Globale wissenschaftliche Synthese
Die Entscheidungen über die Landnutzung und die Landmanagementplanung werden sowohl vor Ort, im Feld und als auch in einer Region getroffen. Globale Veränderungen wie Klimawandel, Technologien, Handel und Konsummuster werden bestimmt durch globale Prozesse. Diese vielschichtigen Wechselwirkungen zusammen mit der regionalen räumlichen Heterogenität von Landschaften machen generelle – vor allem einfache Antworten –, was nachhaltiges Landmanagement eigentlich ist, zu einer Herausforderung. Die Relevanz einzelner Ergebnisse aus den regionalen Projekten einzuschätzen, zu bewerten und bezüglich ihrer Übertragbarkeit auf eine größere Ebene zu untersuchen, ist die Herausforderung der „globalen wissenschaftliche Synthese“ des GLUES-Projekts. Grundlage dafür war
die Erstellung einheitlicher globaler Landnutzungsszenarien;
die Bereitstellung wissenschaftlicher Geodateninfrastrukturen, um den Austausch und die Kommunikation von Daten und Ergebnissen zu unterstützen;
die Analyse und die Charakterisierung globaler Landsysteme als sozial-ökologisches System im Hinblick auf Ökosystemdienstleistungen, Biodiversität etc.;
das Übermitteln der Ergebnisse an internationale politische Organisationen an der Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Politik;
die Unterstützung der Zusammenarbeit mit Stakeholdern.
So ist es möglich, Zusammenhänge zwischen Landnutzung, Ökosystemleistungen und Biodiversität auf globaler Ebene zu untersuchen. Globale Ergebnisse konnten durch Erkenntnisse aus den regionalen Projekten untermauert und die Übertragbarkeit von regionalen Lösungen auf andere Orte der Welt verstanden werden.
Wichtigste Erkenntnisse
Auswirklungen von Landnutzungsveränderungen auf die Umwelt können im globalen Maßstab nur als globale Muster von Landsystemen integrativ und interdisziplinär beschrieben und verstanden werden. Das schließt klimatische und naturräumliche Gegebenheiten, Indikatoren der Landnutzung und auch sozioökonomische Größen ein. Diese so gebildeten Archetypen liefern die Grundlage, um Handlungsempfehlungen abzuleiten (Vaclavik et al 2013).
Klimawandel ist ein wesentliches Problem für die Landwirtschaft. Allerdings können einige Regionen davon auch profitieren. So könnte der Klimawandel dafür sorgen, dass in den nächsten 100 Jahren mehr Ackerland in den hohen Breiten der nördlichen Hemisphäre (Kanada, Russland, China) zur Verfügung steht. Im Gegensatz dazu werden in Mittelmeerregionen und in Subsahara-Afrika Verluste von potenziell geeigneten landwirtschaftlichen Nutzflächen erwartet. (Zabel et al 2014). [Pressemitteilung]
Die steigende Nachfrage nach Nahrungsmitteln kann gedeckt werden, ohne dass die landwirtschaftliche Nutzfläche ausgedehnt werden muss. Dafür müssen verfügbare Flächen optimal genutzt werden. Der gegenwärtig genutzte Bestand an landwirtschaftlicher Nutzfläche besitzt das Potenzial, die zunehmende Bevölkerungszahl zu ernähren und sogar den für das Jahr 2050 angegebenen Bedarf zu übersteigen. Dafür muss aber an anderer Stelle optimiert werden: Ernte, Lagerung, Transport, Wegwerfmentalität etc. (Mauser et al 2015). [Pressemitteilung]
Empfehlungen
Wenn die landwirtschaftliche Ausdehnung in Zukunft fortgesetzt wird, so wird dies wahrscheinlich in Schutzgebieten stattfinden. Diese potenziellen Konfliktregionen bedürfen detaillierter Beurteilungen. Nur so lassen sich Ergebnisse unterschiedlicher Ernährungssicherungsstrategien verstehen und Mechanismen zum Schutz von Lebensräumen mit hoher Biodiversität entwickeln. (Delzeit et al. 2016).
Wird landwirtschaftliche Intensivierung beurteilt, die sich nur auf die Erträge konzentrieren, werden zahlreiche Ursachen für den Verlust der Artenvielfalt übersehen (z. B. Versalzung von Böden, toxische Abflüsse). Es muss ein breiteres Spektrum an Indikatoren für die Bodennutzungsintensität in Erwägung gezogen werden, sollte landwirtschaftliche Produktion in Einklang mit der Biodiversität stehen. (Gerstner et al. 2014, Kehoe et al. 2015).
Viele landbasierte Forschungsprojekte sind spezifisch für eine kleine Region. Die lokalen Landsysteme und ihre Gemeinsamkeiten mit anderen Orten auf der Welt sollten untersucht werden, um Regionen zu identifizieren, die mit ähnlichen Herausforderungen der Landnutzung konfrontiert sind. Dies wird dazu beitragen, das lokale Wissen sowie Lösungen für Probleme des Landmanagement auf viele Standorte zu übertragen. (Vaclavik et al. 2016). [Pressemitteilung]
Die monetäre Bewertung ist ein mögliches wissenschaftliches Werkzeug, um für nicht am Markt gehandelte Ökosystemleistungen Instrumente zu entwickeln. Umgesetzt wird dies über Ökosystemleistungsprogramme. Diese Beurteilungen sollten zwischen Unsicherheitsquellen unterscheiden und den Einfluss von Standortcharakteristiken, die die Werttransferfunktionen und vorausgesagte Werte der Ökosystemleistungen beeinträchtigen, quantifizieren. (Schmidt et al. 2016).
