Interaktives Nutzerhandbuch für das Verfahren MULBO - Textdokumente - Informationen zum Beispiel Barnstädt

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1 Das Beispiel Querfurter Platte (Barnstädt) Das Gebiet Barnstädt auf der Querfurter Platte (Sachsen Anhalt) ist eine intensiv genutzte Agrarlandschaft. Barnstädt ist das Untersuchungsgebiet des Projektes IUMBO. Die hier vorgestellten Ergebnisse basieren auf einem Projekt, welches am Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle durchgeführt wurde. Die Ergebnisse sind in Grabaum, Meyer & Mühle 1999 sowie in Mühle (2001) veröffentlicht. Beschreibung des Untersuchungsraumes Zur Durchführung des Projektes wurde zunächst eine umfassende Landschaftsanalyse durchgeführt. Eine Beschreibung des Untersuchungsraumes ist das Ergebnis dieser Analyse. Der Untersuchungsraum 'Barnstädt' ist identisch mit dem Untersuchungsraum des Projektes IUMBO. Er liegt in der Querfurter Platte einem ländlichen Raum von ca ha im Süden von Sachsen-Anhalt (westlich der Stadt Halle). Er ist ca ha groß und umfasst etwas mehr als 2 Gemeinden. Es handelt sich um eine durch die Flurbereinigung bzw. die Industrialisierung der Landwirtschaft ausgeräumte, schwach reliefierte Landschaft, gekennzeichnet durch fruchtbare Löss-Schwarzerde-Böden (durchschnittliche Ackerzahl: 79), große Ackerschläge und eine sehr geringe Zahl strukturbildender Elemente wie z.b. Kleingehölze, Hecken, Ackerraine, Teiche oder andere Oberflächengewässer. An Wirtschaftswegen und Ortsverbindungsstraßen stehen noch lückenhafte bzw. rudimentäre Obstbaumreihen, die die bis in die fünfziger Jahre bestehende Struktur dieser Landschaft andeuten. Es herrschen Gemischt-Betriebe vor, deren Fruchtfolgen aufgrund der ökonomischen Zwänge und technologischen Möglichkeiten zunehmend enger werden; nur wenige Fruchtarten sind in die Fruchtfolgen einbezogen. Aktuelle Landnutzung und Biotoptypenausstattung Die Landschaft ist geprägt von großflächigen Ackerschlägen und großer Strukturarmut (offene Agrarlandschaft). Waldgebiete kommen nicht vor. Die Karte der Biotoptypen basiert auf einer Kartierung von Meyer (1997), CIR-Luftbildern und der Biotoptypenkartierung Sachsen-Anhalt. Die Flächenanteile der Biotoptypen sind in einer Tabelle dargestellt. Flächen und e der Biotoptypen im Untersuchungsraum Element Fläche (in %) Acker ,6 Hopfenanbau 24 0,6 bebaute Fläche 208 4,9 Verkehrsfläche 287 6,7 Grünflächen im Ort 13 0,3 krautige Vegetation 11 0,3 Gebüsch/Gehölz 18 0,4 vegetationsfreie Fläche 22 0,5 Gewässerflächen 28 0,7 gesamt ,0 1

2 Biotope/Nutzungen krautige Vegetation Gewässer Gehölz bebauter Bereich Acker vegetationsfreie Fläche Grünland linienhafte Biotope Hecke Gehölze Baumreihe Gebüsch N m Inhalt: B.C. Meyer, UFZ copyright OLANIS 2005 Mit fast 86 % wird dabei der dominierende von Ackerflächen deutlich, dagegen findet man nur ca. 40 ha naturnähere Flächen (ca. 1%), Unter diesem Begriff werden hier Gehölze und Gebüsche sowie Grünland und Sukzessionsflächen zusammengefasst. Die Flächenbilanz linearer Elemente ist in dieser Tabelle nicht berücksichtigt. Trotz einiger Anpflanzungen von Hecken und Baumreihen in den 80-er Jahren sind die vorhandenen linearen Strukturen ihrer Länge nach gering (ca. 90 km Länge, entspricht ca. 25 Meter pro Hektar Offenland). Das Landschaftsbild prägend sind besonders Kirschbaumreihen, die für das trockene und warme Klima der Querfurter Platte gut geeignet sind. Der Erhaltungszustand der Baumreihen wird aufgrund ihres hohen Alters als besonders schlecht und lückig eingestuft (Meyer 1997). Das Untersuchungsgebiet ist sehr gewässerarm, was einerseits an seiner Lage im Mitteldeutschen Trockengebiet andererseits jedoch auch an der jahrzehntelangen intensiven Landwirtschaft liegt. Den Hauptanteil an Gewässern trägt eine 11,6 ha große Kiesgrube im Norden, die auch für die regionale Erholung eine Bedeutung hat. Bachläufe (ca. 11 km) dagegen sind stark anthropogen beeinflusst. Die Verkehrsinfrastruktur ist im Bereich der Straßen relativ gut entwickelt, auch eine Eisenbahnlinie kreuzt den Untersuchungsraum. Dort ist allerdings nur ein sehr geringes Verkehrsaufkommen zu verzeichnen. Die zur Erschließung der Landwirtschaftsflächen notwendigen Wege sind allerdings mit 36 km Weglänge gering, was an der Größe der Schläge liegt. Die landwirtschaftliche Nutzung findet im Untersuchungsraum auf 3653 ha statt und ist damit dominierend. Die landwirtschaftliche Nutzfläche ist in ca. 90 Schläge gegliedert, wobei das im Testgebiet ansässige Agrarunternehmen davon 72 Schläge bewirtschaftet. Die durch- 2

3 schnittliche Schlaggröße von 38,5 ha ist als sehr hoch anzusehen, wobei die größten zusammenhängend bewirtschafteten Schläge 110 ha umfassen. Boden Der Untersuchungsraum liegt in der Bodengroßlandschaft der Lössbörden. Typischer Boden ist eine Löss-Schwarzerde mit einem cm mächtigen Humushorizont. Durch Erosion sind die Übergänge zu erodierten Tschernosemen und Pararendzinen fließend (Altermann 1995). Im südlichen Randgebiet der Querfurter Platte sind auf Löss keine Schwarzerden, sondern Fahlerden entwickelt. Insgesamt werden von Schröder, Löwa & Berkner (1993) 40 % der Böden der Querfurter Platte als mäßig bis stark erosionsgeschädigt eingeordnet. Die flachwellige Morphologie der Landschaft führt zu vielfältigen Akkumulations- und Erosionsprozessen (Schröder & Löwa 1991). Ausgangspunkt der Grundlagendaten ist die Reichsbodenschätzung. Die Werte wurden digitalisiert und beinhalten für Ackerböden die Information Bodenart (Karte der Bodenarten), Zustandsstufe (Tabelle) und geologische Entstehung (Tabelle). Bodenarten (nach KA GÖK 25) stark sandiger Lehm stark lehmiger Ton sandiger Lehm lehmiger Sand Lehm nicht untersucht N m Inhalt: B.C. Meyer, UFZ copyright OLANIS

