Anthropogenic impacts on mangrove and saltmarsh communities in eastern Australia

Abstract

Aktuell lebt die Hälfte der Weltbevölkerung in urbanisierten Regionen und es wird erwartet, dass diese bis 2050 um weitere 13 % steigen wird. In Australien leben 85% der Bevölkerung in Küstennähe und durch die global steigende Bevölkerungsdichte sind dadurch auch insbesondere die tidebeeinflussten Feuchtgebiete entlang von Küsten, wie Mangroven und Salzmarsche, stark bedroht. In Südostaustralien nehmen insbesondere Salzmarsche einen empfindlichen Platz entlang des Höhengradienten von Gewässerufern ein. Sie kommen zwischen Mangroven, auf der seewärtigen Seite, und Süßwasservegetation sowie urbaner Bebauung, auf der landwärtigen Seite, vor. Zusätzlich zur landwärtigen Migration von Mangroven und dem steigenden Meeresspiegel, werden Salzmarsche durch abgeleitetes Regenwasser, insbesondere bei Extremwetterereignissen, bedroht. Das verschmutzte Regenwasser, in dem sich Straßenabfälle, Öl, Benzin und Chemikalien anlagern, wird in vielen Fällen direkt in die Feuchtgebiete geleitet. Die vorgelegte Dissertation kombiniert verschiedene Forschungsansätze, um auf unterschiedlichen geografischen Skalen den anthropogenen Einfluss auf Salzmarsch-Mangroven Gesellschaften entlang der Südostküste Australiens zu untersuchen. Zunächst untersuchten wir auf lokaler Ebene den Einfluss von kontaminiertem Süßwasser auf die Komposition und Verbreitung von Salzmarsch- und Mangrovengesellschaften. Wir konnten zeigen, dass das Einbringen von kontaminiertem Regenwasser, die Etablierung von exotischen Süßwasserpflanzen entlang der Salzmarsche begünstigt. Das abgeleitete Regenwasser und die dadurch erhöhten Nährstoffgehalte unterstützen zudem die Ausbreitung von Mangroven. Da die Invasion von Süßwasserpflanzen von der Landseite, und die Mangrovenexpansion von der Seeseite her geschieht, werden die Salzmarschen von beiden Seiten bedrängt. Dies konnte besonders in industrialisierten Gebieten gezeigt werden. Das zweite Projekt zielte darauf ab, die vorherige Feldstudie unter kontrollierten Bedingungen im Gewächshaus zu überprüfen. Dazu invadierten wir 28 Mesokosmen, bestehend aus nativen Salzmarscharten, mit vier verschiedenen exotischen Süßwasserpflanzen. Die Nährstoffgehalte und der Salzgehalt im Boden wurden den natürlichen Konzentrationen und denen in industriellen Gebieten angepasst. Unsere Ergebnisse zeigten, dass die Etablierung von exotischen Arten unter natürlichen Bedingungen (hoher Salzgehalt und niedriger Nährstoffgehalt) stark eingeschränkt ist. Geringer Salzgehalt im Boden durch Süßwassereintrag erhöhte die Überlebensrate der exotischen Pflanzen signifikant. Erhöhte Nährstoffgehalte führten zwar zu stärkerer Biomasseproduktion, verbesserten allerdings nicht die Überlebensrate. In einem weiteren Gewächshausexperiment untersuchten wir die Auswirkungen von erhöhtem CO2 und variierendem Salzgehalt auf das Wachstum von zwei verschiedenen Mangrovenarten. Diese wuchsen zum einen isoliert und zum anderen in Konkurrenz mit einer Salzmarschgesellschaft, bestehend aus drei typischen Salzmarscharten Südostaustraliens. Hohe CO2 Konzentrationen unterstützten sowohl den Mangroven als auch den Salzmarschwuchs. Klimawandelbedingte Erhöhung von CO2 wird somit die Migration von Mangroven in Salzmarschhabitate erleichtern. Besonders wenn weitere Faktoren, wie Herbivorie und der Anstieg des Meeresspiegels, die Konkurrenzfähigkeit der Salzmarsche reduzieren. In einer letzten Studie testeten wir auf regionaler Ebene die Ergebnisse aus der ersten Feldstudie, mit Hilfe von Fernerkundungstechniken. Anhand von Lauftaufnahmen über einen Zeitraum von 42 Jahren untersuchten wir, ob die Veränderungen innerhalb der Feuchtgebietvegetation in stark modifizierten Gewässern beobachtet werden können. Unsere Analyse zeigte, dass weite Bereiche von Salzmarschen seit den 1970er Jahren verloren gegangen sind. Im Gegensatz dazu, hat die Fläche von Casuarina spp. und Melaleuca spp. Pflanzengemeinschaften stark zugenommen, was uns vermuten lässt, dass diese von der Landseite aus in die Salzmarsche migrierten. Jedoch konnten wir anhand der Anzahl der Bilder, den Verlust von Salzmarsche durch Mangroven Migration nicht belegen. Tidebeeinflusste Feuchtgebiete gelten in der Regel nicht als durch Süßwasserpflanzen invasionsanfällige Ӧkosysteme. Wir konnten jedoch zeigen, dass die Einengung der Salzmarsche, in unmittelbarer Nähe zu urbanen Gebieten, von Mangroven auf der Seeseite und von exotischen Pflanzen auf der Landseite durch Abwassereinleitung verschlimmert wird. Dieser Trend ist besonders stark entlang industrialisierten Ästuaren durch den erhöhten Süßwasserund Nährstoffeintrag. Auch einheimische Süßwasserpflanzen, die natürlich am Rand der Salzmarschzone vorkommen, scheinen über die letzten 42 Jahre stark vom Frischwassereintrag profitiert zu haben. Dieser Trend ist besonders stark entlang industrialisierten Ästuaren durch den erhöhten Süßwasser- und Nährstoffeintrag. Managementstrategien, wie bepflanzte Pufferzonen und Bildungsprogramme, die zum Beispiel auf eine Verminderung des Nährstoffeintrages hinzielen, werden dringend benötigt. Wenn die Verdrängung der Salzmarsche nicht vermindert wird gehen nicht nur Lebensräume für viele Tierarten verloren, sondern auch wichtige ökosystematische Dienstleistungen, die uns Menschen betreffen.