Illustrierte Beispiele
Landwirtschaftliche Ertragspotenziale
Die steigende Nachfrage nach Lebensmitteln, Futtermitteln, Fasern und Bioenergie übt starken Druck auf das Land aus. Dies bedingt Änderungen bei der Landnutzung bzw. der Bodendeckung sowie Wechselwirkungen zwischen Landnutzungen und Ökosystemleistungen. Landwirtschaftliche Potenziale in Zukunft effizienter zu nutzen, ist ein Baustein, die Ernährungssicherung zu gewährleisten.
Deshalb ist es wichtig, globale landwirtschaftliche Potenziale und die wechselseitige Abhängigkeit von Wirkungen zwischen ökologischen und sozio-ökonomischen Systemen, die Änderungen der Landnutzung bzw. der Bodendeckung bedingen, zu verstehen.
Die Karte zeigt die allgemeine Eignung für Landwirtschaft. Sie liegt bei einer räumlichen Auflösung von 30 arcsec; berücksichtigt sind Regenfeldbau und Bewässerung. Die landwirtschaftliche Eignung stellt für jedes Pixel den höchsten Eignungswert der berücksichtigten 16 Pflanzen dar, z. B. Mais, Ölpalme, Soja
Die Mehrzahl der landwirtschaftlichen Bodenressourcen der Erde wird bereits als Anbauflächen genutzt. Der Klimawandel ist eine enorme Herausforderung für die globale Landwirtschaft. Doch es ist unsicher, welche Gebiete am meisten davon betroffen sein werden, oder ob manche Gebiete sogar davon profitieren können. Es ist daher eine Inventur der unter sich ändernden klimatischen Bedingungen potenziell für die Landwirtschaft geeigneten Gebiete erforderlich.
Die Modellergebnisse des GLUES-Teams lassen darauf schließen, dass der Klimawandel die Verfügbarkeit von Ackerland in den hohen Breiten der nördlichen Hemisphäre (Kanada, Russland, China) über die nächsten 100 Jahre erhöhen wird. Angesichts fehlender Anpassungsmaßnahmen wie etwa verstärkter Bewässerung projiziert die Simulation jedoch in Mittelmeerregionen und Subsahara-Afrika Einbußen an geeigneten landwirtschaftlichen Nutzflächen.
Diese Karten zeigen die allgemeine landwirtschaftliche Eignung für vier Zeiträume (1961-1990, 1981-2010, 2011-2040, 2071-2100) mit einer räumlichen Auflösung von ca. 1 km. Die landwirtschaftliche Eignung berücksichtigt Regenfeldbau und Bewässerung von gegenwärtig bewässerten Gebieten. Jedes Pixel auf der Karte stellt den maximalen Eignungswert der berücksichtigten 16 Hauptkulturpflanzen dar.
So nutzt man die Karte: Wählen Sie den Button Layers in der oberen linken Ecke. Nutzen Sie die Checkbox, wählen Sie GLUES agricultural suitability und klicken Sie auf den Pfeil, um das Kartenmenü zu öffnen. Danach können Sie den Kartenausschnitt anpassen, indem Sie die gewünschte Kartenebene unter dem Tab Sublayers auswählen und deren Deckkraft in dem Tab Opacity festlegen. Die Kartenlegende mit den einzelnen Begriffen ist unter dem Tab Legend verfügbar. Die vier zur Verfügung stehenden Unterebenen liefern Informationen über die allgemeine landwirtschaftliche Eignung für vier 30-Jahreszeiträume.
Bedingt durch den Klimawandel verändert sich auch die Eignung für landwirtschaftliche Kulturpflanzen. Basierend auf Szenarienberechnung wird hier für 16 Kulturpflanzen von 1981 bis 2010 und 2071 bis 2100 die globale Eignung dargestellt.
Die Mehrzahl der landwirtschaftlichen Bodenressourcen der Erde wird bereits als Anbaufläche genutzt. Der Klimawandel ist eine enorme Herausforderung für die globale Landwirtschaft, doch es ist unsicher, welche Gebiete am meisten davon betroffen sein werden, oder ob manche Gebiete sogar davon profitieren könnten. Es ist daher eine Inventur der unter sich ändernden klimatischen Bedingungen potenziell zur Landwirtschaft geeigneten Gebiete erforderlich.
Die Modellergebnisse des GLUES-Teams lassen darauf schließen, dass der Klimawandel die Verfügbarkeit von Ackerland in den hohen Breiten der nördlichen Hemisphäre (Kanada, Russland, China) über die nächsten 100 Jahre erhöhen wird. Angesichts fehlender Anpassungsmaßnahmen, wie etwa verstärkter Bewässerung projiziert die Simulation jedoch in Mittelmeerregionen und Subsahara-Afrika Einbußen an geeigneten landwirtschaftlichen Nutzflächen.
Diese Karte erfasst die projizierten Auswirkungen des Klimawandels auf die weltweite Verteilung von Land, das im Jahr 2100 für 16 Hauptkulturpflanzen geeignet ist. Die Farben repräsentieren den Wandel der landwirtschaftlichen Eignung aufgrund des Klimawandels gemäß des Szenarios SRES A1B. Während vorausgesagt wird, dass neues Ackerland in den hohen Breiten der nördlichen Hemisphäre verfügbar wird (grün), wird eine Verschlechterung der Bedingungen in anderen Bereichen, einschließlich des Mittelmeerraums (braun) erwartet.
So nutzt man die Karte: Wählen Sie den Button Layers in der oberen linken Ecke. Nutzen Sie die Checkbox, wählen Sie GLUES suitability change due to climate until 2100 und klicken Sie auf den Pfeil, um das Kartenmenü zu öffnen. Danach können Sie den Kartenausschnitt anpassen, indem Sie die gewünschte Kartenebene unter dem Tab Sublayers auswählen und deren Deckkraft in dem Tab Opacity festlegen. Die Kartenlegende mit den einzelnen Begriffen ist unter dem Tab Legend verfügbar. Die erste zur Verfügung stehende Unterebene zeigt den Wandel der weltweiten landwirtschaftlichen Eignung kombiniert für alle Anbauprodukte. Die weiteren Unterebenen liefern für einzelne Anbauprodukte wie Gerste, Maniok oder Mais Informationen zum Wandel der landwirtschaftlichen Eignung.
