Landschaftsökologie / Bodenkunde
https://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/200602106823
2024-03-29T08:22:22ZMethodische Grundlagen zur Bewahrung und Wiederherstellung großräumig funktionsfähiger ökologischer Beziehungen in der räumlichen Umweltplanung
https://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/2007121319883
Mit der Verwirklichung ,Ökologischer Netzwerke‘ werden Hoffnungen zum Stopp des Verlustes der biologischen Vielfalt verknüpft. Sowohl auf gesamteuropäischer Ebene (Pan-European Ecological Network - PEEN) als auch in den einzelnen Staaten entstehen Pläne zum Aufbau von Verbundsystemen. Im föderalen Deutschland werden kleinmaßstäbliche Biotopverbundplanungen auf Landesebene aufgestellt; zum nationalen Biotopverbund bestehen erste Konzepte. Die vorliegende Arbeit ist auf diese überörtlichen, strategisch vorbereitenden Planungsebenen ausgerichtet.
Ziele des Verbunds sind der Erhalt von Populationen insbesondere der gefährdeten Arten sowie die Ermöglichung von Ausbreitung und Wanderung. Aufgrund fehlender Datengrundlagen zu den Arten und Populationen ist es nicht ohne weiteres möglich, die Konzepte und Modelle der Populationsökologie in die überörtlichen Planungsebenen zu übertragen. Gemäß der o.g. Zielstellungen sollte sich aber die Planung von Verbundsystemen an den Ansprüchen der auf Verbund angewiesenen Arten orientieren.
Ziel der Arbeit war die Entwicklung einer praktikablen GIS-gestützten Planungshilfe zur größtmöglichen Integration ökologischen Wissens unter der Bedingung eingeschränkter Informationsverfügbarkeit. Als Grundlagen dazu werden in Übersichtsform zunächst die globalen, europäisch-internationalen und nationalen Rahmenbedingungen und Anforderungen bezüglich des Aufbaus von Verbundsystemen zusammengestellt. Hier sind die Strategien zum PEEN hervorzuheben, die eine Integration ökologischer Inhalte insbesondere durch die Berücksichtigung räumlich-funktionaler Beziehungen fordern. Eine umfassende Analyse der landesweiten Biotopverbundplanungen der BRD zeigte die teilweise erheblichen Unterschiede zwischen den Länderplanungen auf, die es aktuell nicht ermöglichen, ein schlüssiges nationales Konzept zusammenzufügen. Nicht alle Länder haben landesweite Biotopverbundplanungen und Landeskonzepte, bei denen dem geplanten Verbund die Ansprüche von Arten zugrunde gelegt werden, gibt es nur ansatzweise.
Weiterhin wurde eine zielgerichtete Eignungsprüfung bestehender GIS-basierter Modelle und Konzepte zum Verbund unter Berücksichtigung der regelmäßig in Deutschland verfügbaren Datengrundlagen durchgeführt. Da keine integrativen regelorientierten Ansätze vorhanden waren, wurde der vektorbasierte Algorithmus HABITAT-NET entwickelt. Er arbeitet mit ,Anspruchstypen‘ hinsichtlich des Habitatverbunds, die stellvertretend für unterschiedliche ökologische Gruppen von (Ziel-) Arten mit terrestrischer Ausbreitung stehen. Kombiniert wird die Fähigkeit zur Ausbreitung mit einer Grobtypisierung der Biotopbindung. Die wichtigsten Grundlagendaten bilden die jeweiligen (potenziellen) Habitate von Arten eines Anspruchstyps sowie die umgebende Landnutzung. Bei der Bildung von ,Lebensraumnetzwerken‘ (Teil I) werden gestufte ,Funktions- und Verbindungsräume‘ generiert, die zu einem räumlichen System verknüpft sind. Anschließend kann die aktuelle Zerschneidung der Netzwerke durch Verkehrstrassen aufgezeigt werden, um darauf aufbauend prioritäre Abschnitte zur Wiedervernetzung zu ermitteln (Teil II). Begleitend wird das Konzept der unzerschnittenen Funktionsräume (UFR) entworfen, mit dem die Indikation von Habitatzerschneidung auf Landschaftsebene möglich ist.