4 e der Bodenarten und deren Zustandsstufen Bodenart Klasse (in %) min. Zustufe max. Zustufe Lehmiger Sand ls 0,9 0, Stark Lehmiger Sand SL 3,5 0, Sandiger Lehm sl 117,1 2, Lehm L 3979,5 93, Schwerer Lehm LT 4,2 0, keine Angaben NU 134,6 3, Statistik der geologischen Entstehung Geol. Entstehung Flächenanteil Flächenanteil (in %) Aluvial 52,6 1,24 DV 1,4 0,03 Loess 3556,2 83,87 LoeD 139,3 3,29 LoeV 276,1 6,51 Verwitterungsböden 27,3 0,65 Vg 53,7 1,27 Grünlandstandorte 2,3 0,06 keine Angabe 130,8 3,08 Insgesamt bietet der Boden einen hochwertigen Standort für die Landwirtschaft als Hauptnutzung, was sich auch in den Bodenzahlen widerspiegelt. Daraus ergibt sich für den Hauptnutzer, die Landwirtschaft, der Anspruch, entsprechend sorgsam mit dem Umweltmedium Boden umzugehen. Relief Die Querfurter Platte ist aufgrund des Untergrundgesteins (Muschelkalk) sowie der darüber liegenden mächtigen Lößschicht durch ein wenig bewegtes Relief gekennzeichnet. Das Untersuchungsgebiet ist im östlichen Teil gering reliefiert, im südwestlichen Teil sowie im Bereich des Weidenbaches dagegen etwas stärker (Muldentäler, siehe Karte Relief). Die minimale Höhe liegt bei 160 m ü. NN, die maximale Höhe bei 244 m ü. NN. 4

5 Tiefenbereich Hang Höhenbereich N m Inhalt: B.C.Meyer, UFZ copyright OLANIS 2005 Für die Bewertungen landschaftsökologischer Funktionen von besonderer Bedeutung sind die Hangneigungen. Dabei ist festzustellen, dass lediglich 8 % der Fläche Hangneigungen von mehr als 2 aufweisen (Tabelle). Diese Flächen liegen zum größten Teil im Bereich des Grabensystems Weidenbach. Statistik der Hangneigungen im Untersuchungsgebiet Hangneigung (in ) Flächenanteil Flächenanteil (in %) ,06 19, ,19 35, ,86 28, ,92 9, ,50 3, ,63 1, ,23 2,8 Anhand der Verteilung der Hangneigungen wird einerseits Charakter der Landschaft als Platte deutlich, andererseits sind gerade für die geoökologischen Bewertungen die Flächen mit mehr als 2 Hangneigung nicht zu vernachlässigen. Klima und Wasserhaushalt Das Untersuchungsgebiet liegt im Mitteldeutschen Trockengebiet. Die dafür gültigen klimatischen Bedingungen sind u.a. bei Schumann & Müller (1995) beschrieben. Der Agrarmeteorologische Dienst ermittelte für Querfurt einen mittleren jährlichen Niederschlag 5

6 von 488 mm, der Deutsche Wetterdienst (DWD, Agrarmeteorologische Beratungs- und Forschungsstelle Halle) gibt für Nemsdorf (Gemeinde im Untersuchungsraum) einen durchschnittlichen Wert von 520 mm an. Dabei sind in den Monaten Mai bis August die höchsten Niederschläge mit mm pro Monat gemessen worden. Für den Untersuchungsraum liegen zusätzlich DWD-Daten nach Müller-Westermeier (1995) im Quadratkilometer-Raster für die monatliche Niederschlagsverteilung vor, in deren Berechnung der Höheneinfluss einbezogen wurde. Der jährliche Niederschlag wird hier mit durchschnittlich 511 mm für das nördliche Testgebiet und mit bis zu 566 mm im südwestlichen Testgebiet etwas höher angegeben. Die durchschnittliche Jahresmitteltemperatur beträgt an der für die Querfurter Platte repräsentativen Station Bad Lauchstädt 8,8 C (Tabelle). Die klimatische Wasserbilanz ist ausgeglichen mit defizitären Perioden im Spätfrühling und Sommer. Mittlere Monats- und Jahresmittel von Lufttemperatur ( C ), Niederschlagshöhe (mm) und realer Verdunstung (mm) nach Altermann et al. (1995) nach Angaben des DWD, Agrarmeteorologische Beratungs- und Forschungsstelle Halle Temperatur Niederschlag Niederschlag reale Verdunstung Station Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jahr Bad 0,3 0,4 3,7 8,2 12,8 16,6 17,8 17,4 14,0 9,4 4,6 1,3 8,8 Lauchstädt Bad Lauchstädt Nemsdorf Halle Für den Untersuchungsraum ist insgesamt mit einem differenzierten Geschütztheitsgrad des Grundwassers, der bestimmt wird durch sehr unterschiedliche Grundwasserflurabstände (zwischen 7 und 30 Meter) und Deckschichten, sowie mit einer differenzierten Grundwasserbelastung zu rechnen (Klauer, Horsch, Geyler & Meyer 1999). Auswahl des Untersuchungsraums Für die Auswahl des Untersuchungsraumes spielten folgende Kriterien eine Rolle: 1. ein kooperationswilliges Agrarunternehmen, welches den größten Teil der Fläche bewirtschaftet, 2. eine gesprächsbereite Gemeinde, 3. ein vorhandener Datenpool. Für das Testgebiet wurde folgende Abgrenzung gewählt: 1. Gemeindegrenzen, 2. Landstrasse, Schlaggrenzen des Agrarunternehmens. 6

7 Zielfindung Die Zielfindung beruht auf der 1. Analyse verschiedener Pläne und 2. der Landschaftsanalyse. Analyse vorhandener Planungsinstrumente Im Gesetz über den Landesentwicklungsplan des Landes Sachsen-Anhalt LEP-LSA (1999) wird vom ländlichen Raum erwartet, dass er... als eigenständiger Lebens- und Wirtschaftsraum zusammen mit den Verdichtungsräumen zu einer ausgewogenen Entwicklung des Landes beiträgt. Teile der Querfurter Platte zählen zu den Vorbehaltsgebieten für Landwirtschaft, aus denen seitens der Träger der Regionalplanung die Vorranggebiete für Landwirtschaft kleinräumig festzustellen sind. Diese werden wie folgt charakterisiert: Vorranggebiete für Landwirtschaft sind aufgrund der Bodenfruchtbarkeit, der Standortcharakteristik oder Tradition und Erfahrungen auf dem Gebiet der Tierzucht und des Ackerbaus sowie wegen der Standortgunst für Sonderkulturen besonders für eine landwirtschaftliche Nutzung geeignet, so dass in ihnen die Landwirtschaft als Wirtschaftsfaktor, Nahrungsproduzent und Erhalter der Kulturlandschaft die prioritäre Raumfunktion und -nutzung darstellt. Im Landschaftsprogramm des Landes Sachsen-Anhalt (1994) wird konkret auf verschiedene Regionen eingegangen. Hier heißt es, dass die Querfurter Platte eine Kulturlandschaft ist,... die vorrangig der ökologisch orientierten intensiven Landwirtschaft dienen soll. Ihre Ackerlandschaften sind Offenlandschaften. Die Lössböden sollen durch zweckmäßige Schlaggestaltung und in die Nutzung integrierte Schutzmassnahmen, wie möglichst lang andauernde Vegetationsbedeckung des Bodens durch die Kulturen, gegen die Wasser- und Winderosionsanfälligkeit geschützt werden. Der überhöhte Hackfruchtanteil muss eingeschränkt werden. Im Landschaftsprogramm wird auch auf die Erhaltung bzw. Erweiterung von Grünlandstandorten und Gewässerschonstreifen in und an den Bachtälchen, von Flurgehölzen und Obstbaumreihen (letztere mit einer Dichte von 2,5 ha/100 ha LN), von Streuobstwiesen und Restwäldern eingegangen. Auch die Grundwasserneubildung wird erwähnt: Wegen der geringen und nur sporadischen Grundwasserneubildung in den tiefgründigen Lössböden muss im Interesse der Trinkwasserversorgung jedweder Nährstoffaustrag aus den landwirtschaftlich genutzten Böden vermieden werden. Im regionalen Entwicklungsprogramm, das im Januar 1996 veröffentlicht wurde (Sachsen- Anhalt 1996), zählt die Querfurter Platte zu den Vorranggebieten für Landwirtschaft in Sachsen-Anhalt, wobei auf den Schutz und die Erhaltung des Bodens als den bedeutendsten Produktionsfaktor vor allem in Gebieten mit landwirtschaftlich gut geeigneten Böden hingewiesen wird. Landschaftsanalyse Die Landschaftsanalyse wurde durch Kartierungen des Untersuchungsraumes sowie durch Gespräche mit Vertretern der Landwirtschaft sowie der örtlichen Planungsbehörden unter Zuhilfenahme vorhandener Quellen durchgeführt. Sie ist ein weiterer Ausgangspunkt für die Auswahl der landschaftsökologischen Funktionen im Untersuchungsraum. 7

