Workshop der AG Landschaftsstruktur am 21. 06 Workshop der AG Landschaftsstruktur am 21.06.2007 Universität Hamburg, Institut für Weltforstwirtschaft Themenblock I: Anwendung von Landschafts- maßen auf der Basis von unterschiedlichem Datenmaterial Strukturelle Untersuchungen des Landschaftswandels auf der Grundlage historischer Karten am Beispiel des TK25-Kartenblattes Plauen Ralf-Uwe Syrbe Sächsische Akademie der Wissenschaften zu Leipzig Ast. Naturhaushalt und Gebietscharakter Neustädter Markt 19 (Blockhaus), 01097 Dresden Tel.: 0351-81416805 Falk Ullrich Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft Abt. Agrarökonomie und Ländlicher Raum Leipziger Straße 200, 04178 Leipzig Tel.: 0341-4472164

Datengrundlage und -homogenisierung Gliederung Problemstellung Untersuchungsgebiet Datengrundlage und -homogenisierung Landschaftsmaße: Auswahl und Parametrisierung Landschaftsstrukturen im Wandel Funktionale Bedeutung der Landschaftsmaße Schlussfolgerungen 1 2 3 4 5 6 7

Motivation und Zielstellung 1 Problemstellung Motivation und Zielstellung Statistische Analyse quantitativ erfassbarer Landschaftsveränderungen Aufdeckung struktureller Aspekte des Landschaftswandels Ganzheitliche und funktionale Betrachtung der Landschaft über 200 Jahre Untersuchung Zusammenhang Struktur-Funktion im Zeitverlauf Elstertal bei Plauen Aussagekraft von Landschaftsmaßen für effektiven Praxiseinsatz in Naturschutz und Landschaftsplanung Methodenentwicklung für das Landschaftsmonitoring

2 Untersuchungsgebiet TK 25 (N) 5538 Plauen im Sächsischen Vogtland, 119 km² (Anpassung an hist. Karten), Höhenlage 340 m bis 593 m NN, Abdachung NE

Grenzraum zu Thüringen und Bayern 2 Untersuchungsgebiet Grenzraum zu Thüringen und Bayern Übergangsraum zwischen der kreisfreien Mittelstadt Plauen (NE) und ländlich geprägtem „Burgsteingebiet“ (verfallene Wallfahrtskirchen im SW) Leitlinien: Tal der Weißen Elster mit Talsperre Pirk, Bahnlinie Plauen – Oelsnitz, BAB 72 / BS 173 Plauen – Hof Schiefergesteins-Hügelgebiet mit vulkanischen (Diabas-) Kuppen und tief (50 bis 100 m) eingeschnittenen Tälern Senke in der Mittelgebirgsschwelle, mit 7,5 bis 8°C Jahrestemperatur wärmebegünstigt, Jahresniederschlag 600 mm durch Leelage zu den Mittelgebirgen Nordosten: flachgründige Lössböden, agrarisch geprägt; nach Südwesten hin: zunehmender Waldanteil auf steinreicheren Verwitterungsböden, viele Teiche Historische Bedeutung: Handelsrouten durch Mittelgebirgs-schwelle, Bahnlinie Leipzig-Hof 1851, Talsperre Pirk 1935-38

Datengrundlage und -homogenisierung 3 Datengrundlage und -homogenisierung Historische Kartenwerke in Sachsen (mittlerer Maßstab) Kartenwerk Entstehung Maßstab Inhalte Karten kurfürstlicher Wälder 1557–1560 unterschiedlich Waldverbreitung Kurfürstliche Landesaufnahme v. Öder u. Zimmermann (unvollendet durch 30-jähr. Krieg) 1586–1633 Konzeptkarte 1:13333 Reinzeichng. 1:53300 Verm.-p., Grundrisse, Gewässer, Wälder Ansichtszeichnungen Atlas Augusteus Saxonicus v. A. F. Zürner (Messwagenaufnahme) 1713-1742 Ämterkarten, Landkarte 1:125000 Aufrisssymbole Atlas Saxonicus Novuw v. P. Schenk & Erben 1760 Umzeichnung o.g. Aufnahmen Meilenblätter v. F. L. Aster nach Triangulation für das Militär 1780-1806 1820-1825 1:12000 digital im Internet Grundrisse, Relief mit Schraffen, Beilagen Topgraphischer Atlas des Kgr. Sachsen v. J. A. H. Oberreit 1819-1860 1:57600 eingenordete Verkleinerung der o.g. Äquidistantenkarte (Grundlage für Geologische Spezialkarte) 1870-1884 1:25000 digital im Internet Relief mit Höhenlinien Äquidistanz 10 m Messtischblätter n. Triangulation v. Nagel ab 1900 1:25000 digital im Internet

