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Projektdauer: 2010 - 2016

Gipfelflora im Klimawandel

Die Flora vieler europäischer Berggipfel hat sich im Verlauf der letzten Jahrzehnte markant verändert. Wie die Klimaerwärmung diese Veränderung prägt und ob die kälteangepassten Arten auch in Zukunft im höchstgelegenen Lebensraum existieren können, ist bis heute unklar.

Professor Carl Schröter
Abb. 1: Seit dem frühen 19. Jahrhundert haben Botaniker Berge erklommen, um die Gipfelflora zu erforschen. Ihre Daten ermöglichen uns heute festzustellen, wie sich die Flora seither auf jenen Bergen verändert hat. Im Bild: Professor Carl Schröter (rechts)um 1920 mit Kollegen während einer Botanik-Exkursion im Gebirge. Bildquelle: ETH-Bibliothek Zürich, Bildarchiv.

Um den Wandel der Flora zu erforschen, haben wir in den vergangenen drei Sommern die Gefässpflanzen auf 150 Berggipfeln und Gebirgspässen im  Südosten der Schweiz kartiert und mit hundertjährigen Daten vom jeweils gleichen Standort verglichen. In den kommenden zwei Jahren werden wir unsere Studien auf weitere Berggipfel in den Pyrenäen sowie in schottischen und skandinavischen Gebirgen ausdehnen.

Rossbodenstock
Abb. 2: Gipfelflora am Rossbodenstock über der Quelle des Rheins. Hier hat der Botaniker Josias Braun 100 Jahre vor uns eine vollständige Pflanzenliste erstellt und seine Daten mit denjenigen von Göran Wahlenberg verglichen, der wiederum 100 Jahre vor Braun hier oben botanisierte.

Der Vergleich zwischen historischen und heutigen Daten verschiedener Gebirge in Europa gibt uns Aufschluss darüber, wie das Klima und die kleinräumigen Bedingungen das Artenmuster verändern. Auf ausgesuchten Bergen untersuchen wir ausserdem, welche Kleinstandorte die neu aufkommenden Pflanzenarten bevorzugen und ob sie die ursprünglichen Arten konkurrenzieren. Darüber hinaus gehen wir der Frage nach, wie bedeutend Wildtiere und Geologie für die Artenvielfalt und das Vorkommen einzelner Arten auf einem Gipfel sind.

Temperaturmodel
Abb. 3: Modelle prognostizieren für die Gebirgsräume in Europa bis Ende des 21. Jahrhunderts unterschiedliche Änderungen der Temperatur. Spiegeln sich diese Unterschiede in der Vegetation wider? Ein Vergleich der Daten über Zeit und Raum soll Aufschluss darüber geben. (Quelle Grafik: http://prudence.dmi.dk/).

Bisherige Ergebnisse

Die bisherigen Ergebnisse zeigen: Heute wachsen deutlich mehr Pflanzenarten auf unseren Gipfeln und sie dringen in höhere Regionen vor als vor hundert Jahren.

Höchste Vorkommen der Gipfelfloraarten
Abb.4: Die höchsten Vorkommen unserer Gipfelflora-Arten liegen heute (blaue Fläche) rund 80 Meter weiter oben als früher (rote Fläche).

Der Piz Linard (3410 m) widerspiegelt diese Ergebnisse eindrücklich: Im Jahr 1835 registrierte der „Gipfelflorist“ und damalige Professor in Zürich, Oswald Heer, nur eine einzige Art zuoberst auf dem Berg. Im Durchschnitt untersuchten Naturforscher den Gipfel seither alle 20 Jahre, und jedes Mal stellten sie neue Pflanzenarten fest. In den letzten 20 Jahren beschleunigte sich diese Entwicklung , sodass dort heute bereits 16 Arten gedeihen. Unter den jüngsten Besiedlern sind Arten, die früher höchstens bis 200 m unterhalb des Gipfels vorkamen.

Piz Linard
Abb. 5: Auf dem Gipfel des Piz Linard wachsen heute 16 Arten, während bis Mitte des 19. Jahrhunderts nur eine Art festgestellt wurde, der Alpen-Mannschild (Androsace alpina).
 
Artenliste Heer
Abb. 6: Skizze der „Vegetation des Piz Linard“ aus dem Feldbuch von Oswald Heer aus dem Jahr 1835. „Aret.glac“, die heutige Androsace alpina) vermerkte Oswald Heer damals auf dem Gipfel. Quelle: "Zentralbibliothek Zürich, Nachl. O. Heer 63, S. 55"

Die meisten Pflanzenarten, welche in historischen Zeiten auf den Berggipfeln vorkamen, haben sich seither ausgebreitet. Über 250 Arten haben wir auf durchschnittlich drei zusätzlichen Gipfeln gefunden. 68 Arten wurden früher nie als Gipfelflora-Arten registriert, während wir deren 19 nicht mehr finden konnten. Zudem sind 49 Arten seltener geworden.