Potenzielle Anzahl der geeigneten Pflanzzyklen für 16 Kulturpflanzen. Die Grafik berücksichtigt Regenfeldbaubedingungen und Bewässerung auf bewässerten Gebieten. Der Datensatz enthält vier Zeiträume (1961-1990, 1981-2010, 2011-2040, 2071-2100).
Die Mehrzahl der landwirtschaftlichen Bodenressourcen der Erde werden bereits als Anbauflächen genutzt. Der Klimawandel ist eine enorme Herausforderung für die globale Landwirtschaft. Doch es ist unsicher, welche Gebiete am meisten davon betroffen sein werden, oder ob manche Gebiete sogar davon profitieren können. Es ist daher eine Inventur der unter sich ändernden klimatischen Bedingungen potenziell zur Landwirtschaft geeigneten Gebiete erforderlich.
Die Modellergebnisse des GLUES-Teams lassen darauf schließen, dass der Klimawandel die Verfügbarkeit von Ackerland in den hohen Breiten der nördlichen Hemisphäre (Kanada, Russland, China) über die nächsten 100 Jahre erhöhen wird. Angesichts fehlender Anpassungsmaßnahmen wie etwa verstärkter Bewässerung projiziert die Simulation jedoch in Mittelmeerregionen und Subsahara-Afrika Einbußen an geeigneten landwirtschaftlichen Nutzflächen.
Der Klimawandel wird mit einiger Wahrscheinlichkeit Auswirkungen auf das Potenzial von landwirtschaftlichen Nutzflächen zu mehrmaligen Ernten pro Jahr haben. Diese Karten zeigen die potenzielle Anzahl der geeigneten Pflanzzyklen für 16 Kulturpflanzen unter Berücksichtigung von Regenfeldbaubedingungen und Bewässerung auf bewässerten Gebieten. Die Karten enthalten vier Zeiträume (1961-1990, 1981-2010, 2011-2040, 2071-2100).
So nutzt man die Karte: Wählen Sie den Button Layers in der oberen linken Ecke. Nutzen Sie die Checkbox, wählen Sie GLUES multiple cropping und klicken Sie auf den Pfeil, um das Kartenmenü zu öffnen. Danach können Sie den Kartenausschnitt anpassen, indem Sie die gewünschte Kartenebene unter dem Tab Sublayers auswählen und deren Deckkraft in dem Tab Opacity festlegen. Die Kartenlegende mit den einzelnen Begriffen ist unter dem Tab Legend verfügbar. Indem Sie die geeigneten Unterebenen für jede einzelne der vier 30-Jahreszeiträume auswählen, können Sie die potenzielle Anzahl der geeigneten Erntezyklen (eins bis drei) für alle Pflanzen zusammen oder für einzelne Anbauarten wie Gerste, Maniok oder Mais kombinieren.
Beginn des Wachstumszyklus für 16 Kulturpflanzen mit einer räumlichen Auflösung von 30 arcsec, unter Berücksichtigung von Regenfeldbaubedingungen und Bewässerung. Im Falle von mehrfachen Ernten wird der Beginn des ersten Wachstumszyklus angegeben. Der Datensatz enthält vier Zeiträume (1961-1990, 1981-2010, 2011-2040, 2071-2100).
Die Mehrzahl der landwirtschaftlichen Bodenressourcen der Erde werden bereits als Anbauflächen genutzt. Der Klimawandel ist eine enorme Herausforderung für die globale Landwirtschaft. Doch es ist unsicher, welche Gebiete am meisten davon betroffen sein werden, oder ob manche Gebiete sogar davon profitieren könnten. Es ist daher eine Inventur der unter sich ändernden klimatischen Bedingungen potenziell zur Landwirtschaft geeigneten Gebiete erforderlich.
Die Modellergebnisse des GLUES-Teams lassen darauf schließen, dass der Klimawandel die Verfügbarkeit von Ackerland in den hohen Breiten der nördlichen Hemisphäre (Kanada, Russland, China) über die nächsten 100 Jahre erhöhen wird. Angesichts fehlender Anpassungsmaßnahmen wie etwa verstärkter Bewässerung projiziert die Simulation jedoch in Mittelmeerregionen und Subsahara-Afrika Einbußen an geeigneten landwirtschaftlichen Nutzflächen.
Der Klimawandel wird mit einiger Wahrscheinlichkeit Auswirkungen auf das Potenzial von landwirtschaftlichen Nutzflächen zu mehrmaligen Ernten pro Jahr haben. Diese Karten zeigen den Beginn des Wachstumszyklus für 16 Kulturpflanzen unter Berücksichtigung von Regenfeldbaubedingungen und Bewässerung auf bewässerten Gebieten. Im Falle von mehrfachen Ernten wird der Beginn des ersten Wachstumszyklus angegeben. Die Karten enthalten vier Zeiträume (1961-1990, 1981-2010, 2011-2040, 2071-2100).
So nutzt man die Karte: Wählen Sie den Button Layers in der oberen linken Ecke. Nutzen Sie die Checkbox, wählen Sie GLUES multiple cropping und klicken Sie auf den Pfeil, um das Kartenmenü zu öffnen. Danach können Sie den Kartenausschnitt anpassen, indem Sie die gewünschte Kartenebene unter dem Tab Sublayers auswählen und deren Deckkraft in dem Tab Opacity festlegen. Die Kartenlegende mit den einzelnen Begriffen ist unter dem Tab Legend verfügbar. Indem Sie die geeigneten Unterebenen für jede einzelne der vier 30-Jahreszeiträume auswählen, können Sie sich den ungefähren Beginn des Wachstumszyklus (1. bis 52. Woche) für 16 Anbauarten wie Gerste, Maniok oder Mais anzeigen lassen.
