Teilprojekt 3.3.3 - Integrierte BewertungLandnutzungsentscheidungen bringen die Herausforderung mit sich, Interaktionen zwischen verschiedenen Landnutzungstypen ebenso zu berücksichtigen wie die unterschiedlichen Einwirkungen und Ansprüche der Landnutzer. Veränderte äußere Rahmenbedingungen, für die der Klimawandel das prominenteste Beispiel darstellt, sowie veränderte Nutzungsstrategien und -intensitäten beeinflussen Prozesse und Stoffkreisläufe innerhalb einzelner Landnutzungsarten. Rückgekoppelt auf die Landschaftsebene ergeben sich daraus vielfältige Einflüsse auf die Erfüllung von Landschaftsfunktionen und Ökosystemdienstleistungen, wie z.B. die Festlegung von Kohlenstoff, die Bereitstellung von Trinkwasser oder auch die Regulation des Hochwasserrisikos. Ein klassisches Problemfeld auf Landschaftsebene besteht in der Verfügbarkeit von Informationen, die eine Bewertung von Wirkungen des Klimawandels und der entsprechenden Anpassungsmaßnahmen ermöglichen. Zu nennen sind beispielsweise lückenhafte Datensätze sowohl was die räumliche als auch die zeitliche Auflösung betrifft, heterogene Standards bei Datenauswertung und -dokumentation sowie unübersichtliche Verantwortlichkeiten bei der Datenhaltung und -bereitstellung. Außerdem gilt es, das Handeln auf verschiedenen Entscheidungsebenen - vom einzelnen Ökosystem bis hin zum regionalen Gesamtkontext - inklusive verschiedener Landnutzungssektoren und Wirtschaftszweige abzubilden. Die Berücksichtigung der vielfältigen Interaktionen, Prozesse und der eingeschränkten Datenverfügbarkeit auf Landschaftsebene erfordert daher Instrumente, die in der Lage sind (a) die verfügbaren, aber oft sektoral fragmentierten Informationsquellen effizient zu erschließen, und (b) ein komplexes, aber dennoch nutzerfreundliches Wissens- und Erfahrungsmanagement zu unterstützen. Vor diesem Hintergrund ist ab 2007 die Software GISCAME (ehem. „Pimp Your Landscape“) entwickelt worden. Sie verfolgt das Ziel, Landnutzung auf Basis der regional verfügbaren Wissensgrundlagen (statistische Daten, Modellergebnisse/Gutachten und Erfahrungswissen) zu bewerten und damit dem Planer ein Werkzeug an die Hand zu geben, Handlungsalternativen gegeneinander abzuwägen. Die Konzeption der Software betrachtet die Landschaft als integrative Ebene für Interaktionen zwischen verschiedenen Landnutzungsarten, Landnutzern und landschaftsbezogenen Ökosystemprozessen, die die Erfüllung von landschaftsbezogenen Ökosystemdienstleistungen bedingen. Nachfolgend erhalten Sie Informationen über Ziele, Forschung, Ergebnisse, Produkte und Partner des Teilprojektes. ZieleIm Teilprojekt 3.3.3 sollte zunächst eine konsistente, aktuelle Datengrundlage geschaffen werden, die insbesondere die Managementstrategien in Forstwirtschaft (standortspezifische Wald-Zielzustandstypen) und Landwirtschaft (standortspezifische Furchtfolgeklassen) für die Modellregion flächendeckend sowie thematisch und räumlich hochaufgelöst bereitstellt. Um Aufforstungsstrategien simulieren zu können, war zudem eine Regionalisierung der Wald-Zielzustandstypen für Nicht-Wald-Standorte notwendig. Die integrierte Bewertung von Managementstrategien in Forst- und Landwirtschaft auf Landschaftsebene basiert auf einem integrierten, multikriteriellen Bewertungsansatz verschiedener Ökosystemdienstleistungen. Diese zellbasierte Bewertung soll hinsichtlich verschiedener Aspekte erweitert und verfeinert werden. Das betrifft folgende