Datengrundlage und -homogenisierung 3 Datengrundlage und -homogenisierung Ausgewertete Karten Meilenblätter 76-81 1:12000 von 1794-95 (Abbildung) Äquidistantenkarte 155 Section Kauschwitz 1:25000 von 1877 Topographische Karte (Normalausgabe) 5538 Plauen 1:25000 von 1994 Zeitraum: 200 Jahre mit vergleichbaren Zeitabstände zwischen Kartenaufnahmen

Datengrundlage und -homogenisierung 3 Datengrundlage und -homogenisierung Datenermittlung und Digitalisierung Äquidistantenkarte um Plauen und ihre Digitalisierung 4. Digitalisierung von Abweichungen der Äquidistantenkarte zum 1994-er Geo-Datensatz 1. Vektor-Digitalisierung des KBL Plauen (1994) mit ArcGIS (Geodatabase) 2. Erstellung von Rasterdaten (Scan und Montage der historischen Karten) 3. Georeferenzierung hist. Karten (ca. 40 Punkte) an Brücken und Land- marken 5. Digitalisierung von Abweichungen der Meilenblätter zum 1877er Geo-Datensatz 6. Analyse und Bereinigung der Fehlerquellen

Datengrundlage und -homogenisierung 3 Datengrundlage und -homogenisierung Fehlerquellen Lageungenauigkeiten durch Vermessungsfehler Mosaikierung Georeferenzierung an lage- ungenauen Punkten unterschiedliche Maßstabs- und Gebietseinteilung (bei Meilenblättern) Vermessungsfehler des Elsterverlaufes Inhaltliche Differenzen durch unterschiedliche Legenden uneinheitliche Zeichenvorschriften unvollständige Kartierung (z.B. Friedhöfe) Wichtig: Unterscheidung von echten und scheinbaren Landschaftsveränderungen Untersuchung des Umfeldes (gleichartige Verschiebungen z.B. eines Ortskernes) Anpassung scheinbarer Veränderungen evtl. nötig bei verändertem Lagekontext in Zweifel: keine Anpassung (z.B. bei parallelen Straßen)

Landschaftsmaße: Auswahl und Parametrisierung 4 Landschaftsmaße: Auswahl und Parametrisierung Vorentscheidungen zur Bestimmung von Landschaftsmaßen Auswahl: Indikator für bearbeitete Landschaftsfunktionen (z.B. Erholung) keine Berechnungsgrundlagen, keine Dichte- und Fraktalmaße, geringe Korrelation Klassenzahl : Änderung aller LSM in Abhängigkeit von Klassengröße

Landschaftsmaße: Auswahl und Parametrisierung 4 Landschaftsmaße: Auswahl und Parametrisierung Vorentscheidungen zur Bestimmung von Landschaftsmaßen Hintergrundklasse: z.B. Siedlung (bei Vielfalt kaum Einfluss) Kantenkontraste: Wichtungsmatrix und Berechnung am Kartenrand sehr stark ANTHROPOGENER EINFLUSS sehr schwach Straßen ländl. Siedlung Stein- bruch Acker Grünland Feldgehölz Wald städt. Siedlung Einzel- siedlung Friedhof Still- gewässer Fließ- gewässer Relative Stärke der anthropogenen Beeinflussung der Nutzungsarten   Pufferbreite bei Kernflächenmaßen zusätzliche Parametrisierungen möglich (z.B. Vielfalt der Flächennutzung)

Landschaftsmaße: Auswahl und Parametrisierung 4 Landschaftsmaße: Auswahl und Parametrisierung Auswirkung unterschiedlicher Pufferbreiten 1.  Negative Pufferung: Abtrennung von Ökoton- und Übergangsbereiche und Betrachtung der verbleibenden „Kernflächen“ Ansätze zur Festlegung: Windschatten, Reichweiten von Stoff- und Energieflüssen, Mindestlebensraumgrößen und Wanderungsdistanzen (je nach Verwendungszweck) Vergleich: 10m und 50m Randbreite Kernflächenanzahl der Nutzungsklassen bei unterschiedlicher Pufferbreite

Landschaftsmaße: Auswahl und Parametrisierung 4 Landschaftsmaße: Auswahl und Parametrisierung Auswirkung unterschiedlicher Pufferbreiten 2. Positive Pufferung: Einbindung von Linienelementen als Flächensignaturen Pauschal angenommene Trassenbreiten Angenommene Verkehrswegbreiten bei der Digitalisierung Test der Auswirkung unterschiedlicher Flussbreiten: Vergrößerung des Gewässeranteils und seiner Kernfläche auf Kosten v.a. des Grünlandes, andere Indizes weitgehend konstant Willkürliche Festlegung der Breite von Linienelementen ist in gewissen Grenzen unkritisch.