Archetypen
Landnutzungsänderungen treten in verschiedenen Formen auf: Wiesen und Graslandschaften werden durch Maisfelder ersetzt, tropische Wälder werden gerodet, um Weideland zu schaffen; Steppen werden zu Ackerland. Die Gründe sind komplex, die Auswirkungen immens: Tier- und Pflanzengemeinschaften ändern sich, Ökosystemfunktionen verschwinden, Kohlenstoffemissionen tragen zum Klimawandel bei. Was immer sich auf regionaler Ebene ereignet, hat globale Konsequenzen.
Um die globalen Auswirkungen der Landnutzung auf die Umwelt zu beurteilen und dazu beizutragen, entsprechende Gegenmaßnahmen bereitzustellen, haben die GLUES-Forscher eine neue Weltkarte des Landnutzungssystem erstellt. Anhand von Indikatoren für Landnutzungsintensität, Klima, Umwelt und sozio-ökonomische Bedingungen identifizierten sie zwölf globale Muster, die als Landsystemarchetypen bezeichnet werden.
Globale Landsystemarchetypen: Weltkarte und Regionalbereiche zeigen ein Muster („clustered Pattern“) von Mensch-Umweltinteraktionen und Landnutzungsintensität. Jeder Archetyp wird durch eine spezifische Kombination von mehr als 30 Indikatoren des Landmanagements charakterisiert.
Globale Landsystemarchetypen: Weltkarte und Regionalbereiche zeigen ein geclustertes Muster („clustered Pattern“) von Mensch-Umweltinteraktionen und Landnutzungsintensität. Jeder Archetyp wird durch eine spezifische Kombination von 32 Landmanagementindikatoren, Klima, Umwelt und sozio-ökonomischen Bedingungen charakterisiert. Es bestehen Ähnlichkeiten zwischen den Landsystemen weltweit,Das diverse Muster auf sub-nationaler Ebene lässt jedoch darauf schließen, dass es keine Universal-Lösungen für nachhaltiges Landmanagement gibt.
Diese Muster zeigen ein anderes Bild der Landnutzung als von Wissenschaftlern vermutet. China war zum Beispiel recht ähnlich wie Westeuropa und die USA. Somit wurden Teile des Landes gemeinsam mit bestimmten Regionen Indiens und weiten Bereichen Europas dem Archetyp „Intensivanbaugebiete“ zugeordnet.
Diese Darstellung der Landsysteme ist hilfreich, da sie Regionen bestimmter Landnutzungstypen wissenschaftlich untermauerte Politikempfehlungen bereitstellen können. So lassen sich negative Konsequenzen der Landnutzung vermeiden. Dies kann leicht anhand von Beispielen aus Lateinamerika und Südostasien erklärt werden: Viele Gebiete in diesen Regionen werden als geschädigte Forst-/Ackerlandsysteme in den Tropen klassifiziert, die durch extrem hohe Bodenerosion gekennzeichnet sind. Da die sozio-ökonomischen Daten zeigen, dass Landwirtschaft eine wichtige Rolle in der nationalen Wirtschaft der lokalen Länder spielt, ist es wichtig, Erosionsschutzmaßnahmen für diese Regionen zu entwickeln und anzuwenden. Nur dann lassen sich die landwirtschaftlichen Erträge erhöhen, ohne die Umwelt zu belasten. In anderen Landsystemen ist die Situation völlig unterschiedlich. Die großflächigen Anbausysteme Osteuropas oder Indiens verfügen immer noch über ein hohes Potenzial, um ihre landwirtschaftlichen Erträge zu erhöhen. Derartige Möglichkeiten sind in den Intensivanbaugebieten Westeuropas und den USA weitgehend ausgeschöpft.
Die Landsystemarchetypen helfen uns dabei, die Wechselwirkung zwischen den Tätigkeiten des Menschen einerseits und den Änderungen der Gesellschaft und Umwelt andererseits besser zu verstehen.
Faktoren zur Charakterisierung von Landsystemen
Basierend auf zwölf Indikatoren zur Charakterisierung von Landnutzungsintensität, Umweltfaktoren und sozio-ökonomischen Faktoren wurden globale Muster von Landsystemarchetypen identifiziert. Wir stellten die Hypothese auf, dass diese Variablen die multidimensionalen Aspekte der Wechselwirkung zwischen Mensch und Umwelt repräsentieren würden, da viele dieser Funktionen sowohl als Treiber als auch als deren Folgen in den komplexen Landsystemen fungieren. Die Indikatoren für Landnutzungsintensität umfassten Eingabe-Indikatoren wie der Bereich an Ackerland und die Intensität der Bewässerung oder der Stickstoffdüngung ebenso wie die Erträge wichtiger landwirtschaftlicher Nutzpflanzen und die Menge an primärer Nettoproduktion, die von den Menschen bereitgestellt wurde (HANPP). Die Umweltindikatoren umfassten klimatische und andere biophysikalische Beschränkungen wie die jährliche oder jahreszeitliche Primärproduktion oder Bodenkohlenstoffvorräte. Als sozio-ökonomische Faktoren wurden FAO-Indizes benutzt, wie etwa Bruttoinlandsprodukte (BIP), der aus der Landwirtschaft stammende Teil des BIP oder Schätzungen zur Weltbevölkerung.
Publikation: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959378013001532
Pressemitteilung: www.ufz.de/index.php?en=35349
So nutzt man die Karte: Wählen Sie den Button Layers in der oberen linken Ecke. Nutzen Sie die Checkbox, wählen Sie GLUES multiple cropping und klicken Sie auf den Pfeil, um das Kartenmenü zu öffnen. Danach können Sie den Kartenausschnitt anpassen, indem Sie die gewünschte Kartenebene unter dem Tab Sublayers auswählen und deren Deckkraft in dem Tab Opacity festlegen. Die Kartenlegende mit den einzelnen Begriffen ist unter dem Tab Legend verfügbar.
