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Vergleichende populationsgenetische Untersuchungen an Arthropoden in gestörten Offenlandschaften
(2008)
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden an zwei Insektenarten, dem Laufkäfer Calathus erratus (Sahlberg 1827) und dem Sandohrwurm Labidura riparia (Pallas 1773), Untersuchungen zur genetischen Diversität und Populationsstruktur durchgeführt, um Rückschlüsse auf die Entwicklung der genetischen Variabilität in gestörten und fragmentierten Landschaften zu ziehen. Auch Aussagen über das Besiedlungsgeschehen in der Lausitz wurden getroffen. Dabei wurden Calathus erratus-Individuen von 13 Untersuchungsstandorten in Bergbaufolgelandschaften und von ehemaligen Truppenübungsplätzen populationsgenetisch mittels Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) untersucht. Bei Labidura riparia erfolgten populationsgenetischen Untersuchungen an 21 Populationen. Hier wurden Sekundärhabitate (Bergbaufolgelandschaften, ehemalige Truppenübungsplätze und eine Kalihalde) sowie Primärhabitate (Ostseeküste, Binnendüne) beprobt. Als molekulares Markersystem kamen Mikrosatelliten zum Einsatz. Es wurde gezeigt, dass Insekten als Pionierbesiedler relativ schnell großflächige, gestörte Offenlandbereiche im Gebiet der Lausitz besiedeln können. Der Sukzessionstyp (Primär- oder Sekundärsukzession), sowie das Alter der Flächen seit Beendigung des Störungsvorganges, spielten dabei nur eine untergeordnete Rolle. Wichtig für den Besiedlungsprozess ist das Vorhandensein geeigneter Habitatbedingungen, welche besonders durch Standortfaktoren wie Vegetation und anderen strukturellen Komponenten beeinflusst werden. Bei beiden Arten, dem Laufkäfer Calathus erratus und dem Sandohrwurm Labidura riparia, wurden hohe Gen-Diversitäten und eine starke genetische Ähnlichkeit der Populationen auch über größere geographische Entfernungen hinweg festgestellt. Mit hoher Wahrscheinlichkeit fand bei beiden Untersuchungsarten im Gebiet der Lausitz kein einzelnes Besiedlungsereignis, sondern eine kontinuierliche Immigration von Individuen statt, bzw. findet immer noch statt. Flächen der Bergbaufolgelandschaften und der Truppenübungsplätze, auf denen die Arten rezent auftreten, können als Ausgangshabitate für die Kolonisation neuer Habitate in der Lausitz dienen. Beide Arten weisen eine hohe Mobilität auf. So waren alle untersuchten Sandohrwürmer geflügelt. Es ist von einem Flugvermögen auszugehen. Für die Laufkäferart Calathus erratus wurde ein hoher Anteil makropterer Individuen überwiegend auf jungen Untersuchungsflächen in der Bergbaufolgelandschaft nachgewiesen und damit ein aktiver Kolonisationsprozess dokumentiert. Weiterhin wiesen beide Arten eine geringe, auf eine räumliche Populationsstruktur zurückzuführende Populationsdifferenzierung auf. Bei Labidura riparia wurde, im Gegensatz zu Calathus erratus, eine räumliche Populationsstruktur festgestellt, die dem isolation-by-distance Modell folgte. Die Sandohrwurmpopulationen der Untersuchungsstandorte der Küste unterschieden sich genetisch von den Festlandspopulationen. Als Ausgangspunkt der Besiedlung der Bergbaufolgelandschaften diente mit hoher Wahrscheinlichkeit die Binnendüne bei Dömitz. Die Kolonisation der Offenstandorte der Lausitz durch Calathus erratus und Labidura riparia erfolgte auch aus umgebenden Habitaten. Bergbaufolgelandschaften und ehemalige Truppenübungsplätze verfügen über eine wichtige Habitatfunktion für Tierarten, die auf offene, sandige Habitate angewiesen sind. Diese Standorte sind besonders wegen ihrer Großflächigkeit als Refugialräume geeignet. Mit fortschreitender Sukzession wird sich der Anteil von Offenlandflächen in den Bergbaufolgelandschaften und auf Truppenübungsplätzen verringern. Während der Laufkäfer Calathus erratus durch sein breiteres Habitatspektrum auch im Bereich von Ruderalfluren eine hohe Überlebenswahrscheinlichkeit hat, ist der Sandohrwurm Labidura riparia auf bestehende natürliche Standorte und anthropogen geschaffene Sekundärstandorte angewiesen. Beide Insektenarten sind jedoch in der Lage, eventuell neu entstehende Habitate zu besiedeln.