Landschaftsstrukturen im Wandel 5 Landschaftsstrukturen im Wandel Software und Methoden Verarbeitung von Vektordaten auf Basis von ArcInfo Coverages Umwandlung in Geodatabase Bestimmung von Landschaftsmaßen auf Landschafts- und Klassenebene Freie Open Source Software Fragstats 2.0 (McGarigal & Marks 1994) und eigene Berechnungen Nutzung 1794 1877 1994

Landschaftsstrukturen im Wandel 5 Landschaftsstrukturen im Wandel Veränderungen im Untersuchungszeitraum 1794-1877: Ausweitung und Zersplitterung der Ackerfläche, Erweiterung des Verkehrsnetzes, Zurückdrängung von Grünland und Wald auf Ungunstlagen, Neubau der Eisenbahn, starker Siedlungszuwachs am Stadtrand von Plauen 1877-1994: Abnehmende Ackerfläche, Großflächenbewirtschaftung, Zuwächse von Wald und Grünland, starke Zunahme von städtischen und ländlichen Siedlungsflächen, geringe quantitative, dafür aber starke qualitative Veränderung des Verkehrsnetzes mit Ausbau von Straßen und der Autobahn zulasten kleinerer Straßen und Wege, Bau der Talsperre Pirk generelle Tendenzen 1794-1994: 55 % ohne Nutzungsänderung, 34 % ein- und 11 % zweimalige Nutzungsänderung, stetiger Anstieg der Nutzungsintensität, stetige Siedlungsentwicklung, Verlust vor allem kleinerer Strukturelemente Flächenanteile der Nutzungen 1794, 1877 und 1994

Landschaftsstrukturen im Wandel 5 Landschaftsstrukturen im Wandel Veränderungen von Landschaftsmaßen viele LSM 1994 nach Veränderungen 1877 ähnlich wie 1794 (Kern-) Flächengrößen: Verhältnis von MPS (NP) / PSSD interessant Acker: ab 1877 absoluter Rückgang, Intensivierung durch Flächenvergrößerung, MPS steigt schwach, PSSD steigt stark Wald (beide negativ): Intensivierung mit dichterem Wegenetz, kleinere Flächen Siedlungsentwicklung (beide positiv): stetige Flächenausweitung, größere Flächen und Verdichtung Formmaße: generell MSI wenig aussagekräftig (Splitterflächen konterkarieren), AWMSI zeigt Trend, LSI nur auf Klassenebene sinnvoll Stadt: LSI steigt stetig (absolute Zunahme), AWMSI unterscheidet Wucherung (1794-1877 positiv) von geplantem Wachstum (1877-1994 leicht negativ) Acker: LSI steigt und sinkt mit Flächenanteil, relativ konstanter AWMSI zeigt: trotz Strukturverarmung werden die größeren Flächen relativ komplex

Landschaftsstrukturen im Wandel 5 Landschaftsstrukturen im Wandel Kontrastmaße: generelle Abnahme (außer CWED) im gesamten Zeitraum – homogener v.a. durch Ausweitung und Dispergierung der Siedlungsflächen Gewässer: deutliche Zunahme der Fläche, aber absolute Abnahme der Anzahl durch Nutzungsaufgabe, Regulierung, Auennutzung, Talsperrenbau Wald und Grünland: Zunahme durch dichteres Wegenetz Bauliche Nutzungen: stärkste Abnahme durch Klumpung überlagert andere Tendenzen Diversitäts- und Verteilungsmaße: Feinstrukturierung bei Dominanzanstieg einer Nutzung (Acker) bis 1877 bewirkt Senkung, Ausbreitung zusätzlicher Klassen (Siedlung, Talsperre) erhöht die Werte trotz Reduzierung der NP, IJI von Siedlungen fällt konstant (Penetration aller anderen Klassen)

