Seltene Schmetterlinge, ein plätschernder Bach, wilder Wald. Im steirischen Nationalpark Gesäuse gehen Studierende und Forschende mit der Natur auf Tuchfühlung. Sie untersuchen Wasserproben, umarmen Bäume mit Maßbändern, pflücken Pflanzen auf der Suche nach Umwelt-DNA. Dabei gewinnen sie wertvolle Einsichten in Ökosysteme im Klimawandel.

Eine Gruppe Studierender streift durch den Wald am Berghang. Mit dem globalen Navigationssystem GNSS auf dem Tablet erheben sie die Position der Bäume. Dort, wo diese sehr dicht stehen, funktioniert der Satellitenempfang nicht genau genug. Daher greifen sie zusätzlich zu Kompass und Maßband. Letzteres legen sie auch um dicke Stämme, um deren Durchmesser zu ermitteln. Ebenfalls mit dabei das Smartphone. Denn beim Notieren der Baumart leisten KI-gestützte Apps wie Flora Incognita gute Dienste. Begleitet werden die Studierenden von Manuela Hirschmugl, Spezialistin für Fernerkundung. 

Landschafts-Wandel
Hirschmugl dokumentiert den Wandel der alpinen Landschaft. Um Studierende in Monitoring-Methoden einzuführen, kommt sie immer wieder gerne ins Gesäuse. Die Messergebnisse aus dem Feld fließen in Modelle ein, um Strukturveränderungen abzuleiten. Den größten Teil ihrer Forschung erledigt sie aber am Institut für Geographie und Raumforschung der Uni Graz. Mit ihrem Team wertet sie Luftbilder und aus dem Flugzeug aufgenommene Laserscanning-Daten aus. „Der Laser ist in der Lage, die Vegetation zu durchdringen, sodass wir detaillierte Informationen über die verschiedenen Strukturen erhalten, sogar über die Höhe der Bäume“, berichtet sie. Einige dieser Daten bekommen die Wissenschaftler:innen vom Land Steiermark oder vom Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen, andere liefert die Europäische Weltraumagentur ESA. „Anhand von ESA-Satellitendaten dokumentieren wir die Ausbreitung des Borkenkäfers“, nennt die Forscherin ein Beispiel. Der von der Forstwirtschaft gefürchtete Schädling darf im Schutzgebiet sein Werk ungehindert verrichten. „Wenn er Fichten vernichtet, entstehen Lichtungen, die anderen Pflanzen und Baumarten eine Chance zum Wachsen geben. Und auch für Tiere sind offene Stellen wertvolle Habitate“, führt Hirschmugl aus.
Bis zur Gründung des Nationalparks im Jahr 2002 wurden die Wälder in diesem Gebiet bewirtschaftet. Mittlerweile sind die einst homogenen Fichtenforste zunehmend mit anderen Baumarten durchsetzt, darunter – je nach Höhenstufe und Boden – Eschen und Ahorn beziehungsweise Lärchen und Zirben. Auch sonst verändert sich die Landschaft. „Werden Almwiesen nicht mehr beweidet, breiten sich Zwergsträucher wie der Almrausch und der sogenannte Krummholzgürtel mit Latschen und Grünerlen aus. Früher hat man diese Vegetation ausgerissen und verbrannt“, weiß die Forscherin. Zudem wandert die Baumgrenze mit den steigenden Temperaturen immer weiter nach oben. Die Ergebnisse des Monitorings der Strukturveränderungen im Gesäuse fließen in die europäische Datenbank eLTER (Long Term Ecological Research) ein.
Alle zehn Jahre wird der Nationalpark kartiert. Das aktuelle Update mit Daten aus 2023/24 erhält erstmals Unterstützung durch ein KI-Modell, entwickelt im Projekt HabitAlp2.0 vom Team um Hirschmugl gemeinsam mit Partner:innen von Joanneum Research und dem Nationalpark Gesäuse.

