From strandline vegetation to embryo dunes: natural sand retention along a heavily urbanized coast

Problemstellung
Sandstrände entlang stark urbanisierter Küsten, wie etwa die belgische Küste, stehen unter zunehmendem Druck durch Küstenschutzmaßnahmen (Deiche, Promenaden), intensiven Erholungstourismus und mechanische Strandreinigung. Diese Eingriffe behindern oft natürliche Dünenbildungsprozesse. Während Strandaufspülungen weit verbreitet eingesetzt werden, um Sedimentverluste zu kompensieren, bleibt ungewiss, in welchem Maße dieser aufgespülte Sand am oberen Strand zurückgehalten oder durch marine und äolische Prozesse umverteilt wird. Die Studie postuliert, dass die Strandvegetation – Pionierpflanzen, die auf dem trockenen Strand wachsen – einen übersehenen Mechanismus zur Sandretention und zur Initiierung der Embryonendünenbildung darstellen könnte, wobei ihr Potenzial jedoch häufig durch menschliche Störungen unterdrückt wird.

Methodik
Die Autoren verwendeten einen mehrstufigen Ansatz, der Felduntersuchungen, Fernerkundung und räumliche Modellierung kombiniert, um das Potenzial von vier Pionerdünenpflanzenarten (Cakile maritima, Calamagrostis arenaria, Elymus farctus und Salsola kali) zur Etablierung und Akkumulation von Sand zu bewerten.

1. Datenerhebung: Felduntersuchungen wurden jährlich von 2017 bis 2023 entlang der gesamten belgischen Küste durchgeführt. Die Beobachtungen konzentrierten sich auf die Zone des „trockenen Strandes“ (zwischen der Springflut-Hochwasserlinie und dem Vorland der Düne). Die Daten umfassten Artenidentität sowie Abundanz/Deckungsgrad, erfasst als georeferenzierte Punkte.
2. Referenzzonen: Um abiotische Einschränkungen von menschlichen Störungen zu isolieren, wurde die Analyse auf 10 Gebiete von Interesse (Regions of Interest, ROIs) beschränkt, die durch geringe Trittbelastung und das Fehlen mechanischer Reinigung gekennzeichnet waren.
3. Umweltprädiktoren: Zwei zentrale abiotische Treiber wurden aus LiDAR-Daten abgeleitet:
   • Höhe relativ zum Springflut-Hochwasser (SHW): Berechnet unter Verwendung von Frühlings-DTMs (Digitalen Geländemodellen) und interpolierten SHW-Daten.
   • Jährliche Sanddynamik: Berechnet als Differenz zwischen Herbst-Winter- und Frühlings-DTMs, um Nettoerosion oder Akkumulation zu quantifizieren.
4. Statistische Modellierung: Ein zweikomponentiges räumliches Modellierungsframework (unter Verwendung von R-INLA) wurde angewendet:
   • Vorkommensmodell: Ein Binomialmodell unter Verwendung von Präsenz-Pseudoabwesenheits-Daten, um die Wahrscheinlichkeit der Artenetablierung basierend auf abiotischen Bedingungen zu schätzen.
   • Abundanz-/Deckungsmodell: Ein Zero-Inflated Negative Binomial (ZINB) Modell unter Verwendung von Präsenz-Only-Daten, um die erwartete Vegetationsentwicklung (Deckungsgrad) über Umweltgradienten hinweg zu schätzen.
5. Quantifizierung der Sandakkumulation: Unabhängige Feldmessungen von Embryonendünen wurden in den Jahren 2023–2025 mittels LiDAR (iPhone 13 Pro) und Orthofotos durchgeführt, um die Beziehung zwischen Vegetationsdeckung und Sandvolumen zu quantifizieren. Für jede Art wurden lineare Modelle (durch den Ursprung beschränkt) gerechnet, welche das Sandvolumen in Bezug zur Quadratwurzel der Vegetationsdeckung setzen.
6. Hochrechnung (Upscaling): Die Studie projizierte das potenzielle Vorkommen und die Abundanz auf die gesamte belgische Küste (einschließlich urbanisierter Zonen) basierend auf den Modellen mit geringer Störung. Diese Vorhersagen wurden dann mit den artspezifischen Sandakkumulationsraten kombiniert, um die gesamte potenzielle Sandretention unter zwei Szenarien zu schätzen: dispergierte Individuen und aggregierte Flächen (Patches).