Im Reiherbachtal im Solling (Niedersachsen) wird ein im Besitz der Niedersächsischen Landesforsten befindlicher lichter Bestand etwa 200-jähriger Alteichen seit dem Sommer 2000 zum Erhalt des „Hutewaldcharakters“ mit Heckrindern und Exmoorponys beweidet. Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung des als Erprobungs- und Entwicklungsprojekt (E+E) des Bundesamtes für Naturschutz ins Leben gerufenen, verkürzt meist „Hutewaldprojekt“ genannten Waldweidevorhabens zum Schutz von Arten und Lebensgemeinschaften wurde von Januar 1999 (Vorstudie) bis zum Dezember 2005 (Ende der wissenschaftlichen Begleituntersuchungen) unter anderem auch die Flechtenflora des knapp 200 ha großen Projektgebietes erfasst. Dabei wurden 189 Taxa festgestellt, eine im Vergleich mit Literaturangaben aus anderen deutschen Waldgebieten bundesweit herausragende Artenfülle. Hierin enthalten sind unter anderem 28 obligat oder fakultativ lichenicole bzw. saprophytische, flechtenähnliche Pilze, die traditionell von der Flechtenkunde mitbearbeitet werden. Da die Fachliteratur für das entsprechend zu berücksichtigende Inventar keine eindeutigen Vorgaben macht, wird eine fachlich begründete Empfehlung hierfür abgeleitet. Zusätzlich ist der Anteil landes- wie bundesweit gefährdeter Arten mit 54% bzw. 47% überdurchschnittlich hoch. Sieben Arten sind Erstnachweise für das Land Niedersachsen, eine davon auch für die Bundesrepublik Deutschland. Der Anteil der Epiphyten liegt bei 75%, knapp zwei Drittel der Arten kann eine positive Prognose gestellt werden, sollte die Beweidung fortgeführt werden. Im speziellen Teil vorliegender Arbeit werden alle 189 nachgewiesenen Arten in Text und Bild dokumentiert. Die Auswertung der dort zusammengetragenen artspezifischen Parameter zeigt, dass im Gebiet die Eiche bedeutenstes Trägergehölz epiphytischer Arten ist, was den in der Fachliteratur dokumentierten Befunden aus anderen Waldgebieten entspricht. Zugleich ist auf diesem Gehölz der Anteil gefährdeter Arten besonders hoch. Die in Forstwirtschaftskreisen weit verbreiteten Methoden der forstlichen Standortcharaktersierung mittels Zeigerwerten und Hemerobiegraden von Artenlisten führen über auch aus anderen naturräumlichen Daten zu gewinnende Erkenntnisse hinaus kaum zu weiterführenden Einsichten. Erst eine räumlich kleinskaligere Auswertung (hier auf Basis von Rasterfeldern zu 100 m x 100 m) bzw. Verwendung der in aktueller Literatur als künftig nicht mehr zu nutzen empfohlener Toxitoleranzzahlen sowie des aus anderen Zeigerwerten zu berechnenden KO-Wertes erbringt für die naturschutzfachliche Planung wichtige Zusatzinformationen über Ballungsräume seltener Arten bzw. aus Artenschutzgründen umgehend anders als bisher zu behandelnder Teilgebiete. Erstmals für deutsche bzw. niedersächsische Verhältnisse anwendbar gemacht wird eine Bewertung von Waldgebieten unter Verwendung der in ihnen erhobenen Flechtenartenlisten mit Hilfe des in Großbritannien entwickelten Revised Index of Ecological Continuity (RIEC). Er erlaubt die Ansprache eines Untersuchungsgebietes als naturschutzfachlich besonders wertvoller historisch alter Wald. Dabei bietet er die Vorteile, mittels einer vergleichsweise einfach und ganzjährig zu erhebenden Artengruppe verlässliche Aussagen zu erhalten und gleichzeitig stellvertretend für andere, schwieriger zu untersuchende Artengruppen zu stehen. Auch der britische New Index of Ecological Continuity (NIEC) wird für hiesige Verhältnisse weiterentwickelt. Beide Verfahren sind für eine Übertragung auf andere Bundesländer geeignet, bedürfen dort wie auch in Niedersachsen aber noch der statistisch abgesicherten Optimierung mittels weiterer vergleichender Untersuchungen. Angesichts des Status des Reiherbachtales als Teil des Flora-Fauna-Habitat- und Vogelschutz-Gebietes „Wälder im südlichen Solling“, dem im Gebiet anzuwendenden Erlass des Landes zur langfristigen ökologischen Waldentwicklung (LÖWE) sowie weiterer naturschutzrechtlicher Rahmenbedingungen einerseits und der „Problematik“ der Naturverjüngung der Eiche in weiten Teilen Mitteleuropas sowie den positiven Erfahrungen und Literaturanregungen hierzu, insbesondere bei Anwesenheit großer Pflanzenfresser andererseits wird für die Fortführung der begonnenen Waldbeweidung dringend plädiert. Zumindest ist das so genannte „Habitatbaum-Konzept“ der Niedersächsischen Landesforsten ebenso als nicht ausreichend zu verwerfen wie die nicht zielführende, sondern im Gegenteil sogar schädliche Verjüngungspraxis der Forstbehörden. Ein weiterführendes, an den naturschutzfachlichen Konditionen orientiertes Zukunftsszenario für das Reiherbachtal könnte nach Ansicht des Verfassers ferner die Schaffung eines großflächigen modernen Hutewaldgebietes im Sinne des in Amerika und Sibirien diskutierten „Pleistocene Re-wilding“ sein.
