bio-assoziierten Prozessen beeinflusst werden. Aktuelle Studien weisen jedoch darauf hin, dass diese Metalle in hochproduktiven Küstengebieten in Verbindung mit organischen Stoffkreisläufen stehen und im organischen Stoffpool akkumuliert werden. Ein Umstand, welcher ihr Potenzial zur Schädigung von Küstenökosystemen deutlich macht. Bislang ist jedoch wenig darüber bekannt, wie diese Metalle mit welcher Fraktion des organischen Stoffpools in Verbindung stehen und welchen Einfluss organische Stoffkreisläufe auf deren biogeochemische Kreisläufe haben, und umgekehrt. Außerdem ist bislang nicht geklärt, welche Prozesse für die beobachteten räumlichen und zeitlichen Änderungen in den Konzentrationsmustern von Tl und SEE, insbesondere in den Küstengebieten, verantwortlich sind. In Anbetracht der Toxizität dieser Metalle, der anthropogenen Veränderung ihres Vorkommens im Küstenbereich, sowie ihrer Verwendung als Tracer für ozeanische Prozesse, sind Kenntnisse über ihre biogeochemischen Kreisläufe unerlässlich. Zentrale Aspekte, die im Rahmen dieses Projekts untersucht werden sollen, sind: (1) Das Verhalten und der Verbleib von natürlich und anthropogen eingetragenem Tl und SEE in den verschiedenen Kompartimenten des Küstenozeans, und (2) Der Einfluss von organischen Stoffkreisläufen, in Bezug auf die lebende und nicht lebende Fraktion des Stoffpools, auf die Konzentrationsmuster von Tl und SEE und umgekehrt.Diese Aspekte werden mittels eines höchst interdisziplinären Multiparameter-Ansatzes untersucht, in welchem labor- und feldbasierte Ansätze von unterschiedlicher ökologischer Komplexität und zeitlicher Auflösung kombiniert werden. Auf Basis eines Mikrokosmen-Ansatzes, in welchem eine für die Nordsee typische Phytoplanktongemeinschaft und repräsentative Einzelarten unter umgebungs- und erhöhten Tl- und SEE-Bedingungen inkubiert werden, werden die artspezifischen Auswirkungen auf das Verhalten von Tl und SEE und umgekehrt die Reaktion des Phytoplanktons auf anthropogenen Stress ermittelt. Der Einfluss einer Phytoplanktonblüte und den damit verbundenen biogeochemischen Prozessen auf die Metallkonzentrationen im intertidalen Küstenbereich sowie potenzielle Schlüsselfaktoren, werden im Rahmen eines Mesokosmen-Ansatzes untersucht. Die saisonale und interannuelle Variabilität der Tl- und SEE-Dynamik im Küstenbereich sowie die verantwortlichen Hauptfaktoren, werden anhand von Multiparameter-Zeitseriendaten, welche im Küstenbereich der deutschen Nordsee erhoben werden, untersucht. Anhand der Ergebnisse werden außerdem die Erkenntnisse aus den Mikro- und Mesokosmenkonzepten validiert und deren Übertragbarkeit auf ein natürliches System bewertet.