8 Hierbei stehen zunächst Regulationsfunktionen der Landschaft im Vordergrund. Die durch jahrzehntelange Nutzung beeinträchtigten Regulationsfunktionen sollen so verbessert werden, dass sie den nachhaltigen Schutz der Umweltmedien besser gewährleisten können. Nachhaltigkeit hat jedoch auch eine ökonomische Komponente. Deshalb ist es notwendig, gerade auf diesem Gunststandort die ackerbauliche Nutzung zur langfristigen Sicherung einer hochwertigen und effizienten Nahrungsgüterproduktion als Produktionsfunktion in den Untersuchungen zu berücksichtigen. Aufgrund der Offenheit der Landschaft und der Großflächigkeit der ackerbaulich genutzten Flächen sowie klimatischer Bedingungen haben die Probleme der Erosion eine wesentliche Bedeutung, nicht zuletzt im Hinblick auf die langfristige Sicherung der Qualität des Umweltmediums Boden. Aufgrund der Lage im mitteldeutschen Trockengebiet bietet der Untersuchungsraum ein geringeres Wasserdargebot. Daraus wird ein vorläufiges Leitbild für die Querfurter Platte formuliert: Der Untersuchungsraum ist ein Vorranggebiet für landwirtschaftliche Nutzung. Dieses wird aufgrund der guten Bodenverhältnisse auch zukünftig Bestand haben. Die Regulationsfunktionen sind jedoch stark beeinträchtigt und deutlich zu verbessern. Aufgrund der Offenheit der Landschaft und der Großflächigkeit der ackerbaulich genutzten Flächen sowie klimatischer Bedingungen haben die Probleme der Erosion eine wesentliche Bedeutung, nicht zuletzt im Hinblick auf die langfristige Sicherung der Qualität des Umweltmediums Bodens. Aufgrund der Lage im mitteldeutschen Trockengebiet bietet der Untersuchungsraum ein geringeres Wasserdargebot. Anhand dieser Überlegungen wurden die folgenden landschaftsökologischen Funktionen für MULBO ausgewählt: Wassererosionsdisposition, Winderosionsdisposition, Grundwasserneubildung, Retentionsvermögen der Landschaft, ackerbauliche Produktionsfunktion, Erhöhung der Artendiversität durch Verbesserung von Habitateignungen für Leitarten. Dateneingabe Die Bearbeitung eines Projektes erfordert die Auswahl der richtigen Basisdaten, die zu Beginn beschafft oder erhoben werden müssen. In der folgenden Tabelle werden diese Datengrundlagen und die zugehörigen Quellen aufgelistet. Die Erhebung erfolgte teilweise in Eigenarbeit. 8

9 Datengrundlagen für den Untersuchungsraum Barnstädt Inhalt Maßstab Träger Quelle Biotoptypenkartierung 1:10000 analog, digitalisiert Meyer (1997) CIR-Luftbilder ca. 1:12000 analog Landesvermessungsamt Biotoptypenkartierung Sachsen-Anhalt 1:10000 digital Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt Topographische Karte TK 10 1:10000 analog, Landesvermessungsamt Topographische Karte TK 25 1:25000 analog Landesvermessungsamt MMK 1: digital Geolog. Landesamt Bodenkarte 1:50000 digital Altermann u. Kühn (1995) Reichsbodenschätzung 1:10000 analog, digitalisiert Hydrogeologische Grundkarte Hydrogeologische Karte der Grundwassergefährdung Karte der hydrogeologischen Kennwerte Betriebsdaten Barnstädt Bibliothek 1:50000 analog Landesamt für Umweltschutz Sachsen- Anhalt 1:50000 analog Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt 1:50000 analog Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt schlagbezogen digital (Datenbank) Böning (1997) Schlagkarte Barnstädt 1: digital Landratsamt Merseburg- Querfurt Flurstückskarte Barnstädt 1: digital Landratsamt Merseburg- Querfurt Landschaftsplan VG Wein-Weida Land 1:10000 analog VG Wein-Weida Land Agrarstrukturelle Vorplanung 1: analog Landgesellschaft Sachsen- Anhalt (1995) Niederschläge 1: digital (Rasterdaten) Niederschläge Wetterstation Querfurt analog (Punktdaten) DWD Offenbach Altermann et al. (1995) R-Faktor 1: analog Sauerborn (1993) Verdunstung analog Dammann (1965) Digitales Geländemodell 1:10000 digital erstellt Die Daten wurden so weit wie möglich in ein GIS integriert. Dabei ist bei einem umfangreichen Datenaufkommen darauf zu achten, dass die Datenverwaltung gut strukturiert ist. 9

10 Die zur Bewertung verwendeten Grunddaten sind mittelfristig stabil (Bodendaten, Klimadaten). Eine Ausnahme bildet die Flächennutzung. Dies gilt insbesondere für die auf den bewirtschafteten Flächen wechselnden Fruchtarten. Um das Leistungsvermögen des Landschaftshaushalts besser einschätzen zu können, ist auf langfristige Mittelwerte bei den Landnutzungen zurückgegriffen worden. Deshalb wurden durchschnittliche Fruchtfolgeszenarien gewählt. Das aktuelle Szenario ergibt sich dabei aus der Annahme der durchschnittlichen Flächennutzung Ist-Bewertung Entsprechend der Funktionsableitung wurden die folgenden Bewertungen durchgeführt: Bewertung der Wassererosionsdisposition, Bewertung der Winderosionsdisposition, Bewertung der Grundwasserneubildung, Bewertung des Retentionsvermögen der Landschaft, Bewertung der ackerbaulichen Produktionsfunktion. Die Ergebnisse wurden im GIS ermittelt, kartographisch dargestellt, statistisch ausgewertet und anschließend der Optimierung zur Verfügung gestellt. Bewertung der Bodenerosion durch Wasser Zur Bewertung des potentiellen Bodenabtrags durch Wassererosion wird das Verfahren der Allgemeinen Bodenabtragsgleichung (ABAG) von Schwertmann et al. (1990) angewendet. Ein vollständiges Datenschema ist im interaktiven Bewertungshandbuch dargestellt. Zunächst wurden die Einzelfaktoren der ABAG ermittelt. R-Faktor Der Regen- und Oberflächenabfluss-Faktor als Maß für die Erosivität der Niederschläge wurde bei Sauerborn (1994) entnommen. Dort ist für Querfurt mit Hilfe einer Regression ein R-Faktor von 46 ermittelt worden. Der R-Faktor ist damit ein im Untersuchungsraum einheitlicher Faktor. Eine theoretische Erhöhung des R-Faktors infolge des Klimawandels ist in den verschiedenen Szenarien mit berücksichtigt worden. LS-Faktoren Der LS-Faktor beinhaltet den Hanglängen- und den Hangneigungsfaktor. Grundlage für die Ermittlung der LS-Faktoren sind ein digitales Geländemodell (DGM) und die Biotoptypenkarte. Aus dem DGM wurden die Hangneigungen abgeleitet. Zu Bestimmung der Hanglänge wurden Einzugsgebiete aus den Höhen- und den Tiefenlinien gebildet und mit der aktuellen Nutzung im GIS verschnitten. Unter Zuhilfenahme lokaler Maxima und Minima sowie der Hangneigungskarte konnten die Hanglängen dann analog an der Karte abgelesen für jedes Einzugsgebiet ermittelt werden. Die Ermittlung des LS-Faktors erfolgte dann nach Schwertmann et al. (1990). Die Verteilung im Untersuchungsraum ist in der LS-Faktorenkarte sowie tabellarisch dargestellt. 10