regionalplanerisch bedeutsamen Themenbereiche, die in spezielle Analyse-Module umgesetzt werden sollten: 4. Attribut Action Management System Der praktische Einsatz von GISCAME sollte in Zusammenarbeit mit Regionalplanern und ILE-Managern erfolgen. Dabei wurden verschiedene, aktuell dringende Themen analysiert. So erfolgte die Berechnung und Visualisierung der Höhe von Bodenabträgen unter verschiedenen Szenarien mit dem Wassererosionstool. Weiterhin sollten Problemgebiete erfasst und in Form von thematischen Karten als Risikogebiete ausgewiesen werden. In einem weiteren Schritt bestand die Herausforderung darin, aufgestellte best practice-Optionen zur Klimaanpassung zu bewerten und zu validieren. Mithilfe von unterschiedlichen strategischen Planungsszenarien sollte z. B. ermittelt werden, welche Maßnahmen des Landnutzungs- und Landbewirtschaftungswandels bei möglichst geringen Produktionsverlusten den für ausgewählte Ökosystemleistungen größten positiven Effekt auf Landschaftsebene haben. Aufbau der Software GISCAMEDie Abbildung 1 zeigt die drei Module, aus denen GISCAME aufgebaut ist. GIS-Funktionalitäten im Programm erlauben es, die Vielfalt möglicher Attribute zu handhaben und eine Schnittstelle zu herkömmlichen GIS-Anwendungen (Import/Export) zur Verfügung zu stellen. Das Modul „zellulärer Automat“ (CA für cellular automaton) dient dazu, flexible Veränderungen im Raum zu ermöglichen. Ein Regelsystem erlaubt Umweltattribute und Planungsvorgaben an die Veränderlichkeit der einzelnen Zelle zu koppeln. Die multikriterielle Bewertung (ME für multicriteria evaluation) stellt den Kern des Systems dar und ermöglicht eine vergleichende Bewertung von Ökosystemdienstleistungen. Ökosystemdienstleistungs-KonzeptFür die Weiterentwicklung der Entscheidungsunterstützungssoftware GISCAME wurde das Konzept der Ökosystemleistungen verwendet. Um den Einfluss der Klimawandelanpassungsmaßnahmen auf die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen auf der Landschaftsebene zu erfassen und mögliche Zielkonflikte zu identifizieren, waren zwei Schritte erforderlich: (i) die Bewertung des Einflusses der einzelnen Landnutzungsklassen auf vorher definierte Ökosystemleistungen und (ii) die Entwicklung und das Testen von möglichen Änderungsszenarien. Arbeitsschritte: 1. Bewertung der Landnutzungsklassen: Zur Erfassung der Ökosystemleistungen (a) Nahrungsmittel und Futter, (b) Biomasse, (c) Bodenerosionsschutz, Regulation des (d) Dürre- und (e) Hochwasserrisikos, und zur Abschätzung des (f) Deckungsbeitrages und des Einflusses auf die (g) ökologische Intaktheit wurde jede Landnutzungsklasse mit einem relativen, dimensionslosen Wert erfasst. 2. Entwicklung von Szenarien: Als Grundlage für räumlich explizite Szenarien dienten Gebiete, die im Regionalplan Oberes Elbtal/Osterzgebirge (1. Gesamtfortschreibung 2009) als Vorrang- und Vorbehaltsgebiete für Waldmehrung und als Vorrang- und Vorbehaltsgebiete für Natur und Landschaft ausgewiesen wurden. Weiterhin wurden thematische Karten, die Abflussbahnen mit erhöhtem Oberflächenabfluss und Gebiete mit hohem Erosionsrisiko (v.a. Hänge, Lössböden) ausweisen, erstellt und zur Identifizierung von Problemgebieten genutzt. ErgebnisseIm Teilprojekt 3.3.3 sind eine Reihe von Ergebnissen entstanden: Landnutzungsdaten: EUROmaps Land CoverDer EUROmaps-Datensatz bildet die Grundlage der integrierten Bewertung. Es handelt sich um Rasterdaten mit besonderer Berücksichtigung