Wie können wir Salzwiesen nachhaltig als Teil des Küstenschutzsystems im Rahmen der Klimafolgenanpassung erhalten? Wie kann der Erhaltungszustand anthropogener, also von Menschen geschaffener, Salzwiesen im Nationalpark Wattenmeer verbessert werden? Und wie kann dabei die CO2-Speicherfähigkeit von Salzwiesen als Beitrag zum Klimaschutz erhöht werden? Mit diesen Fragen beschäftigen sich die beiden im Jahr 2025 durch das Bundesumweltministerium im Rahmen des Aktionsprogramms Natürlicher Klimaschutz bewilligten Projekte „Kohlenstoffspeicherung durch natürliche Salzwiesenentwicklung im Bereich von Vorlandflächen und Sommerpoldern im Norderland“ (KoNaS-N) und „KlimaResilienz Dollart“ (KliResDo). Wie können wir Salzwiesen nachhaltig als Teil des Küstenschutzsystems im Rahmen der Klimafolgenanpassung erhalten? Wie kann der Erhaltungszustand anthropogener, also von Menschen geschaffener, Salzwiesen im Nationalpark Wattenmeer verbessert werden? Und wie kann dabei die CO2-Speicherfähigkeit von Salzwiesen als Beitrag zum Klimaschutz erhöht werden? Mit diesen Fragen beschäftigen sich die beiden im Jahr 2025 durch das Bundesumweltministerium im Rahmen des Aktionsprogramms Natürlicher Klimaschutz bewilligten Projekte „Kohlenstoffspeicherung durch natürliche Salzwiesenentwicklung im Bereich von Vorlandflächen und Sommerpoldern im Norderland“ (KoNaS-N) und „KlimaResilienz Dollart“ (KliResDo). Zwei Projekte – unterschiedliche Schwerpunkte Zwei Projekte – unterschiedliche Schwerpunkte KoNaS-N – „ Ko hlenstoffspeicherung durch na türliche S alzwiesenentwicklung im Bereich von Vorlandflächen und Sommerpoldern im N orderland KoNaS-N Ko na S N Ziel ist bei diesem Projekt eine pilothafte Optimierung der natürlichen Kohlenstoffspeicherfunktion von anthropogen geprägten, in Erosion befindlichen Salzwiesen an der ostfriesischen Küste zwischen Hilgenriedersiel und Neßmersiel. Exemplarisch soll eine weitgehend natürliche, eigendynamische Salzwiesenentwicklung für Vorland- und Sommerpolderflächen geschaffen und langfristig unter Beibehaltung der Küstenschutzfunktion gewährleistet werden. Die im Nationalpark „Niedersächsisches Wattenmeer“ gelegenen Projektflächen teilen sich in zwei Bereiche auf: Durch Landgewinnungsmaßnahmen entstandene Salzwiesen, die sich in einem schlechten Erhaltungszustand befinden, sollen auf etwa 190 Hektar durch Relief- und Nutzungsanpassungen (re-)naturiert und in ihrer Küstenschutzfunktion gestärkt werden. Weiterhin werden nachhaltige, naturbasierte Methoden entwickelt und umgesetzt, um fortschreitende Salzwiesenerosionen zu verhindern und die Funktion als ökosystembasiertes Küstenschutzelement zu erhalten. Die niedrig gelegenen Flächen des Sommerpolders werden auf rund 115 Hektar durch die Öffnung des Sommerdeichs wieder an die natürliche Tidedynamik angeschlossen und so der Lebensraumtyp Salzwiese mit eigendynamischer Entwicklung und natürlicher Überflutungs- und Sedimentationsdynamik angeregt. Die naturschutzfachliche Verantwortung hat die Nationalparkverwaltung Niedersächsisches Wattenmeer inne, die küstenschutzfachliche Verantwortung liegt in der Betriebsstelle Norden. Die Universität Kaiserslautern-Landau verantwortet die wissenschaftliche Erforschung der Kohlenstoffflüsse. Die Projektlaufzeit beträgt acht Jahre, von 2025 bis 2033, mit einem Gesamtfördervolumen von 14,4 Millionen Euro. KliResDo – Stärkung Kli ma res ilienz Do llart KliResDo Kli res Do Das Pilotvorhaben im niedersächsischen Dollart untersucht die synergetische Verknüpfung von Klima-, Küsten- und Naturschutz im Deichvorland. Ziel ist es, einen integrierten Managementplan für Salzwiesen im Nationalpark zu entwickeln, der das Kohlenstoff-Speicherpotenzial sowie die Biodiversität und Klimaresilienz der Küstenökosysteme langfristig sichert. Durch gezielte Renaturierungs- und Managementmaßnahmen in den Salzwiesen soll deren Kapazität zur Kohlenstoffspeicherung und deren Bedeutung für den Naturschutz gesteigert werden, während gleichzeitig die Wirkung der Vorländer für den Küstenschutz langfristig gesichert wird. Im Rahmen einer Pilotmaßnahme werden zusätzlich Versuchsflächen auf bis zu drei Hektar Größe angelegt. Parallel dazu entwickelt das Projekt Strategien für ein klimaresilientes Management angrenzender Binnenlandsflächen. Im Fokus ist hierbei die Optimierung des Sedimenthaushalts im Dollart- und Emsraum: Dabei findet eine pilothafte Sedimentverbringung auf bewirtschaftete Moorstandorte des Rheiderlands statt. Unter Einbindung der relevanten Stakeholder werden im Rahmen einer Potential- und Machbarkeitsanalyse geeignete Flächen für die Sedimentverbringung ausgewählt, um den Moorkörper zu konservieren und die Bindung von Kohlenstoff zu erreichen. Die NLWKN-Betriebsstellen Norden und Aurich tragen die küstenschutzfachliche und wasserwirtschaftliche Verantwortung. Die Nationalparkverwaltung Niedersächsisches Wattenmeer betreut das Projekt naturschutzfachlich. Die Universität Münster trägt bei diesem Projekt die Verantwortung für die wissenschaftliche Erforschung der Kohlenstoffflüsse. KliResDo läuft ebenfalls von 2025 bis 2033 und wird mit insgesamt 3,8 Millionen Euro gefördert.