11 LS-Faktor (ABAG) N m Inhalt: B.C. Meyer, UFZ copyright OLANIS 2005 Statistik der LS-Faktoren LS-Faktor Fläche (ha) aktuell Fläche (ha) LS50F 0.1 0,38 1, ,74 14, ,34 7, ,67 5, ,31 8, ,55 1, ,22 1, ,51 0, ,15 0, ,86 0, ,29 0, ,22 0, ,24 0, ,60 0, ,07 0, ,42 0, ,13 0, ,29 0, ,55 0, , , ,09 0, , , , , ,

12 Um die Wirkung einer Hanglängenverkürzung zu zeigen, wurde ein Szenario gewählt, welches von einer theoretischen Hanglängenverkürzug auf einheitlich 50 Meter in allen Einzugsgebieten ausgeht. Die Neuberechnung der LS-Faktoren auf dieser Basis ist in obiger Tabelle mit dem Wert LS50F beschrieben. Der durchschnittliche flächenbezogene LS-Faktor für die Ackerflächen im Untersuchungsraum beträgt 0,42. Dies ist größtenteils durch die großen Hanglängen begründet. Insgesamt gibt es 13 Einzugsgebiete mit Hanglängen von mehr als 500 Metern. Bei einer einheitlichen Hanglängenverkürzung auf 50 Meter reduziert sich der durchschnittliche LS-Faktor auf 0,22, was einer Verbesserung um ca. 50 % entspricht. K-Faktoren Die K-Faktoren als Maß für die Erodibilität des Bodens wurden aus der Reichsbodenschätzung abgeleitet und in der Karte K-Faktoren sowie in der folgenden Tabelle dargestellt. K-Faktor (ABAG) N m Inhalt: B.C. Meyer, UFZ copyright OLANIS 2005 Statistik der K-Faktoren K-Faktor Fläche Fläche (in %) ,5 0, ,6 1, ,7 0, ,9 0, ,6 0, ,7 0, ,2 2, ,9 94,7 12

13 Der durchschnittliche K-Faktor im Untersuchungsgebiet beträgt 0,54 und ist damit relativ hoch. Das ist begründet durch den hohen Schluffanteil der Lössböden. P-Faktoren Der P-Faktor ist der Erosionsschutz-Faktor und damit eine Einschätzung der getroffenen Maßnahmen zum Erosionsschutz im Rahmen der Bodenbearbeitung. Der P-Faktor 1 bedeutet, dass die Hauptbearbeitungsrichtung in Gefällerichtung liegt und eine konventionelle Pflugbearbeitung durchgeführt wird. Bei Bearbeitung quer zur Gefällsrichtung ergibt sich ein P-Faktor von 0.5. Eine pfluglose Bodenbearbeitung, wie sie im Untersuchungsraum vom dort ansässigen Agrarunternehmen durchgeführt wird, würde den P-Faktor weiter reduzieren. Dazu existieren jedoch noch keine Messreihen, so dass dieser Faktor bei der Berechnung nicht mit berücksichtigt wurde. Um einen Faktor von 0,5 zu erreichen, müssten im Testgebiet 1964,7 ha in Ost-West- Richtung bearbeitet werden (ca. 54 %) und 1688,6 ha in Nord-Süd-Richtung. Diese Angaben wurden aus dem DGM und den daraus ermittelten Einzugsgebieten abgeleitet. Zur Berechnung des mittleren jährlichen Bodenabtrags wurde einheitlich mit einem P-Faktor von 0.5 gerechnet. C-Faktoren Der Bedeckungs- und Bearbeitungsfaktor lässt sich entsprechend der angebauten Fruchtarten ableiten. Hierzu sind Daten von Böning (1997) verwendet wurden, der die Fruchtarten von 1990 bis 1996 erfasste. Es wurden zum einen schlaggenaue C-Faktoren ermittelt, wobei eine angenommene Fruchtfolge von 1990 bis 1996 pro Ackerschlag zu Grunde liegt. Andererseits wurde ein Mittelwert der im Referenzjahr 1996 angebauten Fruchtarten (entsprechend der Flächengröße) gebildet. Zur Erweiterung der Untersuchungen wurden Fruchtfolgeszenarien gebildet. Fruchtfolgeszenario 1 entspricht dabei dem oben beschriebenen Durchschnitt der aktuellen Fruchtarten (1996). Fruchtfolgeszenario 2 geht von einer Steigerung des Getreideanteils in der Fruchtfolge auf mindestens 95 % aus, Fruchtfolgeszenario 3 von einem diversifizierten Artenspektrum mit einem höheren von Hackfrüchten. Die Ermittlung der C-Faktoren erfolgte nach Schwertmann et al. (1992). Szenarien der Bewirtschaftung und zugehöriger C-Faktoren Fruchtfolgeszenario Bezugsraum C-Faktor zusammengefasste Fruchtfolge schlagbezogen 0,05-0,21 Fruchtfolgeszenario 1 (Durchschnitt 1996) einheitlich 0,1 Fruchtfolgeszenario 2 einheitlich 0,04 Fruchtfolgeszenario 3 einheitlich 0,2 13

14 Anschließend wurde mittels einer Bewertungsvorschrift für verschiedenen Szenarien der Erosionsbewertung die Bewertung im GIS durchgeführt. Bewertungsvorschrift Die Ermittlung des potentiellen jährlichen Bodenabtrags in Tonnen pro Hektar und Jahr erfolgt im GIS für jedes Polygon der kleinsten gemeinsamen Geometrie (kgg) durch multiplikative Verknüpfung der 5 Faktoren. Die kgg entsteht dabei durch Verschneidung der 5 Datenebenen im GIS. Es wurden weiterhin für alle Polygone der potentielle Gesamtabtrag in Tonnen pro Jahr berechnet. Zur Bewertung dieser Zahlen wurden folgende Werte festgelegt: 0 bis 0,5 t/ha*j - gering Bewertungsklasse 1 0,5 bis 1 t/ha*j - tolerierbar Bewertungsklasse 2 1 bis 1,5 t/ha*j - erhöht Bewertungsklasse 3 1,5 bis 2 t/ha*j - stark erhöht Bewertungsklasse 4 größer 2 t/ha*j - extrem erhöht Bewertungsklasse 5 Diese Einstufung wurde deshalb mit so geringen Abstufungen gewählt, da die Löß-Schwarzerden durch Erosion unwiederbringbar verloren gehen. Szenarien der Erosionsbewertung Um zukünftige unterschiedliche Einflüsse von Klima, Bodenbearbeitung sowie Landschaftsgestaltung zu ermitteln, wurden verschiedene Szenarien gerechnet. Die zugehörigen Parameterwerte sind tabellarisch dargestellt. Szenario C-Faktor P-Faktor LS-Faktor R-Faktor K-Faktor akt cakt 1 LSF 46 aktueller (RBS) 1 0,1 (Szenario1) 1 LSF 46 - '' - 2 0,04 (Szenario2) 1 LSF 46 - " - 3 0,2 (Szenario3) 1 LSF 46 - " - 4 0,1 1 LSF 70 - " - 5 0,1 1 LSF " - 6 0,1 1 LS50F 46 - " - 7 0,1 0.5 LSF 46 - " - 8 (akt. Minim.) 0,1 0,5 LS50F 46 - " - 9 0,1 0.5 LS50F " (Schwarzbrache) 1 LSF 46 - " LSF 70 - " - 12 (Maximum) 1 1 LSF " LS50F 46 - " LSF 46 - " ,5 LS50F 46 - " LS50F " - 17 (Minimum) 0,04 1 LS50F 46 - " ,04 0,5 LS50F 46 - " ,2 1 LS50F 46 - " ,2 0,5 LS50F 46 - " - Szenario 'akt' spiegelt den schlagkonkreten Zustand zwischen 1990 und 1996 wieder. Szenario 1 beinhaltet im Mittel die Fruchtartenzusammensetzung von