In this research work, the causes and solutions to the loss of biodiversity in South Africa especially along river-banks is dealt with significantly. Attempts are made to point out issues tied to the prevailing water crisis and ecosystem fragmentation for scientists and policy-makers. Based on the empirical field work done the writer succinctly has come up with some recommendations on the issues per se. In sum, the recommendations suggest the best ways to deal with the alien invasive species which is nothing short of the integrative approach, nonetheless designed to function at its maximum and in conjunction with locally available materials, manpower, will and on the spot expertise. Also, the study depicts the rapid spread of Acacia species and Chromolaena odorata across the African continent could lead to an environmental catastrophy should appropriate measures not be taken henceforth. The findings also bring to light the necessity of co – ordination of all key players in this fight against alien invasive plant species and giving clues (suggestions or hints) on how concrete environmental policies can be designed in order to match with the objectives of ecologists and other concerned experts alike. Taking this route the study unfolds with compounding suggestions on what the African governments and experts (ecologists, conservationists, and hydrologists) on the field should inter alia do to avert this looming disaster.
Large mammals constitute an integral part of biological resources, and hence fundamental elements in many ecosystems. In view of the roles played by habitats and humans in structuring large mammal populations, research was conducted in the Deng Deng National Park, with the aim to identify and characterize the spatial and temporal patterns of habitats, determine the relationship between habitat heterogeneity and mammal abundance and also to investigate the types and extent of human pressure on various large mammal species in the park.
Distance sampling technique and kilometric index analyses approaches were applied to determine species presence, frequency and abundance, with dung, nests, and tracks used as proxy for species presence. Using a spatio-temporal analysis approach in Geographic Information System, species distribution was analyzed. Small and medium sized duikers, red river hog and gorilla were most frequently encountered. Important is the record of elephant for the first time in the park, emphasizing the importance of the park for large mammal conservation.
Diverse land cover types that constitute habitats for flora and fauna were distinguished and characterized as dense forest, mature secondary forest, young secondary forest, tree and grassland savanna, settlement and degraded areas, and water bodies. Area, mean patch size, shape, density and richness metrics of these land cover types varied, emphasizing the heterogeneity of the park landscape. No significant differences (0.2 ≤ p ≥ 0.8) were observed in species abundance due to diverse habitat characteristics in the park. Species exhibited generalist habits with preference mostly for the dense and mature secondary forest habitat types. Temporal pattern over a 23 years’ time lag projected a 6.19 % increase in dense forest cover, suggesting future shelter opportunities for large mammals in the park.
The park is experiencing threats that are changing the physical environment in simple and reversible manner but also threats that have changed the parks environment in permanent ways; all from impacts of adjacent human settlements and development activities. Generally, species abundance was significantly high (p = 0.03) in habitats where threats encounter rates were low, and low in habitats affected by high human activity; a clear indication that these activities have eventually created depressing effects on the habitats of large mammal species in the park.
Actions aimed to limit human activities around the park, and aiming to sustain the large mammals and their habitats, especially within the hotspots identified in this study, are therefore proposed to ensure a more sustainable future for large mammals in the Deng Deng National Park.