The rewetting of drained peatlands is a promising measure to mitigate carbon dioxide (CO2) emissions by preventing the further mineralization of the peat soil through aeration. While freshwater rewetted peatlands can be significant methane (CH4) sources in the short-term, in coastal ecosystems the input of sulfate-rich seawater could potentially mitigate these emissions. The purpose of the data collection was to examine whether the presence of sulfate, known as an alternative electron acceptor, can cause lower CH4 production and thus, emissions by favoring the growth of sulfate-reducers, which outcompete methanogens for substrate. We therefore investigated underlying variables such as the methane-cycling microbial community along with CH4 fluxes and set them in context with CO2 fluxes along a transect in a coastal peatland before and directly after rewetting. In this way, a conclusion about the short-term greenhouse gas mitigation potential of brackish water rewetting of coastal peatlands could be drawn.
This data collection consists of six data sets, with direct comparisons before and after rewetting of CO2 and CH4 fluxes (Tab. 2) and associated microbial communities (Tab. 1) being the main data. Pore water geochemistry (Tab. 1 and 3) and surface water parameters (Tab. 4) were collected simultaneously to provide potential explanatory variables. The sampling of continuous water level (Tab. 5) within wells and atmospheric weather data (air and soil temperature, relative humidity, photosynthetic photon flux density; Tab. 6) from a weather station was done in addition. Measurements started in June/July/August 2019 after field installation was finalized and were conducted on the drained coastal fen "Polder Drammendorf" on the island of Rügen in North-East Germany. On 26th November 2019, the dike was opened and channeled in order to rewet the peatland with brackish water. Before, the dike separated the peatland from the adjacent bay "Kubitzer Bodden", which is part of a brackish lagoon system connected to the Baltic Sea. Therefore, the peatland was nearly completely flooded and now resembles a shallow lagoon with high fluctuating water levels. We measured along a humidity (pre-rewetting)/water level (post-rewetting) gradient (stations 0-8) towards and across the main North-South oriented drainage ditch, including four stations on the Eastern side of the ditch (1–4), two ditch stations (0, 5) and two stations (6, 7) on the Western side of the ditch. Station 8 was chosen as an additional station farther towards the adjacent bay on the Western side, but was only accessible before rewetting.
