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Ausgewählte Veröffentlichungen

outdoor recreation

Priorities to advance monitoring of ecosystem services using Earth observation.

Cord, A.F., Brauman, K.A., Chaplin-Kramer, R., Huth, A., Ziv, G., Seppelt, R. (2017): Trends Ecol. Evol.

DOI: 10.1016/j.tree.2017.03.003

In this opinion article, we introduce a novel framework showing how Earth observation together with socioeconomic information and model-based analysis can support assessments of ecosystem service supply, demand, and benefit. The paper also proposes five priorities to advance the capabilities of Earth observation-based monitoring of ecosystem services (e.g., in the context of the SDGs).

PLS coefficients spectra for the VNIR model (left column) and the VNIR part of the full range model (right column).

Estimation of photosynthesis traits from leaf reflectance spectra: correlation to nitrogen content as the dominant mechanism.

Dechant, B., Cuntz, M., Vohland, M., Schulz, E., Doktor, D. (2017): Remote Sens. Environ.

DOI: 10.1016/j.rse.2017.05.019

We tested the performance of estimating two important photosynthesis traits, the maximum carboxylation capacity and the maximum electron transport rate, from in-situ leaf reflectance spectra. Approaches used that are applicable on larger spatial scales and showed that both parameters can be estimated from leaf reflectance measurements with good accuracy even for a large number of tree species and varying light environments. Detailed analysis with regard to prediction performances led to the conclusion that the correlation to Nitrogen content per area was the dominating mechanism on which models based.
Spatial distribution and persistence of land cover changes over the whole study periods (1985–2011).

Expanding temporal resolution in landscape transformations: Insights from a landsat-based case study in Southern Chile.

Locher-Krause, K.E., Volk, M., Waske, B., Thonfeld, F., Lautenbach, S. (2017): Ecol. Indic.

DOI: 10.1016/j.ecolind.2016.12.036

Understanding temporal and spatial dimensions of land cover dynamics is a critical factor to link ecosystem transformation to land and environmental management. Our analysis underlines the importance of expanding temporal resolution in land cover/use change studies to guide sustainable ecosystem management strategies as increase landscape connectivity and integrate landscape planning to economic activities.

The foundation of the conceptual framework

Harmonizing Biodiversity Conservation and Productivity in the Context of Increasing Demands on Landscapes.

Seppelt R, Beckmann M, Ceauşu S, et al (2016): BioScience.

DOI: 10.1093/biosci/biw004

Biodiversitätsschutz und landwirtschaftliche Produktion werden oft als gegenseitig Ziele gesehen. Wir argumentieren, dass die Harmonisierung zwischen Erhaltung der biologischen Vielfalt und der Pflanzenproduktion verbessert werden kann und stellen dafür einen allgemeinen konzeptionellen Rahmen vor.
Index of natural potentials for the expansion of cropland

Addressing future trade-offs between biodiversity and cropland expansion to improve food security.

Delzeit, R., Zabel, F., Meyer, C., Václavík, T. (2016): Reg. Envir. Chang.

DOI: 10.1007/s10113-016-0927-1

This study addresses trade‐offs between providing sufficient food in the future and sustaining biodiversity by investigating (1) how global expansion of cropland might affect food production and prices, (2) where environmental conditions favor cropland expansion under changing climate, and (3) whether potential conversion to cropland would affect areas of high biodiversity or conservation importance.

Work flow of the analyses

Mapping pollination typeswith remote sensing.

Feilhauer, H., Doktor, D., Schmidtlein, S., Skidmore, A. K., (2016): J. Veg.Sci.

DOI: 10.1111/jvs.12421

Bestäubung eine ist eine ökosystemare Dienstleistung, die auch auf lokaler räumlicher Skala variiert. Für ein besseres Verständnis der entsprechenden ökosystemaren Funktionen bietet sich eine Quantifizierung und räumliche Abbildung der Bestäubungstypen an. Hierfür wurde eine Stichprobe der Artenzusammensetzung von Gefäßpflanzen (100 Plots) sowie fernerkundliche hyperspektrale Befliegungsdaten erhoben und Methoden des maschinellen Lernens eingesetzt. Bestäubungstypen und optische Eigenschaften (LAI, Trockenmasse) waren bis zu R2=0,813 korreliert; die räumliche Verteilung der Bestäubungstypen konnte statistisch mit einem RSME von < 10,5% modelliert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass Bestäubungstypen in der Tat in einer Beziehung zu Kronendachreflektanzen stehen, die eine räumliche Abbildung mit Fernerkundungsdaten erlaubt. Die Übertragbarkeit auf andere Ökosysteme muss aber noch getestet werden.
Potential distribution and connectivity of the sand lizard (Lacerta agilis) in the city of Cologne.