15 Im weiteren wurden die einzelnen Faktoren variiert, in dem z.b. der R-Faktor erhöht wurde (auf 70 bzw. 100), die Hanglängen verkürzt wurden, der Erosionsschutz durch Bearbeitung verbessert wurde sowie Kombinationen dieser Möglichkeiten (Szenarien 4 bis 9) angenommen wurden. Weitere Szenarien wurden mit den in Kap. C-Faktor beschriebenen Fruchtfolgeszenarien 2 (Szenarien 2,17,18) und 3 (Szenario 3,19,20) sowie mit der planungstheoretischen Annahme 'Schwarzbrache' (Szenarien 10 bis 16) gerechnet. Mit der Annahme von Schwarzbrache ist der theoretisch schlechteste Bodenbedeckungsfaktor verbunden (C-Faktor =1). Damit werden sofort die tendenziell gefährdeten Flächen sichtbar. Auswertung der Ergebnisse In der folgenden Tabelle werden die potentiellen jährlichen Abtragsraten (in Tonnen pro Hektar und in Tonnen) für die einzelnen Szenarien dargestellt. Dabei wird auch der Unterschied in den Bewertungseinschätzungen deutlich. Potentieller jährlicher Bodenabtrag in t/ha bzw. in t und deren Bewertung Szenario Abtrag (in t/ha/jahr) Gesamtabtrag (in t/jahr) Einschätzung nach Schwertmann et al. (1990) Einschätzung nach Meyer & Krönert (1998) 1 1, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Nimmt man die Bewertungseinstufungen von Schwertmann et al. (1990), stellt sich der potentielle Abtrag durch Wassererosion bei den meisten Szenarien als unproblematisch dar, dagegen zeigen die hier gewählten Bewertungseinstufungen nach Meyer & Krönert (1998) an, dass Bodenerosion durch Wasser ein großes Problem in der Region darstellt und dass die Integration dieser Funktion in die Untersuchungen notwendig ist. 15

16 Unter Annahme von Szenario 1 ergeben sich besonders in den Regionen rund um den Weidenbach (Hanglagen) sowie im Süden des Untersuchungsraumes Problemflächen mit hoher Erosionsneigung (siehe Karte Gefährdung durch Wassererosion). In diesen Gebieten erweisen sich Maßnahmen der Landschaftsgestaltung für den Erosionsschutz am effektivsten. Erosionsdisposition nicht bewertet gering tolerabel erhöht stark erhöht extrem erhöht N m Inhalt: B.C. Meyer, UFZ copyright OLANIS 2005 Zur weiteren Bearbeitung im Rahmen der Landschaftsoptimierung wurden die Bewertungen von Szenario 1 verwendet. Bewertung der Bodenerosion durch Wind Für die Funktion Winderosion wurde nach einigen Voruntersuchungen auf das Bewertungsverfahren nach Smith et al. (1992) zurückgegriffen. Ein vollständiges Datenschema ist im interaktiven Bewertungshandbuch dargestellt. Für die Bewertung wurden die in der Karte dargestellten Biotoptypen mit windbremsender Wirkung verwendet. Dazu wurden die in der Tabelle aufgeführten Buffergrößen generiert. 16

17 Beitrag zum Winderosionsschutz für Fläche und Umgebung für Fläche ohne Beitrag N m Inhalt: B.C. Meyer, UFZ copyright OLANIS 2005 Buffergrößen der Landschaftselemente zur Bewertung der potentiellen Winderosionsgefährdung Element Buffergröße (durchschnittliche Höhe mal 10) Baumreihe lückig Obstbäume 50 Baumreihe lückig Laubbäume 75 Baumreihe geschlossen Obstbäume 100 Baumreihe geschlossen Laubbäume 150 Baumreihe 2-reihig geschlossen Laubbäume 150 Gehölzreihe nicht standortgerecht 50 Hecke lückig mit Bäumen 75 Hecke geschlossen mit Bäumen 150 Hecke lückig ohne Bäume 25 Hecke geschlossen ohne Bäume 50 Einzelbaum Obstbaum 50 Einzelbaum Laubbaum 100 Gebüsch mit Bäumen 100 Gebüsch ohne Bäume 50 Streuobstwiese 100 bebauter Bereich gesamt 100 Diese Buffergrößen beruhen auf folgenden Modellannahmen: 1. Es gibt eine Wirkung der linearen Elemente bezüglich der 'Abbremsung' von Wind. 2. Es wird angenommen, dass alle Windrichtungen gleichwahrscheinlich sind (Buffer werden nach allen Richtungen gelegt). 17

18 3. Die Elemente (Landschaftsstrukturen) sind vereinheitlicht, da die Bestandshöhe in der Biotoptypenkartierung nicht berücksichtigt wurde. 4. Es gibt keine Differenzierung der Wirkung innerhalb der Buffer, d.h. innerhalb der Buffer wird Winderosion als nicht gegeben angenommen. Die damit mögliche Bewertung erlaubt jedoch nur die Einschätzung in 2 Klassen: nicht gefährdet oder gefährdet. Alle Flächen innerhalb der Buffer erhalten die Bewertung 'nicht gefährdet' (Klasse 1), bei alle Flächen außerhalb die Bewertung 'gefährdet' (Klasse 2). Die Ergebnisse sind in der Karte der Winderosionsgefährdung sowie in der Tabelle dargestellt. Aufgrund der Offenheit der Landschaft und der relativ geringen Strukturen bei relativ großen Bearbeitungsflächen ist eine relativ große Fläche potentiell winderosionsgefährdet. Biotope/Nutzungen krautige Vegetation Gewässer Gehölz bebauter Bereich Acker vegetationsfreie Fläche Grünland Winderosionsdisposition, potentiell gefährdet nicht gefährdet linienhafte Biotope Hecke Gehölze Baumreihe Gebüsch N m Inhalt: B.C. Meyer, UFZ copyright OLANIS 2005 Statistik der Winderosionsbewertung im Untersuchungsraum Barnstädt Erosionsbewertung Fläche Prozent Ackerfläche Prozent 1 - nicht gefährdet 1918,8 45, ,6 36,5 2 - gefährdet 2321,2 54, ,9 63,5 18