Zentrale Ergebnisse

• Abiotische Eignung: Das vorhergesagte Vorkommen war für mehrere Arten weit verbreitet, was darauf hindeutet, dass abiotische Gradienten (Höhe und Sanddynamik) nicht die primären Einschränkungen für die potenzielle Etablierung über große Teile der Küste darstellen.
• Abundanz vs. Vorkommen: Während das Vorkommen relativ unempfindlich gegenüber der Sanddynamik war, zeigten die erwartete Abundanz/Deckung starke artspezifische Reaktionen. Die meisten Arten wiesen eine erhöhte Abundanz bei höherer Sandakkumulation auf, was darauf hindeutet, dass die Sedimentdynamik primär die Entwicklung nach der Etablierung beeinflusst, nicht jedoch die initiale Etablierung selbst.
• Räumliche Muster: Unter der Annahme geringer Störungen zeigte Cakile maritima eine breite Eignung entlang der Küste. Elymus farctus und Calamagrostis arenaria wiesen eine höhere erwartete Abundanz nahe dem oberen Strand/Deich auf, während Salsola kali eine hohe, aber räumlich konsistente Abundanz zeigte. Der Kontrast zwischen diesen hohen Potenzial-Vorhersagen und der gering beobachteten Vegetation auf urbanisierten Stränden verdeutlicht die einschränkende Rolle menschlicher Störungen.
• Sandretention: Eine positive Beziehung zwischen Vegetationsdeckung und lokaler Sandakkumulation wurde für alle vier Arten bestätigt. Es wurde geschätzt, dass Cakile maritima den größten Anteil an der potenziellen Sandretention leistet, gefolgt von Salsola kali, Elymus farctus und Calamagrostis arenaria.
• Volumenschätzungen: Die totalen potenziellen Sandvolumina, die durch Embryonendünen zurückgehalten werden, wurden auf ca. 376.000 m³ (Patch-Szenario) bis 552.000 m³ (Individuen-Szenario) geschätzt. Diese Volumina liegen in der gleichen Größenordnung wie die jährlich durch Strandaufspülungen zugeführten Sedimentvolumina.

Bedeutung und Ansprüche
Die Arbeit behauptet, dass selbst entlang einer stark urbanisierten und aufgespülten Küste abiotische Bedingungen die Strandvegetation und die Initiierung von Embryonendünen unterstützen können, sofern die Störungen reduziert werden. Die Autoren argumentieren, dass Managementmaßnahmen – wie die Begrenzung von Trittbelastungen, die Anpassung der Strandreinigung und der Schutz der Strandvegetation – die Retention des aufgespülten Sandes verbessern und die naturbasierte Küstenverteidigung unterstützen könnten.

Entscheidend ist, dass die Studie nicht vorschlägt, technische Interventionen zu ersetzen. Stattdessen wird argumentiert, dass die Strandvegetation die Effizienz steigern kann, mit der das verfügbare Sediment innerhalb des Strand-Düne-Systems zurückgehalten wird. Durch die Förderung des Übergangs vom offenen Strand zur Embryonendüne können diese natürlichen Prozesse bestehende Küstenmanagementstrategien ergänzen und potenziell den Sedimentverlust an das Meer sowie die Notwendigkeit häufiger Aufspülungen verringern. Die Autoren betonen, dass ihre Schätzungen den potenziellen Beitrag der frühen Strandvegetation zur Initiierung der Dünenbildung darstellen und keine Vorhersagen über langfristiges Dünenwachstum oder permanente Vorfelddünenstrukturen sind.