Coupling Satellite Data with Species Distribution and Connectivity Models as a Tool for Environmental Management and Planning in Matrix-Sensitive Species.

Rödder, D., Nekum, S., Cord, A.F. & Engler, J.O. (2016): Environmental Management.

DOI: 10.1007/s00267-016-0698-y

Während anthropogene Habitatfragmentierung bei vielen Arten zunehmend die Konnektivität zwischen Populationen stört, werden kleinräumige Habitate, die als potenzielle verknüpfende Korridore dienen könnten, im Allgemeinen bei der Umweltplanung nicht ausreichend berücksichtigt. In dieser Studie verwenden wir aus multispektralen Satellitendaten abgeleitete feinskalige potentielle Konnektivitätsmodelle (PCMs) zur Quantifizierung von räumlich expliziten Lebensraumkorridoren für Matrix-sensitive Arten. Als Fallstudie dienen uns Populationen der Zauneidechse (Lacerta agilis L.) im Großraum Köln.
Study area with localities of geocaches and aggregated land cover data from the Urban Atlas project

Geocaching data as an indicator for recreational ecosystem services in urban areas: exploring spatial gradients, preferences and motivations.

A.F. Cord, F. Roeßiger, N. Schwarz (2015): Landscape and Urban Planning.

DOI: 10.1016/j.landurbplan.2015.08.015

Diese Studie beschäftigt sich mit der weltweit verbreiteten Outdoor-Aktivität ‘Geocaching’ (www.geocaching.com), bei der die Teilnehmer mit Hilfe von GPS-fähigen Geräten versteckte Container aufspüren. In unserer Analyse konzentrierten wir uns auf die Region Leipzig und analysierten die Lagekoordinaten von Geocaches in Kombination mit einer Online-Umfrage unter den aktiven Mitgliedern dieser Community. Es zeigte sich, dass – während Geocacher ganz unterschiedliche Motivationen für die Ausübung dieses Hobbies haben – Geocachingdaten im urbanen Raum tatsächlich als Indikator für Ökosystemdienstleistungen dienen können, da Grünflächen und das Erleben von Natur eine wichtige Rolle spielen.

Assessing ecosystem services for informing land-use decisions: a problem-oriented approach.

Förster, J., J. Barkmann, R. Fricke, S. Hotes, M. Kleyer, S. Kobbe, D. Kübler, C. Rumbaur, M. Siegmund-Schultze, R. Seppelt, J. Settele, J. Spangenberg, V. Tekken, T. Václavík, H. Wittmer (2015): Ecology & Society

DOI: 10.5751/ES-07804-200331

Das GLUES-Team hat Erfahrungen für eine anwenderorientierte Erfassungen von Ökosystemleistungen publiziert. Zusammen mit den Projekten SuLaMa, LEGATO, INNOVATE, und SuMaRiO, ist die Publikation im Rahmen einer Special Issue des unter Future Earth angesiedelten Programme on Ecosystem Change and Society (PECS) erschienen.

Cover Journal of Applied Ecology

Effects of land use on plant diversity – A global meta-analysis

K. Gerstner, C. F. Dormann, A. Stein, A. Manceur, R. Seppelt (2014): Journal of Applied Ecology.

DOI: 10.1111/1365-2664.12329

Pflanzendiversität ist global gefährdet durch Landnutzung, jedoch auf lokaler bis regionaler Skala sind Studienergebnisse nicht eindeutig. Unsere Meta-Analyse zu Landnutzungseffekten auf Pflanzenreichtum zeigt, dass direkte und indirekte Effekte von Landnutzung sehr unterschiedlich sind u. zu lokalem Verlust u. sogar Anstieg führen können. Wir fanden wichtige Kovariablen zu spezifischen Landnutzungsklassen u., dass Landnutzungseffekte generell zw. Biomen differieren, was auf einen Zusammenhang mi.der Größe des Artenpools hinweist.
Cover: Methods in Ecology and Evolution

Separating the effects of changes in land cover and climate: a hydro-meteorological analysis of the past 60 yr in Saxony, Germany.