Diskutiert werden schließlich die Eignung der Ergebnisse als kleinmaßstäblicher Zielrahmen, Tests zur Validierung, Vergleiche mit Verbundplanungen und verschiedene Setzungen im GIS-Algorithmus. Erläuterungen zu den Einsatzmöglichkeiten erfolgen beispielsweise für die Bereiche Biotopverbund- und Landschaftsplanung, Raumordnung, Strategische Umweltprüfung, Verkehrswegeplanung, Unterstützung des Konzeptes der Lebensraumkorridore, Kohärenz im Schutzgebietssystem NATURA 2000 und Aufbau von Umweltinformationssystemen. Schließlich wird ein Rück- und Ausblick mit der Formulierung des weiteren Forschungsbedarfs verknüpft.; Strategies for halting losses of biological diversity are closely linked to ecological networks and their implementation. Ecological networks are being prepared on European and national levels. In Germany individual “Länder” (federal states) are currently setting up ecological network schemes (,Biotopverbundplanungen‘) for their entire territories. First drafts also exist for preparing a national ecological network. The present dissertation focuses on these large-scale schemes that provide for strategic guidance for network building at national and regional levels.
Aims of implementing ecological networks are the conservation of populations, of endangered species in particular, and the facilitation of dispersal and migration. According to these aims the planning for networks should be orientated towards the requirements of network-dependant species. Due to limited data on such species and their populations it is usually difficult, and mostly impossible, to transfer models of population ecology to large territories.
The objective of the dissertation is to develop a GIS-based planning support tool that allows the greatest possible integration of existing ecological knowledge under the condition of limited availability of information. Realistic chances for implementation of network schemes are considered. As a starting point, and with regard to requirements for developing network schemes, an overview of global, European-international and national conditions is presented. In this context the strategies of the Pan-European Ecological Network (PEEN) are mentioned that specifically calls for an integration of information on ecological and spatial-functional relations. A comprehensive analysis of the ,Biotopverbundplanungen‘ of Germany’s federal states has revealed considerable differences between state specific approaches. Only a few of these concepts are based on a species orientated approach. Some states still have no plans at all. Attempts to merge state plans into a coherent national concept are thus made very difficult.
Considering data regularly available in Germany a suitability check of existing GIS-based models and tools was carried out, looking for potentials for supporting future network planning. Since no integrative rule-oriented approach could be found, the vector-based algorithm HABITAT-NET was developed. It uses ecological guilds that represent terrestrially dispersing (target) species. These gilds are established by their ability to disperse, expressed as distance classes, combined with a simple classification of habitat requirements (habitat types). The respective (potential) habitats of the ecological gilds, as well as the surrounding land use, presented the most important database. With the formation of ,habitat networks‘ (part I) graded functional areas and effective dispersal areas are generated that are linked to a spatial system. Subsequently, the actual dissection of the networks by transportation infrastructure can be indicated in order to determine priority sections for re-linking disrupted network sections (part II). The new concept of undissected functional areas (UFR) is used to facilitate and indication for, and a clear visualisation of, habitat dissection at landscape level.
Finally, the suitability of the results as a large-scale frame for network planning is discussed. The discussion also includes validation procedures, comparisons with existing approaches and network schemes, and tests to different settings in the GIS algorithm. Future options for the implementation of this approach are given for the ,Biotopverbundplanungen‘ in connection with landscape planning. In addition relations to comprehensive spatial planning, strategic environmental assessment, transportation infrastructure planning, and also regarding the support for localisation of main habitat corridors to be developed, connectivity potentials in the NATURA 2000 system, and the building up of environmental information systems are discussed. The final sections includes a review and future prospects of network conception and links them to specific future research needs.
2007-12-13T13:15:02ZHänel, KerstenMit der Verwirklichung ,Ökologischer Netzwerke‘ werden Hoffnungen zum Stopp des Verlustes der biologischen Vielfalt verknüpft. Sowohl auf gesamteuropäischer Ebene (Pan-European Ecological Network - PEEN) als auch in den einzelnen Staaten entstehen Pläne zum Aufbau von Verbundsystemen. Im föderalen Deutschland werden kleinmaßstäbliche Biotopverbundplanungen auf Landesebene aufgestellt; zum nationalen Biotopverbund bestehen erste Konzepte. Die vorliegende Arbeit ist auf diese überörtlichen, strategisch vorbereitenden Planungsebenen ausgerichtet.