30 sampling sites at 5 mining areas and reference sites in Lower Lusatia were studied for succession of Collembola. The study took place from 2001 to 2004. Two chronosequences were chosen, one for afforestation sites and one for sites with free succession. Additional data about some soil parameters (pH, organic matter content, water content, water capacity, conductivity, phosphate, ammonium and nitrate) are also given. Most soil parameters increase with age and/or vegetation development. Only pH decreases after melioration whereas no correlations were found for phosphate. At all study sites, 13.733 specimens, distributed across 84 species were identified with Mesaphorura macrochaeta and Parisotoma notabilis as most abundant species. Succession was studied on different levels. On the level of species and ecological groups, succession is from meadow species to forest species, but on the level of specimens and ecological groups, succession is from meadow species over eurotopic species to forest species. A model for species succession is offered on the level of specimens, presented separately for the epigaeic and the endogaeic community. Both successional developments could be divided into five parts: For the epigaeic community, the 1st stage is defined as sites without vegetation. Species found here are Pseudoanurophorus alticolus, Schoetella ununguiculata, Bourletiella pruinosa and Brachystomella parvula. At the 2nd stage, already some sparse vegetation can be found. Some sites are also covered densely by moss. Here, Cryptopygus thermophilus, Isotoma anglicana and Lepidocyrtus cyaneus are found fort he first time. The 3rd stage is defined as sites with dense vegetation, generally Calamagrostis epigejos dominated sites. Oldest sites have already some shrubs made of young pines or are clearings in young woodland. Several species are found here for the first time in notable dominances: Entomobrya lanuginosa, Entomobrya multifasciata, Lepidocyrtus lignorum, Isotoma viridis, Lepidocyrtus lanuginosus, Sminthurinus aureus, Sphaeridia pumilis and Tomocerus flavescens. The fourth stage is made up by afforestations up to 43 years on reclamation sites. 5 more species are found here: Entomobrya nivalis, Neanura muscorum, Orchesella flavescens, Paratullbergia macdougalli and Tomocerus vulgaris. The 5th stage would be the climax stage, an old oak forest. It is probably not comparable to a true primeval forest, but the type of forest typical for today’s mining sites. Only 2 species were found here: Micraphorura absoloni and Entomobrya corticalis. For the endogaeic community, data is even more based on statistical evidence. Succession of the endogaeic community is more dependent on soil parameters and succession of microflora. Generally, succession is from Mesaphorura atlantica on acidic sites and Proisotoma minuta on sites with higher pH to a Mesaphorura macrochaeta community, followed by a Parisotoma notabilis dominated community. Older afforested sites are dominated by Isotomiella minor and old oak forest on undisturbed sites by Folsomia penicula. Duration of the single successional stages depends on parameters like pH, moisture, vegetational structure and availability of certain fungi as basic food resource.
Primary and secondary data were collected during the period of January – May 2005 and questionnaires were issued between August – December 2004 to know the Status of Wildlife and its Utilisation in Faro and Benoué National Parks North Cameroon: Case study of the Derby Eland (Taurotragus derbianus gigas Gray, 1947) and the African Wild Dog (Lycaon pictus Temminck, 1840). The line transect method was used to assess wildlife population. Geographical Information System (GIS) maps of Faro and Benoué National Parks were drawn to show their distribution. Eleven different wildlife species were studied in Faro and Benoué National park. The density of Kobus kob in Faro was 0.39 animals/km² and 0.28 animals/km² in Benoué and that for Acelaphus buselaphus was 0.4 animals/km² in Benoué National park. The encounter rate was calculated for all other species and it was weak in Faro ranging from 0.009 – 0.01 while in Benoué it was higher ranging from 0.03 – 0.87. The highest encounter rate was from Benoué National Park for Loxodonta africanna. The total biomass for wildlife was 13,224.4 kg/km² with the higest percentage contribution of which 60.49% coming from Taurotragus derbianus gigas in Faro National Park.The total biomass in Benoué National Park was 37, 1839 kg/km² with the biomass for Taurotragus derbianus gigas as 20 kg/km² and percentage contribution of 9.68%. The higest percentage contribution to the total biomass in Benoué National Park was 85.52% coming from Loxodonta Africana. No observations or trace of the Lycaon pictus was seen in the two parks (Faro and Benoué) within the study period. Removal and replacement rates of Taurotragus derbianus gigas showed a polynomial shaped curve with periods of population increase and decrease with regards to yearly behaviour while the previewed Lycaon pictus for hunting showed a polynomial shaped curve while its actual removal dwindled on a straight line. Removal and replacement is not influenced by sport hunting activities alone but prey availability, absence and presence of predators, disease, car accidents and other human influences. However, the critical value for the exploitation (sport hunting) of wildlife over a period of 20 years in Faro and Benoué National Parks was necessary to be determined though it was a difficult attempt. Income generated from park activities had doubled from 42.8 million F CFA to 92.5 million F CFA in 2001. Categories of hunters coming to the parks for hunting activities were 90% non-residents, 6% residents and 4% nationals hunting by permit. The estimated annual revenue from wildlife was 91,185.00 Euros and 773,685.00 Euros in Faro and Benoué National Parks respectively. Taurotragus derbianus gigas had the highest value of 19,400 Euros in Faro National Park and 87,000 Euros in Benoué National Park. Both parks contribute 0.58% of the total revenue generated by wildlife in Faro and Benoué. There was a high level of awareness about conservation of the Taurotragus derbianus gigas and the Lycaon pictus. Also was a general willingness to pay for the conservation of resources though it was an issue of a social dilemma of choosing between self interest and collective gains. However, the population was willing to pay 500 F CFA to generate a conservation fund to sustain identified conservation projects. Assessing the management policy of the government, 40% of the population wish to be compensated for giving away their resource while 28% opt for exchange, 9% expropriation, 16% continuation and 1% had indicated no option (neutral).