19 Bewertung der Grundwasserneubildung Zur Bewertung der (quantitativen) Grundwasserneubildung wurde das Verfahren von Renger & Strebel (1980) angewendet. Dazu werden Niederschlagsdaten, nutzbare Feldkapazität des Bodens (nach GÖK 25, Leser et al. 1988) und die Haude-Verdunstung benötigt. Da für den Niederschlag zwei unterschiedliche Datengrundlagen zur Verfügung standen, wurden für beide Varianten die Grundwasserneubildung separat bewertet. Ein vollständiges Datenschema ist im interaktiven Bewertungshandbuch dargestellt. Zur Bewertung wurden zunächst die Einzelfaktoren ermittelt. Niederschlag Die folgenden Niederschlagsdaten stehen als Grundlage zur Verfügung: 1. Daten des agrarmeteorologischen Dienstes, Station Querfurt, 489 mm mittlerer jährlicher Niederschlag (Meyer 1997), 2. Daten auf Quadratkilometerraster-Basis nach Müller-Westermeier (1995): mm (Einbeziehung der Höhenlage), 3. Zusätzlich der mittlere Niederschlag in der Vegetationsperiode (April - Sept.): 300 mm. Nutzbare Feldkapazität Die Nutzbare Feldkapazität des Bodens wurde aus der Bodenart abgeleitet (Leser et al. 1988, Meyer 1997). Die Ableitung inklusive der Parallelisierung der Bodenarten ist tabellarisch dargestellt. Eine Korrektur der Werte der Nutzbaren Feldkapazität nach Leser et al. ergibt eine Erhöhung der Klasse der Nutzbaren Feldkapazität um 1 aufgrund des hohen Humusgehaltes der Böden, andererseits ein Reduzierung um eine Klasse aufgrund der vorhandenen Bodenverdichtung. Haude-Verdunstung Die Haude-Verdunstung beträgt nach Dammann (1965) (aus Karte der Verdunstung abgelesen) für den Untersuchungsraum ca. 515 mm. Berechnung der Grundwasserneubildung Die Ermittlung erfolgt durch Regressionsgleichungen getrennt nach Acker und Grünland. Für Wald gibt es weitere Regressionsgleichungen, die jedoch hier nicht mit einbezogen wurden. (a) Acker: V = 0,58 * N - 220,3 * ln (nfk) - 0,20 * (EH) (b) Grünland V = 0,54 * N - 130,4 * ln (nfk) - 0,341*(EH) + 310,7 Der Gültigkeitsbereich dieser Gleichungen ist jedoch eingeschränkt: Gleichung a): Gebiet liegt innerhalb des Gültigkeitsbereiches: N: mm; nfk: mm; EH: mm/jahr Gleichung b): Gebiet liegt teilweise außerhalb des Gültigkeitsbereiches: N: mm nfk: mm EH: mm/jahr 19

20 Die Verwendung der Gleichung für Grünland ist also nicht validiert. Da für unsere Berechnungen jedoch keine anderen Gleichungen zur Verfügung standen, wurde mit dieser Gleichung gerechnet. Es wurde mit zwei unterschiedlichen Basisdatensätzen gerechnet. 1. Berechnung für Ackerböden nach Niederschlagsdaten von Müller-Westermeier Unter Zugrundelegen der ratserbasierten Niederschlagswerte nach Müller-Westermeier wurden folgende Werte für die Grundwasserneubildung ermittelt: Maximale Grundwasserneubildung: 147,85 mm Minimale Grundwasserneubildung: 86,50 mm Mittlere Grundwasserneubildung: 99,80 mm Bewertung: geringe Grundwasserneubildung ( mm): 1492,4943 ha (35,2 %) sehr geringe Grundwasserneubildung (unter 100 mm): 2612,8407 ha (61,6 %) Grundwassserneubildung 0 [mm/a] N m Inhalt: B.C. Meyer, UFZ copyright OLANIS Berechnung für Ackerböden nach Niederschlagsdaten der Agrarmeteorologischen Station Querfurt Unter Zugrundelegen des einheitlichen Niederschlagswerte der Wetterstation Querfurt wurden folgende Werte für die Grundwasserneubildung ermittelt: Maximale Grundwasserneubildung: 107,80 mm Minimale Grundwasserneubildung: 73,70 mm Mittlere Grundwasserneubildung: 75,40 mm Bewertung: geringe Grundwasserneubildung ( mm): 8,6270 ha (0,2 %) sehr geringe Grundwasserneubildung (unter 100 mm): 4096,7081 ha (96,6 %) 20

21 Bei den Berechnungen wurden jeweils 3,2 % der Fläche nicht berücksichtigt, da keine Bodenangaben existieren. Die Grundwasserneubildung kann als sehr gering eingeschätzt werden. Legt man die vom agrarmeteorologischen Dienst in Querfurt ermittelten Niederschläge zu Grunde, gilt dies für den gesamten Untersuchungsraum. Bei Berücksichtigung der Niederschlagswerte nach Müller-Westermeier zeigt sich eine leicht höhere Grundwasserneubildung im südwestlichen Teil des Testgebietes. Es muss somit die Einschätzung getroffen werden, dass das verwendete Verfahren für diesen homogenen Raum keine ausreichende Differenzierung zulässt. Deshalb wird die Funktion nicht für eine Weiterverwendung im Rahmen der Landschaftsoptimierung berücksichtigt. Bewertung der Abflussregulation (Retentionsvermögen) Zur Bewertung der Abflussregulationsfunktion wird ein Punktverfahren nach Zepp (1989) verwendet. Dazu sind Informationen über Bodenbedeckung, Hangneigung sowie Nutzbare Feldkapazität und Infiltrationsvermögen des Bodens notwendig. Die auf diesen Datenebenen ermittelten Bewertungspunkte werden zur Gesamtbewertung addiert. Ein vollständiges Datenschema ist im interaktiven Bewertungshandbuch dargestellt. Zur Bewertung wurden zunächst die Einzelfaktoren ermittelt. Bodenbedeckung Die Bodenbedeckung wird aus der Landnutzung ermittelt. Dazu wurde die Biotoptypenkartierung nach Meyer (1997) sowie die angebauten Fruchtarten im Jahr 1996 (nach Böning 1997) verwendet. Die Bewertung der Bodenbedeckung (Tabelle) erfolgte analog der Einteilung nach Marks et al. (1992). Bewertung der Bodenbedeckung Landnutzung Bewertung (in %) Acker (überwiegend Hackfrüchte, Mais) ,2 67,95 Acker (überwiegend Getreide) 2 772,2 18,25 Dauergrünland, Brachen, Futtergras 3 10,7 0,25 Buschwerk, Hecken, Obstwiesen 4 40,6 0,95 Gewässer 20 29,8 0,70 betonierte, asphaltierte, überbaute Flächen ,3 11,90 21

22 Bodenbedeckung versiegelte Fläche Acker (Hackfrucht) Acker (Getreide) Dauergrünland, Brachen, Futtergras Buschwerk, Hecken, vegetationsfreie Fläche Gewässer N m Inhalt: B.C. Meyer, UFZ copyright OLANIS 2005 Ein hoher von Hackfrüchten in der Ackernutzung verschlechtert also das Retentionsvermögen der Landschaft. Hangneigungsklassen Für die Hangneigungsstufen erfolgte eine weniger differenzierte Einstufung als bei der Bewertung der Wassererosion. Die Bewertung erfolgte wieder nach Marks et al. (1992) und ist tabellarisch dargestellt. Einschätzung der Hangneigung Hangneigung (in %) Bewertung ,1 92, ,6 7, ,2 0,