Arten-Reich
Wo die Natur unter Schutz gestellt und der Einfluss des Menschen auf ein Minimum begrenzt ist, finden sich besonders viele seltene Tiere und Pflanzen, und manche kommen nur an diesem Ort vor. „Zwar ist der Nationalpark Gesäuse flächenmäßig nicht einmal so groß wie Graz, was die Biodiversität betrifft, zählt er jedoch zu den bedeutendsten Gebieten Österreichs“, weiß Christian Sturmbauer. Im Forschungsprojekt GeMonA+ hat der Zoologe mit seinem Team aus Studierenden und Mitarbeitenden des Nationalparks die Artenvielfalt von Insekten erhoben – unter anderem auf der Kölblalm.
Eine Malaise-Falle machte dieses Fleckchen Natur gewissermaßen zum Tatort. Nachts zieht ihr Licht Fliegen, Falter und anderes Getier magisch an. „800 bis 1000 Individuen landen im Laufe von zwei Wochen in der Fangvorrichtung und werden in einem Gefäß mit alkoholischer Lösung konserviert“, berichtet Sturmbauer. „Das ist viel, aber im Nationalpark gibt es ausreichend Insekten, sodass die Falle die Nahrungsgrundlage für Vögel und andere Tiere nicht gefährdet“, zerstreut er Bedenken.
Wie lange würde es wohl dauern, jedes Exemplar einzeln zu bestimmen? Auf jeden Fall zu lange. „Will man die Biodiversität in einem Gebiet effizient und möglichst lückenlos erfassen, ist Metabarcoding heute die Methode der Wahl. Mit diesem molekulargenetischen Verfahren lassen sich in Umweltproben tausende Arten gleichzeitig identifizieren“, sagt Sturmbauer. Die gefangenen Insekten werden pulverisiert. Aus dieser Mischung extrahieren die Forschenden die DNA, die anschließend sequenziert und mit Referenzdatenbanken abgeglichen wird. „In manchen Proben fanden wir über hundert Arten, darunter sehr seltene wie die Heidespornzikade oder die Moorsandzirpe“, berichtet der Experte, der auch im Leitungsteam des Österreichischen Biodiversitätsrats ehrenamtlich tätig ist.

Alexander Maringer, Leiter des Fachbereichs Naturschutz und Forschung im Nationalpark Gesäuse, pflückt einen Strauß aus Wildblumen und -kräutern. Für wissenschaftliche Zwecke darf er auch geschützte Pflanzen entnehmen. Besonders hübsch sind die leuchtend gelben Trollblumen, schlichter, aber für die Biolog:innen nicht weniger attraktiv, die alpinen Gräser. 30 verschiedene Pflanzen brauchen sie, und pro Probennahme fünf Sträuße. Die werden mit sterilem Wasser gewaschen und filtriert, am Institut für Biologie der Uni Graz dann aus den Filterrückständen Umwelt-DNA extrahiert. Genauer gesagt, die genetischen Spuren der Insekten, die diese Pflanzen besucht haben. „Wir wollen ja auch jene Arten finden, die uns nicht in die Malaise-Falle gehen“, erklärt Sturmbauer.
Die neue EU-Renaturierungsverordnung sieht vor, Biodiversitätsmonitoring europaweit zu koordinieren und die Ergebnisse in die eLTER-Datenbank einzuspeisen. Ein Ziel des Projekts „GeMonA+“ ist die Entwicklung standardisierter Methoden, um eine wissenschaftlich fundierte, einheitliche Dokumentation zu gewährleisten.