Die Beschreibung und Analyse der aktuellen terrestrischen Phytozönosen in den naturnahen Bereichen der Niederlausitzer Bergbaufolgelandschaft, unter Verwendung verschiedener räumlicher und zeitlicher Maßstabsebenen, zeigt, dass die erfassten Vegetationsbestände in hohem Maße durch individualistische Eigenschaften ausgewiesen sind. Diese Schlussfolgerung basiert darauf, dass es im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht möglich war, mittels multivariater statistischer Methoden, kausale Zusammenhänge zwischen verschiedenen gemessenen sowie nominalen Umweltparametern und den jeweiligen Vegetationsbeständen nachzuweisen. Vielmehr ist davon auszugehen, dass kleinräumige Vegetationsmuster und diskrete Ereignisse maßgeblichen Einfluss auf den hohen Anteil an nicht erklärter Varianz haben, der auch nach Einbeziehung der Umweltparameter in dem Datensatz verbleibt. So konnte mittels 'point pattern analysis' nachgewiesen werden, dass bei einer Initialbesiedlung, der zunächst vegetations- und diasporenfreien Rohbodensubstrate, zufällige Verteilungsmuster überwiegen. Abweichungen von diesen zufälligen Besiedlungsmuster zu Sukzessionsbeginn sind im Wesentlichen auf Mikroreliefunterschiede zurückzuführen. Für die sich jeweils vor Ort einstellende Artenzusammensetzung spielt dabei in erster Linie die Verfügbarkeit von Diasporen aus dem regionalen Artenpool eine dominierende Rolle. Umweltparameter hingegen scheinen für eine erfolgreiche Etablierung der Diasporen nur dann ausschlaggebend zu sein, wenn es sich um "extreme" standörtliche Verhältnisse handelt, wie z.B. bei Vorherrschen von Tertiärsubstraten oder Staunässe sowie an sehr steilen Hangbereichen. Nach erfolgreicher Etablierung der Initialarten konnte auf einer kleinräumigen Maßstabsebene eine Verstärkung der initialen Vegetationsmuster beobachtet werden. Zurückzuführen ist dies einerseits auf die einsetzende Diasporenproduktion und -ausbreitung in unmittelbarer Umgebung der Mutterpflanze. Andererseits ist auch in Betracht zu ziehen, dass Initialbesiedler die Funktion von 'nurse plants' übernehmen, indem sie sowohl Strukturen ausbilden, die vermehrt Diasporen "einfangen" können, aber auch (z.B. mikroklimatisch) günstigere Bedingungen schaffen und auf diese Weise eine Etablierung neu ankommender Diasporen erleichtern. In den sich anschließenden Folgestadien gewinnen verschiedene Aspekte raumzeitlicher Dynamik an Bedeutung, die erneut zur Entstehung offener Bodenstellen beitragen können. Als ein ausschlaggebender Faktor ist in diesem Zusammenhang insbesondere das vor Ort herrschende Störungsregime zu nennen. Zur Beschreibung der daraus resultierenden Vegetationsdynamik ist am ehesten das Konzept der Patch- bzw. Gap-dynamics geeignet. Da zu diesem Zeitpunkt sowohl eine Diasporenbank vorhanden ist und sich auch ein lokaler Artenpool ausgebildet hat, bietet das Karussell-Modell einen guten Ausgangspunkt für die weiter gehende Analyse der Vegetationsdynamik. Sowohl die zufälligen Besiedlungsmuster in den Initialstadien als auch das Störungsregime in den Folgestadien tragen dazu bei, dass die im Untersuchungsgebiet vorgefundenen Vegetationsbestände häufig durch eigenständige Artenkombinationen charakterisiert sind, die darüber hinaus aber auch breite Übergangsbereiche aufweisen. Zur Darstellung und Analyse eines derartigen Vegetationskontinuums eignen sich am besten verschiedene direkte und indirekte Ordinationsmethoden. Dabei zeigte es sich, dass eine Zuordnung zu konkreten Einheiten im pflanzensoziologischen Sinn kaum möglich ist, so dass zur Bezeichnung der im Untersuchungsgebiet vorgefundenen Vegetationseinheiten vorwiegend die Dominanz einzelner Arten, oder auch Artengruppen, unter Berücksichtigung von Strukturparametern verwendet wird. Da die Sukzession in der Bergbaufolgelandschaft ihren Ausgang von diasporen- und vegetationsfreien Flächen nimmt, auf denen Konkurrenzsituationen zunächst nur von untergeordneter Bedeutung sind, ist ein großes Erfahrungswissen in Bezug auf Vegetationsdynamik, welches überwiegend auf einer Analyse von Sekundärsukzession beruht und somit größtenteils unter Konkurrenzbedingungen gewonnen wurde, auf die Verhältnisse im Untersuchungsgebiet nicht übertragbar. Dies betrifft einerseits die Auswertung autökologischer Eigenschaften, wie z.B. Lebensformen und Strategietypen, andererseits aber auch die Ableitung