Potenziale Quantitativer Landschaftsanalysen Als Monitoring-Instrument Im Gebietsnaturschutz
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Potenziale quantitativer Landschaftsanalysen als Monitoring-Instrument im Gebietsnaturschutz Untersuchungen am Beispiel des Biosphärenreservats Rhön Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades (Dr. rer. nat.) der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn vorlegt von Pamela Nienkemper aus Düren Bonn 2017 Angefertigt mit Genehmigung der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn 1. Gutachter: Prof. Dr. Winfried Schenk 2. Gutachter: Prof. Dr. Bernd Diekkrüger Tag der Promotion: 13.07.2017 Erscheinungsjahr 2017 II Danksagung Danksagung Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als Wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe „Historische Geographie“ unter Leitung von Herrn Prof. Schenk, dem ich an dieser Stelle herzlich für sein Vertrauen und seine Auf- geschlossenheit danke. Sein Entgegenkommen und seine Offenheit haben die Bearbeitung der Arbeit erst möglich gemacht. Mein herzlicher Dank gilt darüber hinaus Herrn Prof. Menz für die konstruktiven Diskussionen und die Mitbetreuung der Arbeit bis zu seinem plötzlichen Tod im Sommer 2016. Ein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Diekkrüger, der kurzfristig als Zweitbetreuer der Arbeit eingesprungen ist und mir mit viel Engagement und sehr hilfreichen, kritischen Rückmeldungen, die Fertigstellung der Arbeit ermöglicht hat. Für die Unterstützung und die Bereitstellung von Daten und Informationen möchte ich mich bei der Verwaltung des Biosphärenreservats Rhön, insbesondere der Thüringischen und Bayerischen Verwaltungsstelle und allen voran bei Frau Dr. Pokorny, bedanken. Außerdem danke ich Herrn Guido Lüchters vom ZEF in Bonn für die Diskussion statistischer Frage- stellungen und die Zeit, die er sich dafür genommen hat. Bei der Arbeitsgruppe „Historische Geographie“ sowie der Abteilung Photo-/Kartographie am Geographischen Institut bedanke ich mich für die angenehme Arbeitsatmosphäre. Meiner Freundin Kristina Anding gilt ein ganz besonderes Dankeschön für zahlreiche Diskussionen während des Entstehungsprozesses sowie für die konstruktive Kritik in der Endphase dieser Arbeit. Bei Beatrix Görtner möchte ich mich für das gewissenhafte und schnelle Korrekturlesen der Arbeit bedanken. Abschließend freue ich mich, an dieser Stelle auch meinem Lebensgefährten Daniel Voigt, meinen Eltern und meinen Freunden für ihr Verständnis und ihr Vertrauen in mich Danke zu sagen. III Zusammenfassung Zusammenfassung Ökologisch schützenswerte Bereiche im Gebietsnaturschutz sind häufig an traditionelle Nutzungsformen gekoppelt. Die daraus hervorgegangenen Kulturlandschaften in Deutsch- land und anderen mitteleuropäischen Ländern sind gekennzeichnet durch eine kleinteilige Landschaftsstruktur und -vielfalt. Die Phänomene und Prozesse in diesen Landschaften sind raumspezifisch, d. h. an bestimmte Räume gebunden, und können folglich mit räumlichen Daten (Geodaten) erfasst und quantifiziert werden. Um die Dynamik der Landschaft, insbe- sondere zur Überprüfung von Schutzgebietszielen abzubilden, können quantitative Land- schaftsanalysen als Monitoring-Instrument eingesetzt werden. Im Kontext des Gebietsnaturschutz-Monitorings treten bei der Quantifizierung von Land- schaftsveränderungen auf Basis kategorialer Daten unterschiedliche methodische und inhalt- liche Probleme auf, die in der Arbeit am Beispiel des Biosphärenreservats Rhön untersucht werden. Die Ziele der Arbeit sind (1) die Untersuchung methodischer Aspekte in der vektorbasierten Landschaftsveränderungs- und Landschaftsstrukturanalyse, (2) die Präzi- sierung des Monitoring-Terminus sowie die Entwicklung eines indikator- und eines prozess- basierten Monitoring-Instruments für die spezifische Kulturlandschaft des Biosphären- reservats Rhön, welche einen Vergleich der beiden Ansätze und Aussagen über die Zielerreichung des Schutzgebiets ermöglichen, und (3) die Ableitung von Potenzialen quan- titativer Landschaftsanalysen für das Konzept der Ökosystemleistungen und den angewandten Gebietsnaturschutz, insbesondere bezogen auf mögliche Synergieeffekte mit dem Kulturlandschaftsschutz. Obwohl die Erfassung und Quantifizierung von Landschaftsveränderungen und Land- schaftsstrukturen mittlerweile eine lange Tradition in der geographischen und land- schaftsökologischen Forschung haben, bestehen, auch durch die zunehmende Verfügbarkeit sehr hoch aufgelöster Daten, nach wie vor methodische Unsicherheiten. Der Einfluss der thematischen Auflösung auf die Berechnung von Landnutzungs- und Landbedeckungs- veränderungen sowie Landschaftsstrukturveränderungen ist noch nicht hinreichend geklärt und bisher im Kontext des Schutzgebietesmonitorings unzureichend berücksichtigt. Den empirischen Untersuchungen wird eine