Ziele des Verbunds sind der Erhalt von Populationen insbesondere der gefährdeten Arten sowie die Ermöglichung von Ausbreitung und Wanderung. Aufgrund fehlender Datengrundlagen zu den Arten und Populationen ist es nicht ohne weiteres möglich, die Konzepte und Modelle der Populationsökologie in die überörtlichen Planungsebenen zu übertragen. Gemäß der o.g. Zielstellungen sollte sich aber die Planung von Verbundsystemen an den Ansprüchen der auf Verbund angewiesenen Arten orientieren.
Ziel der Arbeit war die Entwicklung einer praktikablen GIS-gestützten Planungshilfe zur größtmöglichen Integration ökologischen Wissens unter der Bedingung eingeschränkter Informationsverfügbarkeit. Als Grundlagen dazu werden in Übersichtsform zunächst die globalen, europäisch-internationalen und nationalen Rahmenbedingungen und Anforderungen bezüglich des Aufbaus von Verbundsystemen zusammengestellt. Hier sind die Strategien zum PEEN hervorzuheben, die eine Integration ökologischer Inhalte insbesondere durch die Berücksichtigung räumlich-funktionaler Beziehungen fordern. Eine umfassende Analyse der landesweiten Biotopverbundplanungen der BRD zeigte die teilweise erheblichen Unterschiede zwischen den Länderplanungen auf, die es aktuell nicht ermöglichen, ein schlüssiges nationales Konzept zusammenzufügen. Nicht alle Länder haben landesweite Biotopverbundplanungen und Landeskonzepte, bei denen dem geplanten Verbund die Ansprüche von Arten zugrunde gelegt werden, gibt es nur ansatzweise.
Weiterhin wurde eine zielgerichtete Eignungsprüfung bestehender GIS-basierter Modelle und Konzepte zum Verbund unter Berücksichtigung der regelmäßig in Deutschland verfügbaren Datengrundlagen durchgeführt. Da keine integrativen regelorientierten Ansätze vorhanden waren, wurde der vektorbasierte Algorithmus HABITAT-NET entwickelt. Er arbeitet mit ,Anspruchstypen‘ hinsichtlich des Habitatverbunds, die stellvertretend für unterschiedliche ökologische Gruppen von (Ziel-) Arten mit terrestrischer Ausbreitung stehen. Kombiniert wird die Fähigkeit zur Ausbreitung mit einer Grobtypisierung der Biotopbindung. Die wichtigsten Grundlagendaten bilden die jeweiligen (potenziellen) Habitate von Arten eines Anspruchstyps sowie die umgebende Landnutzung. Bei der Bildung von ,Lebensraumnetzwerken‘ (Teil I) werden gestufte ,Funktions- und Verbindungsräume‘ generiert, die zu einem räumlichen System verknüpft sind. Anschließend kann die aktuelle Zerschneidung der Netzwerke durch Verkehrstrassen aufgezeigt werden, um darauf aufbauend prioritäre Abschnitte zur Wiedervernetzung zu ermitteln (Teil II). Begleitend wird das Konzept der unzerschnittenen Funktionsräume (UFR) entworfen, mit dem die Indikation von Habitatzerschneidung auf Landschaftsebene möglich ist.
Diskutiert werden schließlich die Eignung der Ergebnisse als kleinmaßstäblicher Zielrahmen, Tests zur Validierung, Vergleiche mit Verbundplanungen und verschiedene Setzungen im GIS-Algorithmus. Erläuterungen zu den Einsatzmöglichkeiten erfolgen beispielsweise für die Bereiche Biotopverbund- und Landschaftsplanung, Raumordnung, Strategische Umweltprüfung, Verkehrswegeplanung, Unterstützung des Konzeptes der Lebensraumkorridore, Kohärenz im Schutzgebietssystem NATURA 2000 und Aufbau von Umweltinformationssystemen. Schließlich wird ein Rück- und Ausblick mit der Formulierung des weiteren Forschungsbedarfs verknüpft.