von Sukzessionsmechanismen. Dagegen konnte im Rahmen dieser Arbeit nachgewiesen werden, dass Facilitation, zumindest in den frühen Phasen der Primärsukzession, eine entscheidende Rolle spielt, während in der Literatur zumeist der Einfluss von Inhibition hervorgehoben wird und Facilitation nur eine nachrangige Bedeutung eingeräumt wird. Allerdings ist es wahrscheinlich, dass Facilitation in späteren Sukzessionsstadien gegenüber Inhibition oder auch Tolerance an Bedeutung verliert. Die detaillierte Auswertung der vierjährigen Dauerflächen zeigt, dass selbst auf einer Probestelle nur selten eine gleichgerichtete Vegetationsentwicklung zu beobachten ist. Infolge dieser hohen räumlichen Heterogenität und zeitlichen Variabilität sind zur schematischen Darstellung des Sukzessionsverlaufs in der Niederlausitzer Bergbaufolgelandschaft an Stelle von linearen Sukzessionsreihen so genannte Sukzessionsnetze vorzuziehen, die sowohl mehrere Initialstadien als auch verschiedenartige Übergänge in den Folgestadien zulassen. Darüber hinaus halten sie die Optionen offen, dass einzelne Stadien übersprungen werden können bzw. eine "rückwärts" gerichtete Vegetationsentwicklung ablaufen kann. Gleichzeitig lässt sich auf diese Weise darstellen, dass eine Vorhersage der zeitlichen Vegetationsdynamik im Untersuchungsgebiet mit hohen Unsicherheiten behaftet ist. Diese Schwierigkeiten bei einer Vorhersage des Sukzessionsverlaufs liegen vor allem darin begründet, dass diskrete Ereignisse und kontinuierliche Prozesse interagieren. Zwar können diskrete Ereignisse nach ihrem Eintreten relativ leicht erfasst werden, zum gegenwärtigen Zeitpunkt liegen jedoch keine verlässlichen Aussagen bezüglich ihrer Eintrittswahrscheinlichkeit vor. Kontinuierliche Prozesse hingegen lassen sich zwar besser für die Vorhersage des Sukzessionsverlaufs verwenden, sie sind jedoch nur unter Verwendung indirekter Methoden nachweisbar. Aus den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass der Verlauf der Primärsukzession in den Offenlandbereichen der Bergbaufolgelandschaft, außer durch die Verfügbarkeit von offenen Bodenstellen und Diasporen, in erheblichen Ausmaß, auch von Strukturparametern, die sich in den frühen Stadien herausbilden, sowie von den Eigenschaften der Arten selbst, beeinflusst wird. Dem Konzept der 'preemptive initial floristics' ist somit eine große Bedeutung beizumessen.
Virtuelle Forschungsumgebungen (VRE), sind Plattformen auf Basis von Informations- und Kommunikationstechnologien (engl. ICT) mit ganzheitlichem Ansatz, die das wissenschaftliche Arbeiten im Team und insbesondere dessen Kommunikation und Organisation unterstützen sollen. Sie haben zum Ziel, schneller und besser zu nachvollziehbaren Ergebnissen zu gelangen, als bisher. Projekte in der ökologischen Langzeitforschung (engl. long-term ecological research, im Folgenden als L-TER bezeichnet) sind durch den Langzeitaspekt und Raumbezug in der Regel umfangreiche Projekte mit mittleren und großen Datenmengen (Medium Data und Big Data) sowie interdisziplinären, örtlich verteilten Forschungsgruppen. Sie sind daher prädestiniert für den Einsatz von VREs. Die vorliegende Arbeit untersucht die spezifischen Aspekte und Anforderungen an virtuelle Forschungsumgebungen von L-TER Projekten im Kontext der Umweltinformatik. Dazu wird der Begriff „L-TER VRE“ eingeführt. Grundlage hierfür ist der Stand des Wissens zu allgemeinen VREs, Datenmanagement und ICT, die interdisziplinär in Verbindung gebracht werden mit den Zielen, Methoden und Daten der L-TER (z.B. Analyse von Zeitreihen). Es zeigt sich, dass sich die Anforderungen an L-TER VREs – aufgrund ihres Einsatzbereiches für langfristige L-TER Projekte – in der Nachhaltigkeit durch ihre Persistenz (Daten, Infrastruktur), Flexibilität (projektspezifische Rahmenbedingungen), der eingesetzten ICT und vom Faktor „Mensch“ mit seinem gesellschaftlichen Umfeld von VREs für andere Aufgaben unterscheiden. Aus den Erkenntnissen wird ein innovatives Baukastenkonzept mit dem Namen „Rapid L-TER VRE“ zur Planung, dem Aufbau und Betrieb von L-TER VREs vorgestellt. Es basiert auf Open-Source-Software und kann durch die gemeinsame Basis der Bausteine auch für allgemeine VREs Verwendung finden. Da VREs oder ähnliche ICT-Infrastrukturen im Rahmen von „e-Science“ als Rückgrat für die Organisation der Projekte prädestiniert sind, ist der