Currently, half of the global population is living in urban areas and it is expected to rapidly grow by 13% until 2050. In Australia, 85% of its population lives within 50 km of the coastline. Population growth will strongly impact intertidal coastal wetlands, such as mangroves and saltmarshes. In particular saltmarshes occur in a vulnerable position between mangroves on the seaward side and freshwater plants and human development on the landward side. Saltmarshes are facing threats from rising sea level, landward migration of mangroves, and in urban regions, from stormwater run-offs carrying litter, nutrients, oil, petrol and agrochemicals. This thesis used various approaches to examine the anthropogenic effects on the mangrove and saltmarsh communities of south-east Australia. First on a local scale, where we investigated the impact of polluted urban stormwater on saltmarsh and mangrove species composition and distribution. We showed that stormwater facilitates the growth of exotic freshwater plants into saltmarsh vegetation downslope of stormwater outlets and the expansion of mangroves into saltmarsh vegetation from the seaward side. This results in a squeezing effect on the saltmarshes that occur between urban development and mangrove forest. This effect was found to be strongest in industrialised areas. In a second study, we aimed to validate our findings of the field study in a controlled greenhouse experiment. We established 28 mesocosms containing a mixture of native saltmarsh community and invaded them with four different exotic plant seedlings. The nutrient and salinity levels were adjusted according to those found in natural and industrial areas. Our findings suggest that under natural conditions of saltmarsh habitat (high salinity-low nutrients), the establishment of exotic plant seedlings is restricted. Lower salinity through freshwater input increased the survival of invading exotic species significantly. Additional nutrients increased biomass production but not necessarily survival of exotics. In another glasshouse experiment, we investigated the effect of elevated CO2 and changes in salinity on seedling growth of two mangrove species grown individually and in a model saltmarsh community. Elevated CO2 promoted mangrove and saltmarsh growth. It can be assumed that under rising CO2, mostly caused by anthropogenic climate change, mangrove encroachment into saltmarshes will be facilitated. Especially if other disturbing factors, such as herbivory or rising sea level, will reduce the competition effect of saltmarshes. Finally, at the regional scale, we used a remote sensing approach to assess if the changes in vegetation pattern, observed in our field study (Chapter 2), can be detected in aerial images of extremely modified catchments over a 42-year period. Our analysis showed that large areas of saltmarshes have been lost since 1970. By contrast, saltmarsh fringing Casuarina and Melaleuca communities greatly increased, indicating seaward encroachment into saltmarsh communities. However, based on the number of our imagery, the loss of saltmarsh could not be associated with mangrove expansion. While intertidal coastal wetlands are generally not considered as threatened through species invasion, due to their adaptation to saline environments, we showed that urban saltmarshes are indeed threatened by a squeezing effect from the seaward side by mangroves and from the landward side by exotic plants and freshwater plants. This trend is particularly threatening with high disturbances in industrialised estuaries by freshwater and nutrient input. Management strategies, such as buffer zones and educational programs to foster the avoidance of overfertilization, are needed to avoid the freshening of intertidal wetlands in proximity to urban development. Further squeezing of saltmarsh communities in urban areas will lead to its destruction and thus to a loss of important habitat as well as ecosystem services they provide to us humans.