Häufige Arten und solche tieferer Lagen legen zu

Viele Pflanzenarten, welche bereits bei früheren Aufnahmen auf zahlreichen Berggipfeln wuchsen, sind seither noch häufiger geworden (siehe Tabelle 1). Auch einige Arten, die früher nicht auf unseren Gipfeln vorkamen, sind heute zahlreich (Tabelle 2). Die drei häufigsten neuen Arten sind typisch für die Vegetation der tiefer liegenden subalpinen Rasen (siehe Tabelle 2).

Tab. 1: Die drei Arten, welche im letzten Jahrhundert am meisten neue Berggipfel besiedelt haben.    
Tabelle 1    

Poa alpina
Abb. 7: Die heute am häufigsten angetroffene Art auf den untersuchten Berggipfeln hat zugleich am meisten neue Gipfel erobert: Das Alpen-Rispengras Poa alpina.

Tab. 2: Drei Pflanzenarten subalpiner Rasen, welche neu auch auf zahlreichen Berggipfeln wachsen.  
Tabelle 2    

Arnca montana
Abb. 8: Die Arnika, typischerweise in subalpinen Rasen, besiedelt mehr und mehr auch Berggipfel.

Deutlich mehr Farne als früher

Die Artengruppe der Farne hat über das letzte Jahrhundert erheblich zugenommen. Farne wurden früher auf insgesamt 16, heute auf 68 Gipfeln gefunden. Sie verbreiten sich über mikroskopisch kleine Sporen, welche vom Wind weit verfrachtet werden. Wahrscheinlich gelangten diese Sporen auch schon früher auf die Gipfel, konnten aber damals wegen des kälteren Klimas nicht keimen und überleben.

Botrychium lunaria
Abb. 9: Die Mondraute Bothrychium lunaria kolonisierte im Vergleich mit allen Farnarten neue Gipfel am erfolgreichsten (23). Sie kam früher lediglich auf 3 Gipfeln vor.

Artenreiche Gipfel sind nicht grösser, aber tiefer gelegen

Die untersuchten Berggipfel sind sehr unterschiedlich artenreich. Auf den obersten 10 m haben wir zwischen einer Art (das Schlaffe Rispengras Poa laxa auf dem Piz Chalchagn, 3154 m) und 118 Arten (Chörbsch Horn, 2654 m) registriert. Grundsätzlich nimmt die Artenzahl mit zunehmender Höhe über Meer ab, während die Grösse eines Gipfels dabei kaum eine Rolle spielt. Vergleicht man die Flora benachbarter Gipfel miteinander, so sind die Artenmuster nicht ähnlicher als zwischen weiter entfernten Gipfeln.

Chörbschhorn
Abb 10: Der artenreichste der untersuchten Gipfel ist das Chörbsch Horn (2654 m) bei Davos. Auf den obersten 10 m seines Gipfels fanden wir 118 verschiedene Pflanzenarten.
 
Piz Chalchagn
Abb 11: Der Piz Chalchagn (3154 m) ob Pontresina ist der artenärmste Gipfel. Auf seinen obersten 10 m wächst bis anhin nur das schlaffe Rispengras Poa laxa.

Einige wenige Arten sind seltener geworden

Einige der Gipfelflora-Arten sind seit den früheren Aufnahmen von mehreren Gipfeln verschwunden. Allerdings in weit geringerer Zahl als gleichzeitig andere Arten Gipfel neu besiedelten (siehe Tabelle 3). Die Ursache für das Verschwinden dieser Arten ist nicht klar.

Tab. 3: Aufgelistet sind die drei Pflanzenarten, welche am deutlichsten seltener geworden sind.    
Tabelle 3    

Achillea moschata
Abb. 12: Moschus-Schafgarbe Achillea moschata, die Aromatisierende Pflanze des Iva-Likörs, ist deutlich seltener geworden.

Was charakterisiert die neu aufkommenden Arten?

Pflanzen unterscheiden sich in ihrem Wuchs, in der Art wie sie sich ausbreiten oder darin, welche Böden sie besonders mögen. Auffällig ist, dass die häufiger gewordenen Pflanzenarten wärmere Temperaturen und gut entwickelte Böden bevorzugen. Ihre Samen sind oft Achänen (einsamige Schliessfrüchte) oder zeigen einen Haarkranz (Pappus), wie etwa der Löwenzahn. Polsterpflanzen und Arten mit Kapselfrüchten waren hingegen weniger effiziente Kolonisierer.

Samen mit Anhängsel
Abb. 13: Samen mit Anhängsel wie jene der Korbblütler sind typisch für neu aufkommende Arten auf Berggipfeln.