Unsicherheit der monetären Bewertung von Ökosystemdienstleistungen
Die wachsende Nachfrage nach Ressourcen verstärkt den Druck auf Ökosystemleistungen und Biodiversität. Die monetäre Bewertung der Ökosystemleistungen wird oft als Werkzeug zur Entscheidungs-Unterstützung angesehen, da es Werte für unberücksichtigte Güter und Dienstleistungen vermittelt. Bewertungsmethoden wie die Übertragung der ökonomischen Werte sind eine attraktive Option für Forscher und Entscheidungsträger, die mit Ressourcenknappheit konfrontiert sind.
GLUES-Forscher entwickelten globale Werte-Übertragungsmodelle für zwölf Ökosystemleistungen. Sie schätzten dafür die Unsicherheiten ein, die mit berücksichtigt werden müssen. Diese Analyse ist Ausgangspunkt für die Erstellung einer standardisierten Integration von und die Berichterstattung über Unsicherheiten für eine zuverlässige und gültige Werte-Übertragung. Sie stellen einen wichtigen Teil dar, wie politische Entscheidungen unterstützt werden können.
Das Wissen über die monetäre Bewertung von Ökosystemleistungen ist räumlich verteilt. Eine Synthese von Fallstudien zeigt extrapolierte, relative monetäre Werte (gelb bis grün) und deren Unsicherheiten, also unser Nichtwissen über den möglichen monetären Wert (gelb bis rot) der Werte-Übertragungsfunktionen für Ökosystemleistungen. Die monetären Werte und Unsicherheiten sind in verschiedene Klassen von niedrig bis hoch gruppiert .
Die wesentlichen Quellen von Unsicherheiten beinhalten Fehler, die aus den eingegebenen Daten für das „Benefit transfer“-Modell resultieren, den Eigenschaften des Modells und den Fehlern des Transfers aufgrund von Verallgemeinerungen. Beim letzteren passieren Fehler, wenn zum Beispiel Werte in andere Bereiche übernommen werden unter der Annahme, dass bestimmte sozio-ökonomische Voraussetzungen auf räumlicher und zeitlicher Skala konstant sind. Für die ES „Versorgung mit Nahrungsmitteln“ wird oft angenommen, dass die landwirtschaftliche Produktivität dieselbe ist für alle Ackerflächen, ohne die natürliche Ausstattung und den Einfluss des Menschen zu berücksichtigen. Obwohl über sozio-ökonomische Indikatoren oft diskutiert wird im Hinblick auf die Transfernutzung-Anwendungen, zeigen die Ergebnisse, dass es wichtiger ist, die bio-pysikalische Verschiedenartigkeit in Ökosystemen zu beachten.
So nutzt man die Karte: Wählen Sie den Button Layers in der oberen linken Ecke. Nutzen Sie die Checkbox, wählen Sie Uncertainties in Monetary Valuation und klicken Sie auf den Pfeil, um das Kartenmenü zu öffnen. Danach können Sie den Kartenausschnitt anpassen, indem Sie die gewünschte Kartenebene unter dem Tab Sublayers auswählen und deren Deckkraft in dem Tab Opacity festlegen. Die Kartenlegende mit den einzelnen Begriffen ist unter dem Tab Legend verfügbar. Die zwölf zur Verfügung stehenden Unterebenen (A bis L) zeigen Standorte für die Untersuchungen der monetären Bewertung der Ökosystemleistungen. Die folgenden zwölf Unterebenen zeigen extrapolierte, relative monetäre Werte (gelb bis grün: niedrig bis hoch) und Unsicherheiten (gelb bis rot: niedrig bis hoch) der „Benefit transfer“-Funktionen für die Ökosystemdienstleistungen. Der Grad der Unsicherheit weist darauf hin, wie weit man den Modellergebnissen für bestimmte Ökosystemleistungen trauen kann.
Vorteile der Bestäubung
In jüngster Zeit hat der wirtschaftliche Wert von Kulturpflanzen, die von Bestäubung abhängig sind, weltweit zugenommen. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der Technischen Universität Dresden und der Universität Freiburg fanden heraus, in welchen Regionen die Bestäubung eine besonders wichtige Rolle spielt und wo die Landwirtschaft noch stärker von der Bestäubung durch Tiere abhängt.
Die Ergebnisse der Raumanalyse liefern wichtige Informationen für die Naturschutzpraxis und politische Entscheidungen. Sie ermöglichen, auf regionaler Ebene Empfehlungen zum Schutz der landwirtschaftlichen Elemente, die für das Überleben von Insekten notwendig sind, zu erstellen.
Die Bestäubung ist eine der am besten untersuchten Ökosystemleistungen, zu der ein IPBES-Bericht erschienen ist. Auf dieser Weltkarte ist aufgrund von Ertragsdaten zu bestäubungsabhängigen Kulturen die wirtschaftliche Bedeutung der Bestäubung für landwirtschaftliche Kulturpflanzen dargestellt. Die Werte sind in US-Dollar pro Hektar für das Jahr 2000 angegeben. Die Werte wurden um die Inflationsrate (für das Jahr 2009) bereinigt.
Diese globalen Karten zeigen die kumulativen Bestäubungsvorteile basierend auf landwirtschaftlichen Erträgen von 60 Kulturpflanzen, die von Bestäubung abhängig sind. Werte sind in US-Dollar pro Hektar für das Jahr 2000 angegeben. Die Werte wurden um die Inflationsrate (für das Jahr 2009) sowie um die Kaufkraftparität bereinigt.