Strategies for halting losses of biological diversity are closely linked to ecological networks and their implementation. Ecological networks are being prepared on European and national levels. In Germany individual “Länder” (federal states) are currently setting up ecological network schemes (,Biotopverbundplanungen‘) for their entire territories. First drafts also exist for preparing a national ecological network. The present dissertation focuses on these large-scale schemes that provide for strategic guidance for network building at national and regional levels.
Aims of implementing ecological networks are the conservation of populations, of endangered species in particular, and the facilitation of dispersal and migration. According to these aims the planning for networks should be orientated towards the requirements of network-dependant species. Due to limited data on such species and their populations it is usually difficult, and mostly impossible, to transfer models of population ecology to large territories.
The objective of the dissertation is to develop a GIS-based planning support tool that allows the greatest possible integration of existing ecological knowledge under the condition of limited availability of information. Realistic chances for implementation of network schemes are considered. As a starting point, and with regard to requirements for developing network schemes, an overview of global, European-international and national conditions is presented. In this context the strategies of the Pan-European Ecological Network (PEEN) are mentioned that specifically calls for an integration of information on ecological and spatial-functional relations. A comprehensive analysis of the ,Biotopverbundplanungen‘ of Germany’s federal states has revealed considerable differences between state specific approaches. Only a few of these concepts are based on a species orientated approach. Some states still have no plans at all. Attempts to merge state plans into a coherent national concept are thus made very difficult.
Considering data regularly available in Germany a suitability check of existing GIS-based models and tools was carried out, looking for potentials for supporting future network planning. Since no integrative rule-oriented approach could be found, the vector-based algorithm HABITAT-NET was developed. It uses ecological guilds that represent terrestrially dispersing (target) species. These gilds are established by their ability to disperse, expressed as distance classes, combined with a simple classification of habitat requirements (habitat types). The respective (potential) habitats of the ecological gilds, as well as the surrounding land use, presented the most important database. With the formation of ,habitat networks‘ (part I) graded functional areas and effective dispersal areas are generated that are linked to a spatial system. Subsequently, the actual dissection of the networks by transportation infrastructure can be indicated in order to determine priority sections for re-linking disrupted network sections (part II). The new concept of undissected functional areas (UFR) is used to facilitate and indication for, and a clear visualisation of, habitat dissection at landscape level.
Finally, the suitability of the results as a large-scale frame for network planning is discussed. The discussion also includes validation procedures, comparisons with existing approaches and network schemes, and tests to different settings in the GIS algorithm. Future options for the implementation of this approach are given for the ,Biotopverbundplanungen‘ in connection with landscape planning. In addition relations to comprehensive spatial planning, strategic environmental assessment, transportation infrastructure planning, and also regarding the support for localisation of main habitat corridors to be developed, connectivity potentials in the NATURA 2000 system, and the building up of environmental information systems are discussed. The final sections includes a review and future prospects of network conception and links them to specific future research needs.Aspekte des Prozesses der N-Freisetzung aus Humus-Vorratsabbau
https://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/648