Beobachtungen sind nicht fehlerfrei

Beobachtungs-Daten müssen auf ihre Zuverlässigkeit hin geprüft werden - analog zur Messgenauigkeit von Instrumenten. Deshalb haben auf einigen Gipfeln zwei Personen jeweils unabhängig voneinander die Daten erhoben. Diese Pflanzenlisten stimmen im Mittel jeweils zu 87 % überein. Beobachterfehler ergaben sich insbesondere bei seltenen und kleinen Arten oder bei Arten, welche nur während kurzer Zeit blühen.

Unser Beobachterfehler liegt im Bereich vergleichbarer Studien und ist viel geringer als der Unterschied zwischen der historischen und der heutigen Artenzusammensetzung. Wenn wir davon ausgehen, dass die historischen Botaniker auf ihren Streifzügen nicht wesentlich mehr Arten übersahen als wir, dürften die Unterschiede in den Daten auf tatsächliche Veränderungen in der Flora zurückzuführen sein.

Kleine Arten
Abb. 14: Seltene und kleine Arten können beim Botanisieren manchmal übersehen werden.

Schweizweit einzige Ökosysteme mit zunehmender Artenzahl

Die Flora der Berggipfel hat sich seit den historischen Vegetationsaufnahmen eindrücklich verändert. Die meisten Pflanzenarten sind häufiger geworden, und zwar sowohl Arten tiefer gelegener subalpiner Rasen als auch die eigentlichen Spezialisten des Hochgebirges. Hochalpine Gebiete sind wohl schweizweit die einzigen Ökosysteme, in denen die Biodiversität nicht abnimmt. Trotz dieses Trends sind einzelne Arten auch zurückgedrängt worden oder ganz verschwunden.

Klimaänderung als treibende Kraft?

Art, Ausmass und Dynamik der beobachteten Veränderungen lassen vermuten, dass die Klimaerwärmung sie herbeigeführt hat und dass somit nicht nur Gletscher und Schnee, sondern auch die Pflanzen unserer Berggipfel auf die ansteigenden Temperaturen reagiert. Allerdings ist noch nicht klar, ob auch andere Einflussfaktoren mit zur beobachteten Ausbreitung der Pflanzen beitragen, wie etwa die Wildtiere oder auch Wanderer und Bergsteiger, die heute im Bereich der Berggipfel viel zahlreicher sind als vor 100 Jahren.

Steinbock
Abb. 15: Haben Wildtiere einen Einfluss auf die Vielfalt der Gipfelflora?

Abgeschlossene Arbeiten und Publikationen

Burg S, Rixen C, Stöckli V & Wipf S (in press) Observation bias and its causes in botanical resurveys on high-alpine summits. Journal of Vegetation Science.

Wipf S, Stöckli V, Herz K & Rixen C (2013) The oldest monitoring site of the Alps revisited: Accelerated increase in plant species richness on Piz Linard summit since 1835. Plant Ecology & Diversity 6, 447-455.

Matteodo M, Wipf S, Stöckli V, Rixen C & Vittoz P (2013) Elevation gradient of successful plant traits for colonizing alpine summits under climate change. Environmental Research Letters 8, 024043, 10p. (Voted among ERL's 25 "Highlights of 2013")

Stöckli V, Wipf S, Nilsson C & Rixen C (2011) Using historical plant surveys to track biodiverstiy on mountain summits. Plant Ecology & Diversity 4, 415-425.

Burg, Sarah. 2012. Observer bias and its causes in botanical revisitation studies on summits in the Swiss Alps. Master Degree Thesis in Biology, ETH Zürich

Herz, Kristina. 2012. Changes in the spatial distribution of vascular plant species in the Southeastern Swiss Alps over the past century. Master Degree Thesis in Environmental Sciences, ETH Zürich

Matteodo, Magalí. 2012. Vegetation change in the last century on Swiss summits: a plant traits analysis. Tesi di Laurea Magistrale in Biologia dell'ambiente, Università degli studi di Torino, Italy

Nilsson, Cajsa. 2011. Changes in plant diversity on 108 Swiss alpine summits over the last century. Master Degree Thesis in Biology, Umea University, Sweden

Boggia, Sandro. 2010. Changes in plant species composition and diversity on Swiss mountain summits over the last century. Master Degree Thesis in Biology, ETH Zürich

Mitarbeitende/Kontakt

Sonja Wipf, Leiterin, wipf@slf.ch

Christian Rixen, Scientist, rixen@slf.ch

Aino Kulonen, Doktorandin, aino.kulonen@slf.ch

Partner

Das Projekt „Gipfelflora“ wird im Auftrag des BAFU und mit der Unterstützung der VELUX-STIFTUNG und des Schweizerischen Nationalfonds SNF realisiert.

 

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