Insbesondere China, Indien, die USA, Brasilien und Japan profitieren in hohem Maß von Produkten, die von Bestäubung abhängig sind. In den USA z. B. ist die Abhängigkeit besonders hoch in Kalifornien, jedoch relativ unbedeutend im Getreidegürtel des Mittleren Westens. In Asien ist die nordöstliche Region von China besonders abhängig von Bestäubung. In Europa sind es vor allem Mittelmeerländerwie Italien und Griechenland und in Afrika insbesondere die Region entlang des Nils in Ägypten. Für Deutschland wurden mittlere Abhängigkeiten gefunden. Gleichwohl ist Bestäubung sowohl in Deutschland als auch anderen Teilen Europas keinesfalls als unwesentlich anzusehen.
Den Berechnungen zufolge könnte von einem potenziellen Rückgang der Bestäubung jene Länder besonders betroffen sein, in denen Kulturpflanzen oder Feldfrüchte, die von Bestäubung abhängig sind, einen wesentlichen Teil des BIP aus der Landwirtschaft ausmachen. Hierzu gehören zum Beispiel Argentinien, Belgien, China, Ghana, Honduras, die Elfenbeinküste und Jordanien. Die Ergebnisse zeigen auch, dass in Ländern wie Aserbaidschan, Armenien, Kamerun oder die Ukraine die relative Abhängigkeit von landwirtschaftlichen Produkten zwischen 1993 und 2009 deutlich zugenommen hat. In Ländern wie Ägypten, Indien, Jordanien oder der Türkei nahm die relative Abhängigkeit im gleichen Zeitraum ab.
So nutzt man die Karte: Wählen Sie den Button Layers in der oberen linken Ecke. Nutzen Sie die Checkbox, wählen Sie Global pollination benefits und klicken Sie auf den Pfeil, um das Kartenmenü zu öffnen. Danach können Sie den Kartenausschnitt anpassen, indem Sie die gewünschte Kartenebene unter dem Tab Sublayers auswählen und deren Deckkraft in dem Tab Opacity festlegen. Die Kartenlegende mit den einzelnen Begriffen ist unter dem Tab Legend verfügbar. In dem Menü Sublayers können Sie auswählen zwischen 1.) Staatsgrenzen, 2.) Gesamtbestäubung für alle untersuchten landwirtschaftlichen Anbauprodukte und 3.) Bestäubung für einzelne landwirtschaftlichen Anbauprodukte wie z.B. Früchte (Äpfel, Aprikosen, Zitrusfrüchte etc.), Speiseölkulturen (Baumwolle, Sojabohne), Nüssen (Mandel, Cashew etc.). Die Werte sind angegeben in US-Dollar/ha für das Jahr 2000.
Weitere Lektüre (Auswahl)
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Gerstner, K., Moreno-Mateos, D., Gurevitch, J., Beckmann, M., Kambach, S., Jones, H.P., Seppelt, R. (2017): Will your paper be used in a meta-analysis? Make the reach of your research broader and longer lasting. Edited by David Warton. Methods in Ecology and Evolution, 8(6): 777–84.
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Lautenbach, S., Seppelt, R., Liebscher, J., Dormann, C. (2012): Spatial and Temporal Trends of Global Pollination Benefit. PLoS ONE, 7(4): e35954.
URL: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0035954
Wissenschaftsporträt
Globaler Wandel im regionalen Kontext
Wie sich die Landnutzung verändert, untersuchen internationale Forscherteams in einem vom Bund geförderten Großforschungsprogramm an zwölf Standorten in der Welt. Das Begleitprojekt GLUES wagt den Spagat: Es vernetzt nicht nur die einzelnen Teilprojekte, sondern betreibt auch selbst wissenschaftliche Analyse. Der eigene Anspruch ist hoch: Das Projekt will zeigen, dass Land nachhaltig genutzt werden kann und muss!
Einmal Politiker spielen und die Geschicke eines Landes zu lenken, davon träumen viele. Am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ in Leipzig haben Landschaftsökologen das Spiel LandYOUs entworfen, bei dem Spieler entscheiden können, wie viel Geld des Staatsbudgets sie in Naturschutz, Bildung, Aufforstung, Stadtentwicklung und die Förderung der Landwirtschaft investieren wollen. Je nachdem, welche Schwerpunkte sie setzen, beeinflusst das die Lebensqualität der Bevölkerung, sinken die Preise für Agrarprodukte, verschlechtert sich die Umweltqualität oder müssen Agrarprodukte importiert werden. Wer das zur Zufriedenheit des Volkes löst, kann nach fünfjähriger Amtszeit auf eine Wiederwahl hoffen – ansonsten droht das Ende der Politikerkarriere. Das Spiel ist nicht nur ein anspruchsvoller Zeitvertreib für Schüler und Studenten, es hat auch einen realen Hintergrund. »Mit dem Computerspiel lässt sich anschaulich zeigen, welche Folgen der Wandel in der Landnutzung für Gesellschaft, Biodiversität, Forst- und Landwirtschaft hat«, sagt Prof. Ralf Seppelt, Leiter des Departments Landschaftsökologie am UFZ.
Über 50 Millionen Euro für zwölf Projekte
Der 44-jährige Landschaftsökologe ist einer von rund 500 Forschern, die im Rahmen der Fördermaßnahme »Nachhaltiges Landmanagement« die Wechselwirkungen zwischen Landmanagement, Klimawandel und Ökosystemdienstleistungen rund um den Globus analysieren. Mit ca. 50 Millionen Euro fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) dafür bis zum Jahr 2017 zwölf Projekte in globalen Regionen. In diesen untersuchen internationale Forschungsteams, wie sich Landnutzungsänderungen etwa im Amazonas-Becken, den Steppen Sibiriens, im Okavango-Delta in Afrika oder entlang der Ost- und Nordseeküste auswirken. Seppelt leitet mit seinen Mitarbeitern von Leipzig aus das wissenschaftliche Begleitvorhaben unter dem Akronym GLUES (Global Assessment of Land Use Dynamics, Greenhouse Gas Emissions and Ecosystem Services).