CH4 and CO2 fluxes (stations 0-7) were calculated from online gas concentrations measurements using laser-based analyzers and manual closed chambers (Livingston, G. P., & Hutchinson, G. (1995). Enclosure-based measurement of trace gas exchange: Applications and sources of error. In P.A. Matson, & R.C. Harriss (Eds.). Biogenic trace gases: Measuring emissions from soil and water (pp. 14–51). Blackwell Science Ltd., Oxford, UK). Soil cores for microbial, dissolved gas concentrations and isotopic analysis were taken using a Russian type peat corer (De Vleeschouwer, F., Chambers, F. M., & Swindles, G. T. (2010). Coring and sub-sampling of peatlands for palaeoenvironmental research. Mires and Peat, 7, 1–10) before and after rewetting. Each time, we took duplicates at stations 1-8 for this rather labor-intensive process and divided the core into four depth sections: surface, 5–20, 20–40 and 40–50 cm. Subsamples for dissolved gases and stable carbon isotope analyses were taken with tip-cut syringes with a distinct volume of 3 ml (Omnifix, Braun, Bad Arolsen, Germany) and immediately placed into NaCl-saturated vials (20 ml, Agilent Technologies, 5182-0837, Santa Clara, USA) leaving no headspace and closed gas-tight using rubber stoppers and metal crimpers (both: diameter 20 mm, Glasgerätebau Ochs, Bovenden, Germany). Absolute abundances of specific functional target genes, including methane- and sulfate-cycling microorganisms, were measured with quantitative PCR (qPCR) after DNA was extracted (GeneMATRIX Soil DNA Purification Kit, Roboklon, Berlin, Germany) and quantified (Qubit 2.0 Fluorometer, ThermoFisher Scientific, Darmstadt, Germany). Surface and pore water parameters were measured in parallel to the gas measurements and soil coring for microbial analyses. Most surface water variables (pH, specific conductivity, salinity, nutrients, oxygen, sulfate and chloride concentrations, DOC/DIC) were measured in-situ using a multiparameter digital water quality meter or taken to the laboratory as water samples for further analysis. Likewise, pore water/soil variables (pH, specific conductivity, nutrients, metals, sulfate and chloride concentrations, CNS) were either measured in-situ or taken to the laboratory as soil samples. While surface water analysis was only conducted in the drainage ditch before rewetting, it was done along the entire transect after rewetting. In contrast, pore water/soil analysis was mostly conducted before rewetting and only repeated occasionally after rewetting where possible.
Die EU-Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie (MSRL) und die EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) erfordern die Erreichung bzw. Erhaltung des guten Umweltzustands von Nord- und Ostsee. Grundsätzlich wird davon ausgegangen, dass ein effektiver Meeresschutz einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leistet. Dahinter steckt die Annahme, dass gesunde Küsten- und Meeresökosysteme mehr Kohlendioxid und Nährstoffe speichern können als anthropogen beeinträchtige Systeme. So führt z.B. die Eutrophierung zu vermehrtem Algenwachstum und einer Trübung des Wassers, die die Ausbreitung von Seegraswiesen beeinträchtigt, die größere Mengen an Kohlenstoff speichern. Andere Zusammenhänge sind weniger gut erforscht. So könnte es z.B. durch die Reduktion der Nährstoffeinträge und des in Folge abnehmenden Algenwachstums zu einer Reduktion des Transports von Kohlenstoff in die Meeressedimente kommen. Der gute Umweltzustand gemäß MSRL und der gute ökologische/ chemische Zustand gemäß WRRL sind anhand ausgewählter Indikatoren und ihrer Schwellenwerte klar definiert. Ziel des Vorhabens ist es, das Kohlenstoffs- und Nährstoffspeicherpotential im gegenwärtigen Zustand und im guten Umweltzustand auf der Basis von Monitoringdaten und Literaturstudien zu quantifizieren und zu vergleichen. Dies soll an ausgewählten, gut untersuchten Modellgebieten jeweils in den Küsten- und Meeresgewässern und in Nord- und Ostsee erfolgen. Der Fokus liegt zunächst auf der Eutrophierung, es sollen aber soweit auf der Basis der Datenlage möglich auch andere relevante Belastungen wie Schadstoffe und Baggergutentnahme untersucht werden. Auf der Basis der Untersuchungen der Modellgebiete soll eine Prognose des Kohlenstoffs- und des Nährstoffspeicherpotenzials für die gesamte Nord- und Ostsee im aktuellen und im guten Umweltzustand erarbeitet werden. Das Vorhaben soll darüber hinaus Empfehlungen erarbeiten, durch welche Maßnahmen sich das Kohlenstoffspeicherpotential von Nord- und Ostsee weiter stärken lässt.