der land- und forstwirtschaftlichen Managementtypen. Die räumliche Auflösung beträgt 25 m; thematisch ist der Datensatz in 85 Landnutzungsklassen unterteilt. Darunter befinden sich 32 Wald-Zielzustandstypen sowie 30 landwirtschaftliche Managementtypen (Fruchtfolgeklassen). Die Managementtypen wurden in die auf Satellitenbildern basierende Landbedeckungsklassifizierung (2010) integriert, um Veränderungen in der Nutzung und Nutzungsintensität von land- und forstwirtschaftlichen Flächen in der Modellregion simulieren zu können. Regionalisierung der Wald-ZielzustandstypenDie fachplanerischen Grundlagen (Wald-Zielzustandstypen) wurden auf Ebene der Modellregion hochskaliert und bilden die Entscheidungsgrundlage für Aufforstungsszenarien von Nicht-Wald-Standorten (standörtlich angepasste Baumartenwahl/Alternativen für Waldentwicklungstypen). Ausgehend von den Waldzustandstypen bestehender Wälder wurden durch den Staatsbetrieb Sachsenforst klimawandelangepasste, regionalisierte Zielzustandstypen entwickelt. Integrierte Bewertung von ÖkosystemdienstleistungenDas Herzstück von GISCAME ist ein hierarchischer, multikriterieller Bewertungsansatz zur Ermittlung des Einflusses von Änderungen der Landnutzung auf Ökosystemdienstleistungen (Abb. 3). Regionalspezifische Indikatorsets liegen der Bewertung zugrunde. Sie wurden unter Berücksichtigung des Bewertungsanlasses und der verfügbaren Informationsgrundlagen gemeinsam mit regionalen Experten festgelegt. Sie dienen der Ermittlung der relativen Wertigkeit der Landnutzungstypen für die jeweils betrachteten Ökosystemdienstleistungen auf einer Skala von 0 (Minimum) bis 100 (Maximum). Die Einführung einer relativen Skala ermöglicht es, den Einfluss verschiedener Landnutzungsarten oder Bewirtschaftungsstrategien innerhalb einer Landnutzungsklasse für eine spezifische Ökosystemdienstleistung vergleichbar zu machen und das Problem unterschiedlicher zeitlicher und räumlicher Skalen der verwendeten Indikatoren zu umgehen. Zum anderen ermöglicht sie eine multifunktionale Bewertung der relativen Vorzüglichkeit von Planungsalternativen unter Einbezug eines Bündels von Landschaftsleistungen und/oder -funktionen. Wassererosionstool zur Ausweisung von Risikogebieten in GISCAMEAbbildung 4 zeigt die Nutzeroberfläche des in GISCAME entwickelten Wassererosionstools. Dieses beinhaltet eine farbskalierte Karte mit kombinierter Wertetabelle, in der die ABAG-Faktoren sowie die Bodenabträge und die Stoffbilanz (beide Angaben in t ha-1 a-1) pro Rasterzelle dargestellt werden. Eine Fruchtfolgeänderung in GISCAME hat direkte Auswirkungen auf die Höhe des Bodenabtrages der betroffenen Fläche. Die rasterbasierte Umwandlung von Landnutzungen oder Fruchtfolgen in GISCAME und die automatische Anpassung der betroffenen Werte im Wassererosions-Tool (C-Faktor, Bodenabtrag, Stoffbilanz) an diese Änderung ermöglicht einen Vergleich hinsichtlich der Auswirkungen unterschiedlicher Fruchtfolgen und Bewirtschaftungsarten. Abbildung 5 zeigt die Simulation von Bodenabträgen als Folge zwei verschiedener Fruchtfolgeszenarien (Mais vs. Kleegras). Der Bodenabtrag bezogen auf die Gesamtkachel (Σ soil erosion) ist im Falle des Maisszenarios mehr als sechs Mal höher als beim Anbau von Kleegras. Bei Betrachtung einer Einzelzelle, welche in einem erosionsgefährdeten Hangbereich lokalisiert werden kann, weist der Unterschied zwischen beiden Fruchtfolgen sogar den Faktor sieben auf. Die