Das GLUES-Team hat dabei mehrere Aufgaben: Zum einen will es die einzelnen Projekte vernetzen und Ergebnisse in Form von Tagungen, Videos und Wissenschaftsporträts in die Öffentlichkeit und die Fachwelt kommunizieren. Dies soll die Wissenschaftler in den Projekten bei ihrer Forschertätigkeit entlasten. Zum anderen stehen auch die GLUES-Forscher vor wissenschaftlichen Herausforderungen: »Wir betreten mit dem Programm Neuland, denn wir fassen Ergebnisse aus Forschungsprojekten mit regionalem Fokus zusammen, um global konsistente Szenarien und Modellierungen zur Verfügung zu stellen. So können wir Wechselwirkungen analysieren und praxisnahe Managementmaßnahmen aus den Regionalprojekten auf ihre Übertragbarkeit hin prüfen und zusammenführen«, sagt Seppelt, der darin eine Blaupause für andere Projekte sieht: »Wir stellen sicher, dass diese Untersuchungen auch in globale Prozesse eingebettet sind.
Landnutzung verursacht Emissionen
Global, darin ist sich die Wissenschaft einig, ist der Wandel schon längst im Gange. Die Folgen haben renommierte Forscher bereits beschrieben. »Zwischen 20 und 30 Prozent der weltweit klimarelevanten Emissionen entstehen durch Landnutzung und Landnutzungsänderungen«, weiß GLUES-Leiter Seppelt. Und: Obwohl global etwa elf Prozent der terrestrischen Erdoberflächen unter Schutz stehen, sterben Jahr für Jahr viele Tier- und Pflanzenarten aus. Weil die Fläche, die der Mensch noch in Anspruch nehmen kann, immer geringer wird, muss sich das Management der terrestrischen Erdoberfläche ändern – und das vor allem auf jenen gut 35 Prozent, die Agrarfläche sind. »Viele Regionen sind nicht so produktiv wie sie sein könnten«, sagt Seppelt. Es fehlen Betriebsmittel, die Böden sind erodiert, Ökosystemfunktionen gehen verloren und der Klimawandel erfordert einen Wechsel im Landbau. Ein wichtiger Baustein im GLUES-Projekt sind deshalb globale wissenschaftliche Szenarien.
In einem GLUES-Arbeitsbereich berechnen Forscher am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), wie sich die Potenziale in der Landnutzung bis zum Jahr 2100 verändern könnten. Die mittelfristige Perspektive bis 2030 untersucht Prof. Gernot Klepper, zuständig für Umwelt und natürliche Ressourcen am Kieler Institut für Weltwirtschaft, zusammen mit Kollegen der Ludwig-Maximilians-Universität München und des Geomar-Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel. »Wir haben allgemeine ökonomische Gleichgewichtsmodelle, die oft für klima- oder handelspolitische Analysen genutzt werden, erweitert, um damit die Landnutzung, die Förderung von Bioenergie und deren Konkurrenz mit der Nahrungsmittelproduktion zu analysieren«, erklärt Klepper. Erträge der 18 wichtigsten Anbausorten wie Weizen, Soja oder Mais werden simuliert. Das dient als Basis, um die Auswirkungen der Förderung von Biokraftstoffen auf die Agrarmärkte sowie auf andere Energiemärkte wie Öl, Gas und Kohle zu untersuchen.
Fünf globale Szenarien beschreiben und analysieren, wie mögliche Entwicklungen wie etwa die Bioenergieförderung oder die Zunahme des Fleischkonsums aussehen können. Ökonom Klepper verspricht sich davon wichtige Erkenntnisse für die Welternährungssicherheit, etwa zur Frage, wie hoch die Ertragspotenziale von Agrarprodukten sind. Erste Ergebnisse können die Forscher schon jetzt vorweisen: »Die Ertragspotenziale der Landwirtschaft sind höher als bislang bekannt«, sagt Klepper. In bisherigen Studien habe man nur die heutige Flächennutzung betrachtet, aber nicht berücksichtigt, dass durch einen Wechsel der Anbaufrüchte weitere Ertragspotentiale erschlossen werden können. »Diese Effekte können sehr groß sein, weil die Anbaustrukturen, auf denen die bisherigen Berechnungen basieren, unter anderen wirtschaftlichen Bedingungen und höheren Produktivitäten keinen Sinn machen«, sagt er.