Renner, M., K. Brust, K. Schwärzel, M. Volk & C. Bernhofer (2014): Hydrology and Earth System Sciences.

DOI: 10.5194/hess-18-389-2014

Die Ergebnisse der auf einem Budyko-Verfahren basierenden Studie zeigen deutliche Effekte der Klimaerwärmung auf die Gebietsverdunstung und den Wasserhaushalt in ganz Sachsen. Hauptursache für Änderungen des Wasserhaushalts war allerdings die industrielle Luftverschmutzung. So konnte für die Kammlagen der Mittelgebirge das durch Luftverschmutzung hervorgerufene Waldsterben als entscheidender Faktor erkannt werden.
Typical strip-pattern of cultivated and fallowed fields; note the erosion marks on the fallows

Impacts of agricultural land-use dynamics on erosion risks and options for land and water management in Northern Mongolia.

J. A. Priess, C. Schweitzer, O. Batkhishig, T. Koschitzki, D. Wurbs (2014): Environ Earth Sci.

DOI: 10.1007/s12665-014-3380-9

Nomadische Viehwirtschaft wird in der Mongolei seit über einem Jahrtausend erfolgreich betrieben. Für die gegenwärtige Landnutzung wurden jedoch Erosionsrisiken von 2–4 Mg ha-1 Jahr-1 für beweidete Steppe und 4–9 Mg ha-1 Jahr-1 für Ackerflächen berechnet. Szenarienrechnungen ergaben zusätzliche Herausforderungen für Wasser- und Bodenmanagement durch bis zu 30 prozentige Abnahme aber vor allem durch bis zu 7-fache Zunahme der Erosionsrisiken für die nächsten Jahre, verursacht durch Landnutzungs- und Klimawandel.
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glUV: a global UV-B radiation data set for macroecological studies.

Beckmann, M., Václavík, T., Manceur, A. M., Šprtová, L., von Wehrden, H., Welk, E., Cord, A. F. (2014): Methods in Ecology and Evolution.
DOI: 10.1111/2041-210X.12168

Welchen Einfluss Temperatur und Niederschläge auf die globale Verteilung von Tier- und Pflanzenarten haben, steht im Fokus vieler Forschungsvorhaben. Eine andere wichtige Komponente der Klimaforschung wird dagegen oft vernachlässigt: Die UV-B-Strahlung. Landschaftsökologen des UFZ haben Daten der Weltraumbehörde NASA zur UV-B-Belastung so aufbereitet, dass sie zur Erforschung des Einflusses von UV-B-Strahlung auf Organismen genutzt werden können. Der Datensatz (global UV-B dataset for macroecology: glUV) steht zum Download unter http://www.ufz.de/gluv zur Verfügung.
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Accounting for geographical variation in species–area relationships improves the prediction of plant species richness at the global scale.

Gerstner, K., Dormann, C.F., Václavík, T., Kreft, H., Seppelt, R., (2013): Journal of Biogeography.

DOI: 10.1111/jbi.12213

Art-Areal Beziehungen werden oft angewandt, um Artenreichtum auf einer gegebenen Fläche vorherzusagen und abzuschätzen, wieviel Arten durch Habitatverlust verloren gehen. Eine bedeutende Rolle hat die Funktion, die diese Beziehung beschreibt. Viele Wissenschaftler nehmen jedoch an, dass die Beziehung weltweit durch eine einzige Funktion beschrieben werden kann. Wir zeigen, dass Art-Areal Beziehungen besser regional als global parametrisiert werden.
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Mapping global land system archetypes.

Václavík, T., Lautenbach, S., Kuemmerle, T., Seppelt, R. (2013): Global Environmental Change.

DOI: 10.1016/j.gloenvcha.2013.09.004

Mapping global land system archetypes provides a new representation of global land systems based on more than 30 high-resolution datasets on land-use intensity, environmental conditions and socioeconomic indicators. This approach advances our under-standing of the global patterns of human-environment interactions and of the environmental and social conditions associated with different types of land use.