Ergebnisse aus dem Wassererosionstool bestätigen somit bereits bekannte Folgen des Maisanbaus insbesondere in Hangbereichen. Die Folgen von linearen Landschaftselementen auf den Bodenabtrag können mit dem Erosionstool ebenfalls bewertet werden. Unter dem Sammelbegriff „lineare Landschaftselemente“ fallen Strukturen, wie Grünstreifen, Hecken oder Baumreihen insbesondere auf Ackerflächen, welche die Landschaft gliedern, Biotope vernetzen sowie Schutz vor Wind- und Wassererosion bieten. Die Anlage linearer Landschaftselemente insbesondere hangparallel auf Ackerflächen entspricht in GISCAME dem rasterzellbasiertem Umwandeln von Acker zu bspw. Gehölzanpflanzungen. Diese Landnutzungsänderung in Hangbereichen bewirkt eine Hangverkürzung und hat einen Rückgang des Bodenabtrags hinter dem linearen Landschaftselement zur Folge. Mit Hilfe des Wassererosionstools ist es möglich die Auswirkungen real vorhandener oder geplanter linearer Landschaftselemente hinsichtlich des Bodenabtrags auf den betreffenden Flächen zu kalkulieren und in Folge für deren Erhalt sowie Neuanlage zu argumentieren. Der Anwenderkreis dieses Tools kann sich von Raum-/Landschaftsplanern, über diverse Fachbehörden bis hin zu Umwelt- und Naturschutzverbänden erstrecken. Für letztgenannte Nutzergruppe können die Ergebnisse des Tools zudem eine Argumentationshilfe in Hinblick auf Biotopverbund und Landschaftsstrukturierung sein. Landschaftsstruktur-Modul in GISCAMEGISCAME basiert auf dem Konzept eines zellulären Automaten. Ziel ist es jedoch, die Nachteile eines zellulären Automaten, der lediglich direkte Zell-Nachbarschaften berücksichtigt, zu kompensieren. Durch die Anwendung des Landschaftsstruktur-Moduls wird der Bedeutung der räumlichen Vereitlung von Landnutzungstypen, z. B. für den Biotopverbund oder das ästhetische Empfinden, Rechnung getragen. Ein Set an Landschaftsstrukturmaßen kommt zum Einsatz. Grundlage der Anwendung von Landschaftsstrukturmaßen ist die Erkenntnis, dass sich verschiedene Eigenschaften, Prozesse, Funktionen und somit auch Ökosystemdienstleistungen der Landschaft in den Landnutzungsmustern widerspiegeln. Diese Kennziffern fließen nicht direkt in die Bewertung ein, sondern es werden in Form von qualitativen Klassen Auf- bzw. Abschläge der Basisbewertung vergeben. Zellulärer AutomatDer zelluläre Automat dient der Simulation von Landnutzungswandel unter der Annahme bestimmter Übergangswahrscheinlichkeiten von Landnutzungs- bzw. Managementtyp A zu Typ B. Dieses Modul erlaubt es, mögliche zukünftige Landschaftsentwicklungen unter der Annahme verschiedener Rahmenbedingungen hinsichtlich der Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen zu analysieren. In Abhängigkeit klimatischer, aber auch demografischer und wirtschaftlicher Rahmenbedingungen ändern sich die Übergangswahrscheinlichkeiten den Landbewirtschaftungstypen in Forst- und Landwirtschaft. Attribut Action Management SystemDieses Modul dient der Verschneidung von Attributlayern zur einfachen Erstellung von Planungsszenarien. Attributlayer enthalten räumlich explizite Informationen zum Kartenausschnitt, z. B. wie Ausweisungen der Regionalplanung. Wenn solcherlei Daten, welche die Landschaftsentwicklung beeinflussen, vorliegen, können diese mithilfe des „Attribut Action Management Systems“ in die Simulation integriert werden. Mit einem Klick können z. B. sog. „Vorrangflächen für Waldmehrung“ mit standortspezifisch klimawandelangepassten