23 Hangneigung (Bewertungspunkte) 0-2 (5) 2-7 (4) 7-15 (3) N m Inhalt: B.C. Meyer, UFZ copyright OLANIS 2005 Nutzbare Feldkapazität (nfk) Mit der Nutzbaren Feldkapazität im Bodenraum cm kann die Fähigkeit des Bodens und untergrundnahen Gesteins gekennzeichnet werden, kurzfristige Infiltrationswasserschübe abzupuffern und abzuspeichern. Die Ableitung (Tabelle) erfolgt analog der Grundwasserneubildungsbewertung durch Parallelisierung der Bodenarten. Tabelle: Bestimmung der Nutzbaren Feldkapazität aus der Bodenart Bodenart Klasse der ökologisch ähnl. Bodenarten (Leser/Klink) Klasse nach Reichsbodenschätzung durchschnittliche Klasse der ökologisch ähnl. Bodenarten Klasse der nfk (Leser/Klink) durchschnittliche Klasse der nfk Bewertung nfk nach Marks et al. (inkl. Korrektur) Lehmiger ls ,5 3,5 Sand Stark SL ,5 3,5 Lehmiger Sand Sandiger sl Lehm Lehm L ,5 3,5 Schwerer Lehm LT ,5 3,5 Korrekturen: Aufgrund des hohen Humusgehalts des Bodens erfolgt ein Zuschlag um eins, aufgrund der hohen Bodenverdichtung erfolgt eine Verringerung um 1. 23

24 Infiltrationskapazität Die Infiltrationskapazität (das Vermögen eines Bodens, Versickerung zuzulassen) wird über die Ersatzgröße Bodenart des oberen mineralischen Bodenhorizonts oder organischen Auflagenhorizonts ermittelt (Tabelle). Damit ergeben sich für den Untersuchungsraum die tabellarisch dargestellten Bewertungspunkte für die Infiltrationskapazität. Ableitung der Infiltrationskapazität aus der Bodenart Bodenart Klassen der Infiltrationskapazität Sand 5 Anlehmiger Sand 4 Lehmiger Sand 4 Stark Lehmiger Sand 4 Sandiger Lehm 3 Lehm 3 Schwerer Lehm 2 Ton 1 Moor 5 Bewertung der Infiltrationskapazität für den Untersuchungsraum Bewertungspunkte (in %) , , , ,8 2 4, , (nicht bewertet) 127, Die Bewertung erfolgt durch Addition der Bewertungspunkte aller Bewertungspunkte nach folgender Vorschrift. Bewertungsklasse Punktsumme Bewertung 1 >= 18 sehr hoch hoch mittel gering 5 <= 6 sehr gering Bewertungsergebnisse Für die unterschiedlichen Fruchtfolgeszenarien (s. Bewertung Bodenerosion durch Wasser, C-Faktoren) wurden jeweils die Bewertungen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt. 24

25 Bewertung der Abflussregulation im Untersuchungsraum Bewertung Flächenanteile aktuelles Szenario Flächenanteile Fruchtfolgeszenario 1 Flächenanteile Fruchtfolgeszenario 2 Flächenanteile Fruchtfolgeszenario ,8 29,8 29,8 29, ,8 3476,6 3476,6 70, ,8 225,9 225,9 3632,5 4 2,3 2,3 2,3 2, ,3 505,3 505,3 505,3 Da in den Fruchtfolgeszenarien 1 und 2 nur der Faktor Bodenbedeckung nach Halm - oder Blattfrucht variiert wurde, gibt es in Bezug auf die Abflussregulation keinen Unterschied zwischen diesen Szenarien (Abb. 11). Das Szenario 3 wird dagegen schlechter beurteilt, da der an Hackfrüchten größer ist. Bei aktueller Nutzung kann das Retentionsvermögen im größten Teil des Untersuchungsraumes als hoch eingestuft werden. Verbesserungen sind nur noch durch Änderung der Landnutzung in Wald, Hecken und Grünland zu erreichen. Des weiteren ist durch die Anwendung pflugloser Bodenbewirtschaftung und von Mulchverfahren die Verbesserung der Wasserrückhaltung möglich. Einschätzung der Produktionsfunktion Zur Einschätzung der Produktionsfunktion 'Ackerbauliche Nutzung' wurden theoretische Bodenzahlen (ermittelt nach Ackerschätzrahmen, Scheffer u. Schachtschabel 1984) verwendet. Diese sind direkt aus den Informationen der Reichsbodenschätzung (Bodenart, Zustandsstufe, geologische Entstehung) ableitbar. Die Bodenzahl beinhaltet als relative Bewertungszahl die Ertragsleistung von Böden, die mit dem ertragreichsten Boden in Deutschland verglichen wird. Ein vollständiges Datenschema ist im interaktiven Bewertungshandbuch dargestellt. Die Darstellung der Produktionsfunktion über Bodenzahlen wird wegen der einseitigen Bodenorientierung kritisiert. Es wurde daher nach anderen Bewertungsmöglichkeiten gesucht. Die bei Marks et al. (1992) angegebene Funktion 'Biotisches Ertragspotential' erfordert genauere Bodendaten (Staunässegrad, Gründigkeit, Skelettgehalt), die für das Untersuchungsgebiet ebenso wenig differenziert vorliegen wie Wasserversorgung der Ökotope oder Frostgefährdung. Eine Funktion über Biomassezuwachs zu definieren ist ebenso wenig praktikabel aufgrund der sich ständig ändernden angebauten Fruchtarten. Damit erweist sich die allgemeinere Funktion Bodenwertzahl in diesem Rahmen als die sinnvollere Funktion, nicht zuletzt deshalb, da sie bei den Landwirten bekannt ist. Die für das Untersuchungsgebiet ermittelten Bodenzahlen sind (in Klassen zusammengefasst) in der Karte der Bodenzahlen sowie tabellarisch ersichtlich. 25

26 Bodenzahl N m Inhalt: B.C. Meyer, UFZ copyright OLANIS 2005 Bodenwertzahlen im Untersuchungsraum Bodenzahlen Fläche Fläche (in %) ,0 0, ,6 0, ,5 0, ,0 0, ,0 1, ,1 5, ,1 7, ,9 32, ,9 40,6 keine Angaben 530,9 12,6 Die durchschnittliche Bodenzahl im Untersuchungsraum beträgt 88. Damit ist der Untersuchungsraum einer der Gunststandorte in Deutschland für landwirtschaftliche Produktion, woraus sich seine langfristige Vorrangfunktion für Landwirtschaft (s. Leitbild) ableitet. Weitere Bewertungsverfahren (Nitratauswaschungsgefährdung, Erholungseignung, Habitateignung für Grauammer) wurden ebenfalls durchgeführt, hier jedoch nicht weiter erläutert. 26

27 Landschaftsoptimierung Bewertung als Ausgangspunkt der Optimierung Nicht alle Funktionen lassen sich mit den bekannten Methoden im Untersuchungsraum bewerten. Eine Ursache liegt in der Homogenität des Raumes an sich, der sich in der Flächennutzung, den Bodenarten und dem Relief widerspiegelt. Eine weitere Ursache ist der geringe Niederschlag. Funktionen ohne ausreichende räumliche Differenzierung bedeuten für die Optimierung einen größeren Aufwand ohne Informationsgewinn und können deshalb weggelassen werden. Bei Überlagerung der unterschiedlichen Bewertungen ergeben sich entsprechende Konfliktflächen. Dabei gibt es auch Flächen, in denen mehr als ein Konflikt lokalisiert werden kann. Zur Lösung derartiger Konflikte soll die Optimierung beitragen. Von den bewerteten Funktionen werden 3 in die Optimierung einbezogen, eine weitere (Winderosion) wird nach der Optimierung für eine Neubewertung des Ergebnisses herangezogen. Eine Einbeziehung der Funktion Winderosion ist deshalb nicht sinnvoll, weil die Optimierung dann die Streifen rund um die Baumreihen von einer Änderung ausschließen würde und nur außerhalb dieser Puffer Landnutzungsänderungen zulässt. Damit würde die (nicht kulturlandschaftlich oder mit dem primären Landschaftspotential begründbare) Pufferstruktur eine wesentliche landschaftsprägende Struktur werden. Definition von Szenarien Die Definition von Szenarien erfolgte, um der Optimierung begründbare Vorgaben für die Restriktionen zu geben. Die Szenarien 1 bis 3 wurden in der Optimierung jeweils berücksichtigt. Sie unterscheiden sich in ihren Flächenanteilen. 1. Das Szenario 15 % Der an extensivem Grünland- und Gehölz/Wald wird im Untersuchungsraum auf 15 % erhöht. Dieser Wert wurde an Heydemann (1981, 1983) angelehnt, welcher vorschlug, die Naturschutzflächen in Deutschland insgesamt auf 15 % zu erweitern. Mit dem gewählten Szenario sollen die Auswirkungen dieser Änderungen regional untersucht werden. 2. Das Szenario 30 % Der von extensivem Grünland und Gehölz/Wald beträgt 30 %. Dieser Wert bedeutet eine Verdoppelung des von Heydemann (1981, 1983) genannten s naturnäherer Strukturen. 3. Das Szenario 7,5 % Der von extensivem Grünland und Gehölz/Wald beträgt 7,5 %. Dieser Wert bedeutet eine Halbierung des von Heydemann (1981, 1983) genannten s naturnäherer Strukturen. Die Szenarien sind so gewählt, dass sich im Beispielsraum die Flächen für naturschutzrelevante Strukturen erhöhen sollen. Diese werden in extensives Grünland oder Gehölze/Wald eingeteilt. 27