Auf globalen Daten zur Landnutzung basiert auch eine Analyse von Landsystemen, an denen Landschaftsökologe Seppelt mit seinen Forscherkollegen arbeitet. Mehr als 30 globale Datensätze zur Umwelt, Landwirtschaft und Sozioökonomie haben die GLUES-Forscher ausgewertet, um daraus zwölf sogenannte Archetypen zu identifizieren. Diese reichen von Waldsystemen in den Tropen, über extensive Agrarnutzung bis zu Subsistenzwirtschaft und Bewässerungswirtschaft. Für Seppelt sind die Archetypen ein erster wichtiger Schritt: »Sie helfen uns zu verstehen, welche Wechselwirkungen es zwischen dem menschlichen Handeln auf der einen Seite sowie den gesellschaftlichen Veränderungen und Umweltveränderungen auf der anderen Seite gibt.« Innovativ an der Analyse ist, dass die Forscher deutlich mehr Daten und Indikatoren einsetzten als das bisher üblich war. »Wir wussten beispielsweise nicht, wo Regionen liegen, in denen sich Landwirtschaft noch intensivieren lässt oder wo schon maximal intensiver Anbau betrieben wird«, so Seppelt. Informationen, die normalerweise hinter der Komplexität der Daten verschwinden würden, werden so sichtbar. Ein Beispiel: »Hätten wir beispielsweise nur Umweltindikatoren analysiert, hätten wir keine Aussagen treffen können, wo die Landwirtschaft hohe Rendite abwirft.«
Datenbank für Szenarien
Damit der Transfer der Ergebnisse zwischen den Projekten der Fördermaßnahme und GLUES funktioniert, hat das Team um Prof. Lars Bernard von der Technischen Universität (TU) Dresden eine Geodateninfrastruktur mit einem wissenschaftlichen Geoinformationsportal aufgebaut. Dort finden sich globale Daten für die Regionalprojekte, etwa Klimaszenarien, Informationen zur Landnutzung, zur Biodiversität oder zu Wasserressourcen. Diese können die Forschungspartner austauschen. »Die globalen Informationen sind Basisdaten, die als Referenzdaten für alle Projekte dienen und Wissenschaftlern die Arbeit ermöglichen«, sagt Bernard. Beide Werkzeuge werden aber nicht nur von jenen Forschern eingesetzt, die im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme ihre Untersuchungen machen – jeder, der in den zwölf Regionen forscht oder sich thematisch mit Landnutzung beschäftigt, kann dort Informationen abrufen oder Daten anlegen. Was einfach klingen mag, ist im Detail eine schwierige Angelegenheit. »Damit die Daten von jedem genutzt werden können, braucht es eine gemeinsame Sprache, sonst droht ein Chaos«, sagt Bernard. Das heißt: Einheitliche Regeln und Standards. Sollten die bisherigen Standards nicht ausreichen, müssen die Geoinformatiker sie weiterentwickeln, was vor allem bei den mehrdimensionalen Forschungsdaten notwendig ist. Die Datenbereitstellung stößt bei manchen Wissenschaftlern auf Skepsis, weil sie einen Mehraufwand bedeutet. Doch die Arbeit, sagt Bernard, sei wichtig, weil so die Daten nach Projektende bestehen und genutzt werden sollen. Vermeiden will Bernard auch, dass zu viele Datensätze abgelegt werden. »Ziel ist nicht, möglichst viele Daten zu sammeln, sondern relevante und abgestimmte Informationen bereitzustellen«, sagt er.
Hilfe für regionale Akteure
Nachhaltigkeit ist auch in einem anderen GLUES-Arbeitsbereich wichtig. Dr. Peter Moll und Ute Zander vom Beraterteam Moll & Zander helfen Forschern im Umgang mit den Akteuren vor Ort. Sie bieten Schulungen, Einzelberatung, Analysen und Ideen für mögliche praktische Nutzungen der Ergebnisse in deren Regionalprojekten an. Zudem kontaktieren sie Behörden, Landwirtschaftsverbände oder Naturschutzorganisationen auf internationaler Ebene. »Wir suchen Akteure, die die praxis- und umsetzungsorientierten Ergebnisse aus den Regionalprojekten gerne nutzen würden«, sagt Moll. Dafür stehen er und seine Kollegin in Kontakt mit Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisationen, wie z. B. der Europäischen Umweltagentur – EEA und der EU-Kommission.
Ihre Bemühungen haben bereits erste Früchte getragen. Die Umweltagentur plant beispielsweise Ergebnisse der BMBF-Fördermaßnahme auf den Internetseiten der Beobachtungsplattfom Eye on Earth aufzunehmen. Darauf könnten Landwirte, Landwirtschaftsverbände oder Naturschützer weltweit Landnutzungsänderungen über das Internet dokumentieren. Außerdem wollen die beiden Berater Ansätze und Techniken für eine nachhaltigere Landmanagementpraxis, die Forscher mit lokalen und regionalen Akteuren in den Regionalprojekten erarbeitet haben, in einem Buch und in Videos veröffentlichen. »Auf diese Weise könnten praxisnahe Ergebnisse des gesamten Programms zugänglich gemacht und dokumentiert werden. Und damit könnten dann weltweit Land-nutzer aus der Fördermaßnahme weiterarbeiten.«
Auch Dr. Cornelia Paulsch, Geschäftsführerin des Instituts für Biodiversität in Regensburg und GLUES-Mitarbeiterin, sorgt dafür, dass die GLUES-Ergebnisse verbreitet werden. »Wir helfen Wissenschaftlern, ihre Forschungsergebnisse bei internationalen wichtigen Politikprozessen und Umweltabkommen bekannt zu machen und einzubringen«, sagt sie. Das gilt etwa beim UN-Übereinkommen zur Bekämpfung der Wüstenbildung (UNCCD), der UN-Klimarahmenkonvention (UNFCCC), der Konvention zum Schutz der Feuchtgebiete (RAMSAR) oder dem Übereinkommen über die biologische Vielfalt (CBD). Das ist wichtig, weil in den Abkommen ständig Beschlüsse und Programme überarbeitet werden und neue Themen hinzukommen. »Es braucht wissenschaftlich untermauerte Fakten, damit die Arbeitsgruppen in den Gremien fundierte Entscheidungen treffen können«, betont Paulsch. Wissenschaftler sollten deswegen ihr Know-how an die Konventionen zurückgeben. Allerdings ist das Wissen über die internationalen Abkommen nicht sehr verbreitet. Paulsch organisiert deswegen Schulungen für die Forscher aus den Regionalprojekten. »Ziel ist, Wissenschaftler zu unterstützen, wie sie am besten ihre Ergebnisse bei Tagungen der Konventionen einbringen können«, sagt sie.
Von dem BMBF-Projekt erhofft sich GLUES-Leiter Seppelt nicht nur eine Langzeitwirkung, sondern es soll auch Modell für andere lösungsorientierte Forschungsprojekte sein. »Land ist eine limitierte Ressource und muss nachhaltig genutzt werden, denn unsere Lebensgrundlagen bleiben nur erhalten, wenn unsere Umwelt langfristig keinen Schaden nimmt«, sagt Seppelt. Das ist die Botschaft, die die GLUES-Forscher – egal ob über Konferenzen, Videos, Bücher oder eben ein Computerspiel – vermitteln wollen.
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