Waldzielzustandstypen aufgeforstet und die Wirkung auf die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen bewertet werden. Best-Practice Optionen für die LandwirtschaftAus den getesteten Szenarien (Abb. 7) geht hervor, dass sehr kleinräumige Landnutzungsänderungen (A-3) nicht geeignet sind in relevantem Ausmaß die Bereitstellung von Ökosystemleistungen zu optimieren. Änderungen, die größere Flächen betreffen, wie die Umstellung von 40% der Ackerfläche auf eine von Mais dominierte Fruchtfolge (M-2), rufen hingegen ausgeprägte, als negativ zu bewertende Änderungen hervor. Unter konventioneller Bodenbearbeitung steigt daher das Potential Nahrung/Futter und Biomasse bereitzustellen zu Ungunsten z. B. des Bodenerosionsschutzes und der Regulation des Dürrerisikos. Aus den Beispielszenarien lässt sich ableiten, dass eine großflächigere Extensivierung, Aufforstung der Abflussbahnen (A-9) und/oder der großflächige Einsatz konservierender Bodenbearbeitung (M-1) als best practice-Optionen geeignet wären um Synergieeffekte zu bewirken und eine ausgeglichene Bereitstellung von Ökosystemleistungen bei akzeptabler Verringerung der Ökosystemleistungen Nahrungsmittel/Futter und Biomasse zu gewährleisten. Mit der Simulation von Landnutzungsänderungen können die Effekte von Maßnahmen zur langfristigen und nachhaltigen Ertragssicherung und Hochwasservorsorge abgeschätzt werden. Der vorgestellte Ansatz ist ein dafür geeignetes Werkzeug, da es eine sehr schnelle Abwägung verschiedener Planungsalternativen erlaubt und somit als Argumentationshilfe den Planungsprozess und die Konsensfindung für von allen Akteuren akzeptierte Handlungsstrategien beschleunigen und erleichtern kann. Best-Practice Optionen für die ForstwirtschaftAm Beispiel der ILE Regionen Silbernes Erzgebirge und Dresdner Heidebogen wurden mit Schnittstelle zum MORO KlimaFit, Strategien des Waldumbaus und der landschaftsstrukturierenden Aufforstung mit GISCAME geprüft und Empfehlungen mit Schnittstelle zur Regionalentwicklung/-planung und forstlichen Fachplanung erarbeitet. Folgende Empfehlungen aus der Berücksichtig fachplanerischer Aspekte für die Raumplanung lassen sich aus dem Beispiel Großenhainer Pflege für die Region ableiten:
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2009 Fürst, C., Nepveu, G., Pietzsch, K., Makeschin, F. (2009): Comment intégrer des considérations multicritères dans la gestion d'un territoire ? "Pimp your landscape" - un essai de planification interactive pour satisfaire les besoins des utilisateurs, Revue forestière française 1(2009), p. 21-36; Link: http://documents.irevues.inist.fr/handle/2042/28863 Fürst, C., Volk, M., Pietzsch, K. (in print): Pimp your landscape! - A generic approach to combine scientific knowledge and end-user perception in multi-criteria decisions on landscape level, Environmental Management ProdukteGISCAME Nähere Informationen zu GISCAME finden Sie unter www.GISCAME.com Um einen Probezugang zum Testen des Systems zu erhalten, kontaktieren Sie bitte
Berichte PartnerProjektverantwortung: Technische Universität Dresden, Institut für Bodenkunde und Standortslehre Prof. Dr. Franz Makeschin
Projektpartner:
PiSolution GmbH, Markkleeberg Frank Pietzsch Dr. Katrin Pietzsch Staatsbetrieb Sachsenforst, Kompetenzzentrum Wald und Forstwirtschaft Sächsisches Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, Abteilung 7 |
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