Klima-Messnetz
Veränderungen der Landschaft sowie der Flora und Fauna stehen eindeutig im Zusammenhang mit dem Klimawandel. Im alpinen Raum zeigt er sich besonders deutlich. „Die mittlere Sommertemperatur ist im Gesäuse in den vergangenen 50 Jahren um rund drei Grad gestiegen, auf über 16 Grad im Tal. Die Gesamtniederschlagsmengen sind in etwa gleichgeblieben, während Extremwetterereignisse zugenommen haben“, berichtet Jürgen Fuchsberger vom Wegener Center der Uni Graz. Der Informationstechniker überwacht die automatisierte Datenübermittlung von 19 Messstationen des WegenerNet im Gesäuse. Seit 2010 werden dort im Zehn-Minuten-Takt Temperatur, Luftfeuchte, Niederschlag, Schneehöhe, Wind, Strahlung und Luftdruck aufgezeichnet. Zwei Anlagen registrieren Pegel, Wassertemperatur und Trübung des Johnsbachs. Zur Berechnung aussagekräftiger Klimatrends verknüpfen Forscher:innen die Daten des WegenerNet mit jenen von bereits länger existierenden Messtationen in der Region.
Beim Aufstieg zum Gipfel des Zinödl kommt Fuchsberger ganz schön außer Atem. Hier oben auf knapp 2200 Metern steht die höchstgelegene Klimastation des WegenerNet. Die Tour ist allerdings rein privater Natur, denn die regelmäßigen Kon­trollen oder Reparaturen werden von einer Umweltmesstechnik-Firma durchgeführt. Etwa wenn Blitzschlag, Sturm oder Schneedruck ein- bis zweimal im Jahr für Funkstille sorgen.
Neben den Klimastationen im Gesäuse umfasst das WegenerNet über 150 weitere in der Region Feldbach/Südoststeiermark. Das Messnetz ist aufgrund der hohen zeitlichen und räumlichen Dichte der Daten einzigartig. Diese lassen besonders genaue Rückschlüsse auf meteorologische Veränderungen zu und tragen zur Verbesserung von Wetter- und Klimamodellen bei. Zukünftige Entwicklungen sowie damit verbundene Risiken werden so besser abschätzbar. 

Quellen-Forschung
Der Klimawandel beschäftigt auch den Hydrogeologen Gerfried Winkler. Wie wirkt sich weniger Schnee infolge steigender Temperaturen auf die Trinkwasserversorgung aus? Um das herauszufinden, forscht seine Arbeitsgruppe am Institut für Erdwissenschaften der Uni Graz unter anderem an der Etzbachquelle im Gesäuse. „In Österreich stammt rund die Hälfte des Trinkwassers aus Quellen, vor allem aus Karstquellen wie dieser“, sagt Winkler. Wenn es regnet oder Schnee schmilzt, sickert das Wasser in den Untergrund. Im Karst fließt es meist durch Höhlensysteme. Mit dem Klimawandel steigt der Abfluss im Winter, weil Wärmeperioden in dieser Jahreszeit und Höhenlage häufiger werden und Niederschläge auch in Form von Regen vorkommen. Zudem beginnt die Schneeschmelze früher, und oft gibt es mehrere Schmelzphasen. „Im Spätsommer und Herbst beobachten wir eine Verringerung des Abflusses, da bei längeren Trockenperioden die Grundwasserspeicher rascher entleert werden“, berichtet der Wissenschaftler.
Thomas Wagner aus Winklers Arbeitsgruppe steht mit Studierenden an der Etzbachquelle und wartet. Im Bärenkar, einen Kilometer entfernt, haben sie grünen Farbstoff ins Bachwasser gegeben, kurz bevor dieses versickert. „Wir wollen wissen, wie lange es dauert, bis es hier an der Quelle wieder austritt“, sagt Wagner. Und da ist es, rund fünf Stunden später, mit einem Hauch von Grün. Das machen die Wissenschaftler:innen jedes Jahr im Frühling. „Daraus können wir auf Veränderungen der Grundwasserneubildung und -menge schließen. Je mehr vorhanden ist, umso schneller kommt der Farbstoff an“, so Wagner.
Winklers Team wertet auch die Daten der Messstation vom Hydrografischen Dienst des Landes Steiermark an der Etzbachquelle aus. Sie zeichnet auf, wie viel Wasser austritt, welche Temperatur und elektrische Leitfähigkeit es hat. Zusätzlich wird die Isotopenzusammensetzung untersucht. „Diese Parameter verraten uns, wie lange das Wasser im Untergrund gespeichert wurde. So erhöht sich zum Beispiel mit der Zeit der Mineralstoffgehalt, der sich aus der elektrischen Leitfähigkeit ablesen lässt“, erklärt Winkler. Grundsätzlich gilt: Je länger es braucht, um wieder an die Oberfläche zu kommen, umso besser für die Qualität des Quellwassers. Eine unzureichende Filtration durch den Untergrund wirkt sich negativ auf das mikrobiologische Gleichgewicht aus. Im Projekt ECOSPRING analysieren die Hydrogeolog:innen die Zusammensetzung von Quellwässern in ganz Österreich. Ihre Erkenntnisse zur Grundwasserneubildung sollen zu einer nachhaltigen Nutzung dieser wertvollen Ressource beitragen, damit sie uns auch in Zukunft erhalten bleibt.