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Identifying trade-offs between ecosystem services, land use, and biodiversity: a plea for combining scenario analysis and optimization on different spatial scales

Seppelt, R., Lautenbach, S., Volk, M., (2013): Current Opinion in Environmental Sustainability.

DOI: 10.1016/j.cosust.2013.05.002

Dies ist eine kurze und pointierte Zusammenstellung der Anwendungen von Optimierungsalgorithmen zur Quatifizierung von Landnutzungs-trade-offs in multifuktionalen Landschaften. Konzepte für die Zusammenführung von Szenarien Analysen und Optimierung werden vorgestellt und für regionale aber auch globale Anwendungen diskutiert.
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The impact of Best Management Practices on simulated streamflow and sediment load in a Central Brazilian catchment:

Strauch, M., Lima, J.E.F.W. , Volk, M., Lorz, C., Makeschin, F., (2013): J. Environ. Manage.

DOI: 10.1016/j.jenvman.2013.01.014

In ausgewählten Flusseinzugsgebieten Brasiliens werden Agrarumweltmaßnahmen (z.B. Terrasen und Sedimentrückhaltebecken) durch 'Payments for Environmental Services' gefördert. Die Studie quantifiziert anhand von prozessbasierten Szenario-simulationen die (Kosten-)Effektivität solcher Maßnahmen bezüglich Sedimentrückhalt und Abflussdargebot.
Global map of pollination benefits

A new multi-scale approach for monitoring vegetation using remote sensing-based indicators in laboratory, field and landscape

Lausch, A. et al. (2012) Environmental Monitoring and Assessment.

DOI: 10.1007//s10661-012-2627-8

Fernerkundung ist ein wichtiges Tool zur Untersuchung von Mustern auf unterschiedlichen raum-zeitlichen Skalen. Unterschiedliche räumliche, spektrale und zeitliche Auflösungen von Fernerkundungsdaten als auch differenzierte sensorspezifische Aufnahmecharakteristika von Fernerkundungssensoren erschweren eine vergleichende Analyse sowie effektive Untersuchungen zum Up- und Downscaling von Daten und Prozessuntersuchungen. Das Paper präsentiert ein neues methodisches Framework zur Kombination von hyperspektralen Fernerkundungsdaten auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen unter Nutzung des “One Sensor at Different Scales” (OSADIS) Ansatzes für die Plot- Lokale und Regionale Skalenebene.
Global map of pollination benefits

Spatial and temporal trends of global pollination benefit

Lautenbach, S. et al. (2012) PlosONE e35954.

DOI: 10.1371/journal.pone.0035954

Basierend auf global hoch aufgelösten Daten der Landnutzung und Zeitreihen für Anbaumengen und Produzentenpreise bestäuberabhängiger Kulturen konnte eine Zunahme der Bestäuberleistung aufgezeigt werden und räumliche Hotspots identifiziert werden.
Map of analysed cities with thermal climatic zones by the FAO

Exploring indicators for quantifying surface urban heat islands of European cities with MODIS land surface temperatures

Schwarz, N. et al. (2011) Remote Sensing of Environment, 115, 3175-3186.

DOI: 10.1016/j.rse.2011.07.003

Diese erste europaweite Analyse von Fernerkundungsdaten zur Identifizierung von urbanen Hitzelinseln von 263 Städten zeigte zum einen, wie klassische Indikatoren zur Bestimmung von Hitzeinseln eingesetzt werden können. Zum anderen wurde geschlussfolgert, dass zur Sicherstellung der Vergleichbarkeit von Städten parallel mehrere Indikatoren für urbane Hitzeinseln verwendet werden sollten.
Methodology flowchart

Using precipitation data ensemble for uncertainty analysis in SWAT streamflow simulation

Strauch, M., Bernhofer, C., Koide, S., Volk, M., Lorz, C., Makeschin, F. (2012) Journal of Hydrology 414-415, 413-424.

DOI: 10.1016/j.jhydrol.2011.11.014

Die Studie zeigt, dass Ensemble-Modellierung mit multiplen Niederschlagseingangsdaten die Aussagewahrscheinlichkeit von hydrologischen Simulationsergebnissen insbesondere in Gebieten mit geringer Datenverfügbarkeit beträchtlich erhöhen kann.