Landschaftsstrukturen im Wandel 5 Landschaftsstrukturen im Wandel Vergleich von Teilräumen mit unterschiedlichen Trends Teilraum Nordost: 19 km² Stadtrand Plauen, flacher, ursprünglich Acker dominiert Teilraum Südwest: 19 km² Burgsteingebiet, mehr Reliefenergie, Acker-Wald-Grünland

Landschaftsstrukturen im Wandel 5 Landschaftsstrukturen im Wandel Vergleich von Teilräumen mit unterschiedlichen Trends 1794: NE (großräumiger, Ackerdominanz) mehr Nutzungstypen, aber geringere Diversität als SW (kleinräumiger, ausgeglichen), LSM zeigen deutlichere Unterschiede als erwartet 1994: NE (Dominanz baulich gepr. Flächen) strukturell ähnliche Tendenzen auch im SW: höhere LPI, MPS, PSSD!, geringere NP, LSI, ED

Funktionale Bedeutung der Landschaftsmaße 6 Funktionale Bedeutung der Landschaftsmaße Aussagekraft von LSM für Monitoring und historische Studien Allgemein aussagekräftig: %LAND, MPS, AWMECI, AWMSI, TCAI, SIDI Nur für einzelne Klassen geeignet: LPI, MECI/TECI, MSI, MCA2, MCAI Nur unter Berücksichtigung anderer LSM geeignet: PSSD (MPS), CWED (ED), CASD1/2 (MCA1/2), SHDI (PR), SHEI (SHDI), IJI (%LAND) Grundlagenmaße, nur für spezifische Vergleiche sinnvoll: PD, ED, MCA1 Nur für gleich große Gebiete geeignet: CA, NP, TE, LSI, TCA, NCA Verteilungsmaß IJI und Flächenanteile ausgewählter Klassen

Funktionale Bedeutung der Landschaftsmaße 6 Funktionale Bedeutung der Landschaftsmaße Anwendung von LSM für Landschaftsfunktionen Beispiel: Erholungseignung Kriterien der Erholungseignung (nach Kiemstedt & Scharpf 1998, Wöbse 1998, Gondesen 2000, Köhler & Preis 2000) (Berechnungsebene) Natürlichkeit: %LAND (landscape) gut geeignet je nach Klassifizierung Gegensätzlichkeit: Kantenkontrast EDGECON (patch), TECI (class), AWMECI (landscape) Verkehrswege erhöhen im Wald, nichtlinear Formkomplexität: Shape (patch), MSI (class), AWMSI (landscape) bessere Indizes verfügbar: Moser et al. 2002 vor allem Auen und Hochflächen bevorzugt kultur-historischer Gehalt: Kontinuität/Dynamik (patch, class, landscape) einfacher Index für Zeitreihendaten Diversität: SIDI (landscape) Hintergrundklassen/Parametrisierung sinnvoll, nichtlinear Verborgenheit = Verteilung von Wald- und Freiflächen: IJI (class) gut geeignet Beständigkeit der Flächennutzung im Untersuchungsgebiet des Kartenblattes Plauen 5538

Plauener Kuppengebiet 7 Schlussfolgerungen Geschwindigkeit der Landschaftsveränderungen deutlich angestiegen Wachsende Intensität der Landnutzung mit teilweise gegensätzlichen Strukturphänomenen verbunden LSM stellen quantitative Daten zu Strukturänderungen bereit und können auch nicht-offensichtliche (langsame, kleinräumige) Zusammenhänge aufdecken Klare funktionale Bedeutung von LSM nur bei exakt zielgerichteter Anwendung Viele LSM nur in Kombination zu interpretieren Subjektivität nicht völlig eliminierbar Plauener Kuppengebiet

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ! Ausklang und Dank Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ! Dank an Eberhard Sandner für Beratung und Themenstellung Henry Kittel für Digitalisierung von Grundlagendaten Landesamt für Archäologie für die Bereitstellung der digitalen Meilenblätter Jana Moser für Tipps zu den Datengrundlagen Sylvia Schulze für die Gestaltung der Präsentation Klaus Gürgens für die beiden Zeichnungen Ralf-Uwe Syrbe Sächsische Akademie der Wissenschaften zu Leipzig Ast. Naturhaushalt und Gebietscharakter Neustädter Markt 19 (Blockhaus), 01097 Dresden Tel.: 0351-81416805 Falk Ullrich Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft Abt. Agrarökonomie und Ländlicher Raum Leipziger Straße 200, 04178 Leipzig Tel.: 0341-447216