quantitative Literaturanalyse zu Definitionen und methodischen Ansätzen im Landschaftsmonitoring vorangestellt. Da der Begriff Monitoring nicht einheitlich definiert ist, muss zunächst eine Präzisierung des Terminus für den Kontext der vorliegenden Arbeit erfolgen. Im Ergebnis wird unter Monitoring die IV Zusammenfassung Sammlung und Analyse von Daten in mindestens zwei Zeitabschnitten an einem bestimmten Ort verstanden, die Rückschlüsse auf Veränderungen der Landschaft und ihrer Kompartimente erlauben, wodurch es möglich wird, das Erreichen vordefinierter Ziele zu überprüfen und zu bewerten. Als Untersuchungsgebiet für die empirischen Analysen dient das Biosphärenreservat Rhön im Dreiländereck von Hessen, Thüringen und Bayern. Das Biosphärenreservat wurde 1991 von der UNESCO anerkannt und erstreckte sich bis zu seiner Erweiterung im Jahr 2014 über eine Fläche von ca. 185.000 Hektar. Es handelt sich um eine deutsche Mittelgebirgs- landschaft, die aufgrund einer langen Nutzungsgeschichte durch vielfältige landschaftliche Kleinstrukturen sowie unbewaldete Hochflächen gekennzeichnet ist. Als Datengrundlage liegen flächendeckende Biotop- und Nutzungstypenkartierungen im Vektorformat für die Jahre 1993 und 2006 vor. Diese thematisch sehr hoch aufgelösten Daten werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit in mehreren Schritten zu unterschiedlich stark differenzierten Landnutzungs- und Landbedeckungsklassen bzw. Ökosystemtypen zusammengefasst. Zusätzlich stehen für drei Gemeinden aktuelle ATKIS-Datensätze (Amtliches Topographisch-Kartographisches Informationssystem) zur Verfügung, die ebenfalls hinsichtlich der Klassenzuteilung und der Erfassungsgrenzen bearbeitet werden. Auf Basis dieser Datensätzen kann gezeigt werden, dass übergeordnete Landnutzungs- und Landbedeckungskategorien (Wald, Acker, Siedlungsfläche u. ä.) eine hohe Persistenz aufweisen. Die Dynamik der kleinteiligen Kulturlandschaft des Untersuchungsgebietes kann erst mit zunehmenden Detaillierungsgrad der Klassifikation abgebildet werden. Die unter- schiedlichen Detailtiefen der Klassifikationen haben Einfluss auf die Berechnung und die Ergebnisse der quantitativen Landschaftsanalysen. Insbesondere bei der Berechnung sogenannter Landschaftsstrukturindizes wird deutlich, dass die Ergebnisse je nach Klassifikationsschema voneinander abweichen, so dass bei Landschaftsstruktur- berechnungen eine kritische Auseinandersetzung mit der gewählten Klassifikationstiefe erfolgen muss und die Festlegung des Klassifikationsschemas bezogen auf die jeweilige Fragestellung und Zielsetzung vorzunehmen ist. Um die oben erwähnte Dynamik der spezifischen Kulturlandschaft des Biosphärenreservats zu erfassen, werden ein indikator- basiertes und ein prozessbasiertes Monitoring zur Überprüfung der Zielerreichung entwickelt. Für das indikatorbasierte Monitoring sind vier Indikatoren (Nutzungsintensität, stark gefährdete Biotope, Grünlanderhalt und Landschaftsstrukturvielfalt durch Kleinstrukturen) erstellt worden. Für den Zeitraum zwischen 1993 und 2006 konnte mit V Zusammenfassung diesem Verfahren gezeigt werden, dass auf der überwiegenden Fläche die Ziele umgesetzt werden konnten. Konträr zur Zielerreichung sind lediglich eine leichte Abnahme der Grünlandareale und der stark gefährdeten Biotope in der Hohen Rhön. Für den prozessbasierten Ansatz erfolgt eine Kombination und entsprechende Anpassung der Biotop- und Nutzungstypenkartierungen mit ATKIS-Datensätzen für drei ausgewählte Gemeindegebiete, so dass drei Zeitschritte untersucht werden können. Zur Überprüfung der Zielerreichung werden fünf Prozesse (Intensivierung, Extensivierung, Grünlanderhalt, Diversifizierung und Fragmentierung) definiert. Die Ergebnisse zeigen zum Beispiel, dass im zweiten Zeitintervall (2006 bis 2016) auf manchen Flächen eine Intensivierung der Nutzung stattgefunden hat und die sehr hohen Grünlandanteile im Vergleich zum ersten Zeitintervall (1993 bis 2006) leicht abgenommen haben. Die Ergebnisse werden, u. a. in Abgleich mit den Entwicklungen der Agrarpolitik, ausführlich diskutiert. Beide Ansätze haben Stärken und Schwächen: Die Indikatoren ermöglichen eine räumlich explizite Auswertung sowie eine deutliche Reduktion der Komplexität bei gleichzeitigem Erhalt relevanter Informationen. Dagegen kann mit Prozessen die Richtung der Veränderungen abgebildet werden, wodurch Aussagen zu Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen möglich sind. Abschließend wird das Potenzial quantitativer Landschaftsanalysen für das aktuell in der Landschaftsökologie und Landschaftsplanung viel diskutierte Konzept der Ökosystem- leistungen reflektiert. Die Erfassung von Ökosystemleistungen erfolgt häufig über quantitative Landnutzungs- und Landbedeckungsanalysen, folglich kann die Relevanz der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit für die Inventarisierung