In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen von Umweltveränderungen in einem N-gesättigten Buchenwaldökosystem über Basalt (Braunerde) untersucht. Unter veränderten Umweltbedingungen sind hier vor allem Bestandesdachauflösung, immissions- oder waldbaulich bedingt, und Klimaveränderung zu verstehen, die eine Erwärmung des Oberbodens zur Folge haben. Die Änderungen der Umweltbedingungen werden in diesem Versuchsansatz durch einen waldbaulichen Eingriff simuliert, durch den eine Bestandeslücke entsteht, die in einer Erwärmung des Bodens resultieren und damit den Wasser- und Elementhaushalt insgesamt beeinflussen. Es wird deutlich, dass die in der vorliegenden Arbeit untersuchten Flächen als N-gesättigt bezeichnet werden können, da die N-Verluste aus dem System die Größe der Einträge überschreiten. In der Folge ist es zu einer Entkopplung des Stoffhaushalts und damit zu erhöhter N-Mobilisierung gekommen. Diese konnte vor allem im hydrologischen Jahr 1996 dokumentiert werden; der Überschuss-N-Output liegt auf der Auflichtungsfläche bei bis zu 50 kg N/(ha*a)! Die beobachteten hohen N-Austräge erfolgten trotz eines ebenfalls beobachteten Anwachsens des mikrobiellen Stickstoff-Pools und des Aufwachsens einer krautigen und strauchigen Vegetation auf der Auflichtungsfläche. Im Jahresgang konnten auf der Auflichtungsfläche in 0 - 30 cm Bodentiefe maximale Änderungen im Nmic-Vorrat von 130 kg N/(ha*a) beobachtet werden. Das im Frühjahr beginnende quantitative Anwachsen des mikrobiellen Stickstoff-Pools mit dem Jahresgang zeigt vor allem dessen Temperaturabhängigkeit auf. Die am Ende der Vegetationsperiode deutlich ansteigenden Austragsraten zeigen jedoch an, dass der freigesetzte Stickstoff auch von den Mikroorganismen nicht dauerhaft im System gehalten werden kann, da mit fallender Temperatur auch die Mikroorganismen absterben und der in ihrer Biomasse gespeicherte Stickstoff freigesetzt wird. Aufwachsende Vegetation auf der Auflichtungsfläche konnte einen Großteil des Netto-Stickstoff-Jahreseintrages aufnehmen. Da die "Netto-Jahres-Mineralisation" 1996 leicht über der Wurzelaufnahme liegt, verbleibt ein Rest, der nicht von der aufwachsenden krautigen Vegetation der Auflichtungsfläche aufgenommen werden kann. Ergebnis ist damit, dass die auf Lochhieben aufwachsende krautige und strauchige Vegetation eine temperaturbedingte Stickstoffmobilisierung nur teilweise kompensieren kann. Allein aufwachsende verholzende Vegetation kann Stickstoff langfristig im System binden.; This dissertation investigates the effects of environmental changes in a beech stand situated about 30 km Northwest of Kassel in an altitude of 600 m a.s.l.. Such changes may be caused by the impact of pollutants followed by a thinning of the beech canopy and a warming of upper soil horizons. Similar effects are predicted as a result of a global or regional climatic change. Environmental changes of this kind are simulated experimentally by gap cutting on an area of 1500 m2. Changes in the temperature and radiation regime and in the water and element cycles of the beech stand induced by the cuts were investigated. Balancing input to the stand with output through soil, water and element budgets were set up. It could be shown that the investigated beech forest site is clearly nitrogen (N-)-saturated because N-losses exceed N-input to the site. This is followed by a de-coupling of the element budget and increasing mobilisation of nitrogen. This has been documented in the hydrological year 1996 (9/96 - 8/97); the excess-N-output on the gap-plot (compared to the control) amounted to 50 kg N/(ha*a)! This excess could be found in spite of the buildup of a microbial bound N-pool and a fast developing ground vegetation in the gap. The maximum changes within a hydrological year could be seen in the gap 0 - 30 cm mineral soil depth with 130 kg N/(ha*a) in the microbial N-pool. The buildup of a microbial N-pool started with rising temperatures in spring, thus showing its temperature dependency. Increasing N-losses at the end of the vegetation period showed that nitrogen is not stored permanently in the microbial biomass. The microorganisms die off with falling soil temperature and set free stored nitrogen. A considerable part of the net-N-input was stored in ground vegetation developing in the gap. In 1996 this mechanism was not sufficient to completely immobilize the input, as shown by the exceedance of output of nitrogen over input. It follows from this observation that ground vegetation growing up in the canopy gap can compensate temperature caused N-mobilisation only in parts. Only the ligneous parts of the biomass provide a long-term immobilization of nitrogen in the eco-system.