Aufbau solcher Infrastrukturen oft schon zur Voraussetzung bei der Antragstellung von Projekten geworden. Ein Prototyp sollte daher bereits vor oder bei der Antragstellung existieren. Spätestens zum Projektbeginn muss eine Produktivumgebung zur Verfügung stehen. Vor diesem Hintergrund ist das Konzept „Rapid L-TER VRE“ speziell für eine schnelle (engl. rapid) Entwicklung von VRE Prototypen mit einer kurzen Übergangsphase in den Produktivbetrieb ausgelegt. Das Baukastenkonzept wird auf verschiedene existierende Projekte im Umfeld des Fachgebietes „Environmental Informatics“ und der Fakultät „Umwelt und Naturwissenschaften“ der BTU Cottbus-Senftenberg konzeptionell, sowie in der Form von Prototypen angewendet und dessen Anwendbarkeit allgemein bewertet. Aus den Erkenntnissen werden allgemeine Schlussfolgerungen in Bezug auf den Einsatz von Technologien und die Nachhaltigkeit für den erfolgreichen Betrieb von L-TER VREs gezogen – dabei steht der Mensch als „maßgeblicher“ Faktor im Mittelpunkt.
Dem Moment der Vorhersage kommt eine zentrale Rolle innerhalb der Konzepte der ökologischen Modellierung zu. Flächendeckende Information ist durch die gegenwärtigen Möglichkeiten der Fernerkundung auf die integrative Charakterisierung von größeren Ausschnitten der Landschaft beschränkt, eine Ermittlung einzelner Arten oder Lebensgemeinschaften ist nicht sinnvoll möglich. Deshalb werden Ausschnitte der Landschaft in Form mehr oder weniger repräsentativer Untersuchungsflächen intensiv untersucht und durch Interpolation/ Extrapolation oder Analogieschluss auf den Rest der Landschaft geschlossen. Die Verwendung z. T. hochkomplexer statistischer Modelle, die einen vom Beobachter bestimmten Ausschnitt aus allen verfügbaren Eigenschaften der Landschaft bzw. der Umwelt der Organismen als Parameter verrechnen, ist die gängige Praxis in der Modellierung. Im Zusammenwirken von punktueller Erfassung der Zielorganismen, (Satelliten-)Fernerkundung, Autökologie und Statistik entsteht ein Abbild der Wirklichkeit als Modell, das in jedem Verarbeitungsschritt (insbesondere in den Interpretationsschritten) Fehler und Unsicherheiten erzeugt, fortschreibt und/oder potenziert. Diese Fehlerfortschreibung und –vergrößerung wird vermieden, je einfacher die Modelle sind, wobei gleichzeitig eine Einbeziehung verfügbarer und wahrscheinlich wichtiger Information unterbleibt, so dass von Seiten des Modellierers eine Abwägung vorzunehmen ist, ob einfache und weniger fehlerbehaftete oder aber komplexe und fehlerbehaftete Modelle vorzuziehen sind. In der vorliegenden Auswahl wurden die einfachen Modelle bevorzugt. Auf 158 Probeflächen in Südost-Brandenburg (Spree-Neiße-Kreis, Stadt Cottbus, Landkreis Dahme-Spreewald, Landkreis Oberspreewald-Lausitz) wurden 37 Heuschreckenarten mit Frequenzen zwischen 0,6 und 99,4 % nachgewiesen, sowie die Aktivität von 49 Libellenarten mit Frequenzen zwischen 0,6 und 74,1 % dokumentiert. Die Beobachtungsdaten wurden verwendet, um mit Hilfe einfacher graphenbasierter topographischer Modelle Vorhersagen über das Vorkommen von Arten zu machen. Als Modelle wurden Delaunay-Triangulationen, Gabriel-Graphen, Minimal spannende Bäume, Graphen über die nächsten Nachbarn, sowie Voronoi-Diagramme verwendet. Außerdem wurde mit Hilfe der Methode des ‚leave-one-out’ über einige Graphen ‚modellierte Beobachtungen’ berechnet. Zum Modellvergleich wurden alle Modelle gegen alle anderen unter Einbeziehung der Beobachtungen und der ‚modellierten Beobachtungen’ hinsichtlich der Korrelation der Arten-Vektoren paarweise gegenübergestellt. Dabei ist deutlich geworden, dass es Modellpaare gibt, sehr hoch miteinander korreliert sind. Es wurde geprüft, ob die Korrelationen von der Anzahl der Nachbarn, der Relation der Zahlen der unbekannten zu den Zahlen der bekannten Nachbarn, oder der Wichtung der einzelnen Nachbarn, oder den Distanzen der Nachbarn voneinander abhängig sind. Solche Abhängigkeiten treten schwach oder gar nicht in Erscheinung. Es ist ersichtlich, dass sowohl die Konstruktion der Graphen (d. h. die Wahl des Modells), als auch die Struktur des Graphen mit den untersuchten Flächen als Knoten einen Einfluss auf die Übereinstimmung der Vorhersageergebnisse nimmt. Zur Vorhersagegüte wird die gängige Praxis, die Vorhersage des verwendeten Modells an den zugrunde liegenden Beobachtungen zu messen, grundsätzlich kritisiert, da der Modellcharakter der Beobachtungen nicht ausreichend reflektiert und die Beobachtungen von unbekannter Güte sind. Es wird daher vorgeschlagen, die in dieser Untersuchung verglichenen Modelle mit den adäquaten ‚modellierten Beobachtungen’ als Maßstab der Vorhersagegüte zu vergleichen. Aus diesem und anderen Gründen werden die Voronoi-Diagramme bzw. die dazu dualen Delaunay-Triangulationen als ‚beste Modelle’ herausgestellt, wobei die ähnlichen Gabriel-Graphen eine vergleichbare Güte erreichen können.
