RT Dissertation/Thesis
T1 Fernerkundungsgestützte Analyse und Bewertung ökologischer Auswirkungen des Anbaus von Bioenergiepflanzen auf die Agro-Biodiversität anhand der Modellierung der Habitatansprüche der Feldlerche (Alauda arvensis)
A1 Schlager,Patric
WP 2017/04/05
AB In Deutschland wurde die Energiewende von einem auf konventionellen Energieträgern beruhenden zu einem auf erneuerbaren Energiequellen basierenden System 2002 erstmalig politisch und rechtlich beschlossen. Dem politischen Beschluss des Bundes sind auf regionaler Ebene zahlreiche Gemeinden, Kommunen und Landkreise mit eigenen politischen Willensbekundungen und Beschlüssen gefolgt, den Energieverbrauch durch erneuerbare Energiequellen zu decken. Die Umsetzung geht unter anderem mit einer flächigen Ausweitung des Anbaus von Bioenergiepflanzen einher, was zu einer kontroversen Diskussion um Nahrungsmittelsicherheit, Biodiversität und Landschaftsveränderungen geführt hat.
In der vorliegenden Arbeit wird vor diesem Hintergrund eine Einschätzung der zu erwartenden Veränderungen des Vorkommens der Feldlerche (Alauda arvensis) durch einen ausgeweiteten Anbau von Bioenergiepflanzen im Landkreis Schwäbisch Hall erarbeitet. Die Feldlerche wurde aufgrund der guten Forschungslage zur Feldlerche, ihrer Gefährdung („Rote Liste der Brutvögel Deutschlands“) sowie ihrer Bedeutung als Indikatorart für offene Agrarlandschaften ausgewählt (Feldlerchen meiden vertikale Strukturen (Feldhecken, Waldränder etc.) in der Landschaft). Damit steht sie stellvertretend auch für andere Arten, die von Veränderungen offener Agrarlandschaften durch einen ausgeweiteten Anbau von Bioenergiepflanzen betroffen sind.
Die Arbeit basiert auf der Entwicklung eines Generalisierten Linearen Modells anhand eines stratifizierten Vogelmonitorings von Baden-Württemberg, das zur Entwicklung eines Artenvielfaltsindikators der Agrarlandschaft in einem Forschungsprojekt des Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) entwickelt wurde. Aus dem Vogelmonitoring wurden die Daten des Stratums ausgewählt, indem der Landkreis Schwäbisch Hall liegt und für die Erstellung des Habitatmodells der Feldlerche verwendet.
Um zu einer Einschätzung der zu erwartenden Veränderungen der Feldlerchenbestände bei einem ausgeweiteten Anbau von Bioenergiepflanzen zu kommen, wurde die Landnutzung in Schwäbisch Hall im Jahr 2011 mit einer flugzeuggestützten Fernerkundungsmethode kartiert. Aus den daraus entstandenen Bilddaten wurden Orthophotos erstellt, die die Grundlage für eine objektorientierte Bildanalyse der agrarischen Landnutzung in Schwäbisch Hall darstellten.
Mittels des Habitatmodells wurden die Feldlerchenreviere in Schwäbisch Hall auf der Grundlage der Landnutzungskartierung für 1 km² große Kacheln vorhergesagt.
Um zu einer Einschätzung der zu erwartenden Veränderungen der Feldlerchenreviere bei einer Ausweitung des Biomasseanbaus zu kommen wurde ein Biomasseszenario unter Beachtung der Guten
Fachlichen Praxis (§ 17 BBodSchG) sowie der regionalen Selbstversorgung mit Nahrungsmitteln erstellt. Anschließend wurden die Feldlerchenreviere für das Szenario mittels des Habitatmodells auf 1 km² großen Kacheln vorhergesagt.
Das beste Habitatmodell konnte mit einem Generalisierten Linearen Modell und der Annahme einer negativen Binomialverteilung erstellt werden und resultierte in einem minimum adequat model mit den Prädiktoren Flächenanteil an Wintergetreide und mittlere Flächengröße je Untersuchungsplot. Die Modellgüte wurde anhand der Parameter der Modellausgabe (Signifikanzen der Prädiktoren, ANOVA, erklärte Varianz, Theta, Residuen, AIC) sowie mit einem Vergleich unabhängiger Geländedaten beurteilt. Da vergleichbare Geländedaten nur für eine Kachel vorlagen, handelt es sich bei diesem Vergleich lediglich um eine Einschätzung der Modellgüte. Der Vergleich der unabhängigen Kachel und der Kachel mit den Vorhersagen mittels des Modells resultierte in einer Genauigkeit von 92,21%.