2003-09-19T00:00:00ZWett, NorbertIn der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen von Umweltveränderungen in einem N-gesättigten Buchenwaldökosystem über Basalt (Braunerde) untersucht. Unter veränderten Umweltbedingungen sind hier vor allem Bestandesdachauflösung, immissions- oder waldbaulich bedingt, und Klimaveränderung zu verstehen, die eine Erwärmung des Oberbodens zur Folge haben. Die Änderungen der Umweltbedingungen werden in diesem Versuchsansatz durch einen waldbaulichen Eingriff simuliert, durch den eine Bestandeslücke entsteht, die in einer Erwärmung des Bodens resultieren und damit den Wasser- und Elementhaushalt insgesamt beeinflussen. Es wird deutlich, dass die in der vorliegenden Arbeit untersuchten Flächen als N-gesättigt bezeichnet werden können, da die N-Verluste aus dem System die Größe der Einträge überschreiten. In der Folge ist es zu einer Entkopplung des Stoffhaushalts und damit zu erhöhter N-Mobilisierung gekommen. Diese konnte vor allem im hydrologischen Jahr 1996 dokumentiert werden; der Überschuss-N-Output liegt auf der Auflichtungsfläche bei bis zu 50 kg N/(ha*a)! Die beobachteten hohen N-Austräge erfolgten trotz eines ebenfalls beobachteten Anwachsens des mikrobiellen Stickstoff-Pools und des Aufwachsens einer krautigen und strauchigen Vegetation auf der Auflichtungsfläche. Im Jahresgang konnten auf der Auflichtungsfläche in 0 - 30 cm Bodentiefe maximale Änderungen im Nmic-Vorrat von 130 kg N/(ha*a) beobachtet werden. Das im Frühjahr beginnende quantitative Anwachsen des mikrobiellen Stickstoff-Pools mit dem Jahresgang zeigt vor allem dessen Temperaturabhängigkeit auf. Die am Ende der Vegetationsperiode deutlich ansteigenden Austragsraten zeigen jedoch an, dass der freigesetzte Stickstoff auch von den Mikroorganismen nicht dauerhaft im System gehalten werden kann, da mit fallender Temperatur auch die Mikroorganismen absterben und der in ihrer Biomasse gespeicherte Stickstoff freigesetzt wird. Aufwachsende Vegetation auf der Auflichtungsfläche konnte einen Großteil des Netto-Stickstoff-Jahreseintrages aufnehmen. Da die "Netto-Jahres-Mineralisation" 1996 leicht über der Wurzelaufnahme liegt, verbleibt ein Rest, der nicht von der aufwachsenden krautigen Vegetation der Auflichtungsfläche aufgenommen werden kann. Ergebnis ist damit, dass die auf Lochhieben aufwachsende krautige und strauchige Vegetation eine temperaturbedingte Stickstoffmobilisierung nur teilweise kompensieren kann. Allein aufwachsende verholzende Vegetation kann Stickstoff langfristig im System binden.
This dissertation investigates the effects of environmental changes in a beech stand situated about 30 km Northwest of Kassel in an altitude of 600 m a.s.l.. Such changes may be caused by the impact of pollutants followed by a thinning of the beech canopy and a warming of upper soil horizons. Similar effects are predicted as a result of a global or regional climatic change. Environmental changes of this kind are simulated experimentally by gap cutting on an area of 1500 m2. Changes in the temperature and radiation regime and in the water and element cycles of the beech stand induced by the cuts were investigated. Balancing input to the stand with output through soil, water and element budgets were set up. It could be shown that the investigated beech forest site is clearly nitrogen (N-)-saturated because N-losses exceed N-input to the site. This is followed by a de-coupling of the element budget and increasing mobilisation of nitrogen. This has been documented in the hydrological year 1996 (9/96 - 8/97); the excess-N-output on the gap-plot (compared to the control) amounted to 50 kg N/(ha*a)! This excess could be found in spite of the buildup of a microbial bound N-pool and a fast developing ground vegetation in the gap. The maximum changes within a hydrological year could be seen in the gap 0 - 30 cm mineral soil depth with 130 kg N/(ha*a) in the microbial N-pool. The buildup of a microbial N-pool started with rising temperatures in spring, thus showing its temperature dependency. Increasing N-losses at the end of the vegetation period showed that nitrogen is not stored permanently in the microbial biomass. The microorganisms die off with falling soil temperature and set free stored nitrogen. A considerable part of the net-N-input was stored in ground vegetation developing in the gap. In 1996 this mechanism was not sufficient to completely immobilize the input, as shown by the exceedance of output of nitrogen over input. It follows from this observation that ground vegetation growing up in the canopy gap can compensate temperature caused N-mobilisation only in parts. Only the ligneous parts of the biomass provide a long-term immobilization of nitrogen in the eco-system.