Human influence on the biosphere has transformed natural land cover (LC) into modified LC. Shifting focus from individual species study to large-scale assessment is therefore needed to restore the damaged ecosystem. The hypotheses were: (a) the post-mining landscapes are getting more diverse over time (b) GIS, remote sensing and patch analyst can generate LC information and landscape characterization statistics for assessing habitat diversity and monitoring land cover change (LCC) in a disturbance-dominated area (c) relationship exist between habitat diversity and field based species richness/LCC and environmental conditions/LCC and biodiversity losses. The general aims of this research were (a) to assess the impact of disturbance on LCC and habitat diversity (b) to identify how accurately patterns of habitat diversity, complexity, fragmentation, primary production and LCC can be assessed or predicted with GIS and remotely sensed data. LC maps of 1988, 1991, 1995, 1998, 2000 and 2003 were produced from LANDSAT TM images of Schlabendorf Nord and Schlabendorf Süd. These images were used to survey the changing landscape. After classifying the images based on dominant land cover types, the area and perimeter of all patches were defined. Landscape characterization metrics were generated using patch analyst. LCC statistics were estimated for each LC map year. Change detection extension was used to identify changes among vegetation or land cover types into “negative change”, “no change” and “positive change”. DCA ordination technique (CANOCO) was used to study similarity among the distribution of land cover types. Other relevant analysis made include soil pH analysis and climate data evaluation. The outcome of the research shows that the process of LCC takes place at the interface between environmental and human systems. Land cover transformations in most cases in Schlabendorf were as a result of progressive and reversed plant succession. Overall changes in both landscapes showed increased area of pine afforestation, deciduous trees afforestation, lake and mixed grassland with trees. The LCC s were predominantly caused by harvesting of afforested pine, restoration related construction activities or other land cover management practices, reverse succession, low soil pH especially along the path of the mine strip, loss of soil fertility, human decisions and policies. There was increase in habitat richness, heterogeneity, fragmentation, and shape complexity due to decrease in habitat size, increased land use intensity etc. Lower habitat diversity in Schlabendorf Süd was due to the comparatively large landscape area, high patch number and higher habitat richness in most cases which confirms the claim that relationship between habitat diversity and habitat heterogeneity varies according to scale (Tews et al., 2004). Increase in biomass accumulation particularly in Schlabendorf Süd contributed to the exchanges for greenhouse gases between the forest cover, soil and the atmosphere, hence changing the climatic condition on terrestrial ecosystems, biodiversity and LCC. Unlike Schlabendorf Nord, Schlabendorf Süd still undergoes more active reclamation activities resulting in less similarity between the two post-mining landscapes over time. Within a given ecosystem, any change in habitat diversity can change the number of species in the resulting habitats types, in other words habitat diversity can be used to predict the species richness in a given ecosystem. The approach to this work provides a beneficial trade off between expensive ground vegetation or LCC survey and low-priced image processing analysis. It requires less manpower and less time but greatly reliable for assessing LCC, habitat diversity/richness and heterogeneity in large inaccessible areas such as dunes in post-mining landscape.