Die Fernerkundungsanalyse resultierte in den fünf Klassen Wintergetreide (33985,78 ha), Mais (9621,36 ha), Raps (2952,36 ha), unbekannte Ackerkulturen (7244,18 ha) und Grünland (30720,88 ha). Wobei die Klasse Grünland nicht mit Fernerkundungsmethoden abgeleitet wurde sondern aus dem Digitalen Landschaftsmodell übernommen wurde. Das accuracy assessment ergab eine overall accuracy von 89,16% und eine Kappa-Statistik von 0,78.
Die Abschätzung der Feldlerchenreviere für die fernerkundlich erfasste Landnutzung in 2011 ergab 46269 Reviere, was einer mittleren Revierdichte von 8,4 Revieren je 10 ha entspricht, wenn lediglich die Ackerfläche berücksichtigt wird und 5,4 Revieren je 10 ha wenn Acker- und Grünland berücksichtigt werden.
Im Rahmen der Szenarienbetrachtung wurde von einer dreigliedrigen Fruchtfolge (Mais, Raps, Wintergetreide) und einem durchschnittlichen Flächenbedarf für die Ernährungssicherung von 0,17 ha je Einwohner ausgegangen. Zusätzlich wurden die benötigten Flächen für die Produktion von Futtermitteln ermittelt und mit den Flächen für den Ernährungsbedarf verrechnet, da in Schwäbisch Hall viele Viehzuchtbetriebe angesiedelt sind und keine Flächen als potentielle Bioenergieflächen ausgewiesen werden sollten, die für den Futtermittelanbau benötigt werden.
Unter Berücksichtigung der beschriebenen Annahmen verfügt Schwäbisch Hall über ein Biomassepotential von 5955 ha für den Maisanbau und 15033 ha für den Rapsanbau.
Die Ergebnisse der Szenarienbetrachtung wurden nach einem randomisierten Verfahren auf die fernerkundlich gestützte Landnutzungskartierung verteilt. Dadurch war es möglich mittels des Habitatmodells die Feldlerchenreviere für die Szenarienbetrachtung zu schätzen.
Für das Biomasseszenario wurden 36472 Feldlerchenreviere geschätzt. Die entspricht einer mittleren Revierdichte von 6,8 Revieren je 10 ha, wenn lediglich die Ackerfläche berücksichtig wird und 4,3 Revieren je 10 ha, wenn Acker- und Grünland berücksichtigt werden. Dadurch ergibt sich eine absolute Revierabnahme von 8797 bzw. von 19,43 %.
Neben der Betrachtung der Gesamtlandschaft wurden zusätzlich die Landschaftsstruktur und die Revierverteilung in den sechs Naturräumlichen Haupteinheiten, die sich mit dem Landkreis Schwäbisch Hall decken, ermittelt. Dabei zeigte sich, dass Schwäbisch Hall in einen ackerbaulich dominierten nordwestlichen Teil mit hohen absoluten und mittleren Revierzahlen und einen stärker Grünland- und Waldgeprägten südöstlichen Teil mit geringeren absoluten und mittleren Revierzahlen gegliedert werden kann. Die relative Abnahme der Revierzahlen zwischen den beiden Landnutzungsvarianten in den Naturräumlichen Haupteinheiten liegt in dem nordwestlichen Teil bei ca. 22 % und im südöstlichen Teil bei ca. 11-15 %.
Die Abschätzung der Revierveränderungen bei einer Ausweitung des Anbaus von Bioenergiepflanzen hat gezeigt, dass zukünftig mit einer weiteren Verschlechterung der Situation von Brutvögeln der offenen Agrarlandschaft gerechnet werden kann. Die Veränderungen gegenüber dem IST-Zustand liegen dabei bei ca. 20%. Es ist allerdings davon auszugehen, dass auch der IST-Zustand bereits einen „degradierten“ Zustand in Bezug auf die Revierausstattung der offenen Agrarlandschaft darstellt, wenn man die Ergebnisse des Indikatorenberichts zum Biodiversitätsmonitoring (BMU 2010) und die Monitoringergebnisse des European Bird Census Council beachtet.
K1 Biodiversität
K1 Fernerkundung
K1 Feldlerche
K1 Bioenergie
PP Hohenheim
PB Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
UL http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2017/1344