28 Präzisiertes Leitbild und Optimierungsziele Die Landschaftsoptimierung orientiert sich an wichtigen flächenbezogenen Zielen, für die deshalb (geoökologische) Bewertungen abgeleitet wurden. Dabei wird eine Sicherung oder Verbesserung der Wirksamkeit der (geoökologischen) Funktionen angestrebt, wie im präzisierten Leitbild gefordert wird. Präzisiertes Leitbild Das Leitbild kann für den Untersuchungsraum wie folgt definiert werden: Der Untersuchungsraum soll den Charakter einer offenen Agrarlandschaft bei weitgehendem Bodenschutz, Erhöhung des Retentionsvermögens der Landschaft und Beibehaltung einer hohen Produktivität bewahren. Ökonomische und soziale Bedingungen sind so zu gestalten, dass sie im Einklang mit der Erhaltung bzw. Verbesserung der biotischen (Biologische Diversität) und abiotischen Ressourcen stehen und der Bevölkerung ein ausreichendes Einkommen bei hoher gesellschaftlicher Akzeptanz ihrer Tätigkeit sichern. Der an Biotopstrukturen für den Naturschutz ist zu erhöhen. Optimierungsziele Für alle drei Szenarien lassen sich zunächst, ausgehend vom aktuellen Zustand, in Anlehnung an Mühle (1998) folgende ökologisch begründete Hauptziele zur Umsetzung dieses Leitbildes formulieren: 1. Verminderung des Bodenabtrags durch Wasser als Beitrag zum Bodenschutz 2. Verbesserung des Retentionsvermögens 3. Erhaltung der Produktion auf Böden mit den höchsten Bodenzahlen 4. Verminderung des Bodenabtrags durch Wind als Beitrag zum Bodenschutz 5. Erhöhung der Landschafts- und Artendiversität 6. Schaffung von Biotopen für den Arten- und Naturschutz. Die Ziele 5 und 6 lassen sich erreichen, wenn die Funktionen/Ziele 1 bis 3 durch eine Änderung der Landnutzung erfüllt sind. Das Ziel Winderosion wird bei der Erarbeitung des Landschaftsplanerischen Entwurfes einbezogen. Damit gehen die mit den Zielen 1 bis 3 verbundenen Funktionen als Zielfunktionen in die Optimierung ein. Mit der Formulierung sehr konkreter, mit (normativen) Vorschlägen untersetzter Vorstellungen werden regionalspezifische Umweltqualitätsstandards definiert: Regionalspezifische Umweltqualitätsstandards Wassererosion Der auf den Ackerflächen im Kerngebiet stattfindende Abtrag soll insgesamt halbiert werden. Dazu sind neue Landschaftsstrukturen direkt an Flächen mit größeren Hangneigungen sowie auf Teilflächen mit großen Hanglängen anzusiedeln. Dieses Ziel soll für die wichtigsten Flächen durch Landnutzungsoptionen erreicht werden. Auf allen Flächen sollen bodenerosionsmindernde Bewirtschaftungsverfahren angewandt werden. 28

29 Abflussregulation Das Retentionsvermögen soll sich auf keiner Fläche verschlechtern, sondern sogar auf 5 % der Fläche um eine Klasse verbessern. Dies soll insbesondere durch die Erhöhung des Waldanteils erreicht werden. Insgesamt soll eine Wassererosionsminderung und Retentionsverbesserung auf den Flächen erfolgen, die auch winderosionsgefährdet sind. Produktionsfunktion Ziel ist die Erhaltung der Produktion auf Böden mit den höchsten Bodenzahlen. Des weiteren soll auf mindestens 50 % der Fläche mit Bodenzahl größer als 60 auch weiterhin Ackernutzung erfolgen. Winderosion Insgesamt soll eine Verringerung der winderosionsgefährdeten Flächen um 10 % (ohne Puffer) erreicht werden. Nach Einführung der Puffer ist eine Verringerung der winderosionsgefährdeten Fläche um 50 % wünschenswert. (Dieses Ziel wird nicht als direktes Optimierungsziel gesehen, sondern über die Erhöhung des s an extensivem Grünland bzw. an Gehölz/Wald erreicht. Eine Überprüfung ist erst durch Neubewertung möglich.) Restriktionen Innerhalb des Untersuchungsraumes wird zunächst der Optimierungsraum festgelegt. Grundsätzlich können alle bewerteten Flächen in die Optimierung einbezogen werden. Dies ist jedoch für bebaute Flächen, Verkehrsflächen, Gewässer, Gehölze und vorhandenes Grünland wenig sinnvoll, da diese Nutzungen bestehen bleiben sollen. Somit sind nur die bewirtschafteten Flächen in die Optimierung einzubeziehen. Ausgehend von den Szenarien 1 bis 3 werden folgende Flächenanteile für die Optimierung definiert (s. Tabelle). Restriktionen der Elemente für die Optimierung (e am Optimierungsraum) Element Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 (in %) (in %) (in %) ext. Grünland Gehölz/Wald Fläche naturnäherer Strukturen Ackerfläche Die Beschränkung einer Nutzung auf eine bestimmte Fläche ist für den Optimierungsraum nicht vorgesehen. Damit entfallen zusätzliche Restriktionen. Für die drei ausgewählten Zielfunktionen der Optimierung existieren vollständige Bewertungsergebnisse der Elemente Acker, extensives Grünland und Gehölz/Wald. 29

30 Um für den Optimierungsraum die kleinste gemeinsame Geometrie im GIS zu erhalten, werden die Bewertungsergebnisse der Zielfunktionen als Karten miteinander verschnitten. Dabei entstehen für den Untersuchungsraum (4240 ha) 2485 Polygone, für den Optimierungsraum (3621,1 ha) 1871 Polygone. Die durch Verschneidung entstehenden Kleinstflächen im GIS bleiben unberücksichtigt, wobei 200 qm Fläche als oberer Grenzwert für die Definition einer Kleinstfläche angenommen wurde. Somit bleiben für die Optimierung 1676 Polygone, die derzeit ackerbaulich genutzt werden (3620,3 ha). Hinweis: Von der gesamten ackerbaulich genutzten Fläche werden aufgrund fehlender Bewertungsdaten 8 ha nicht in die Optimierungsfläche einbezogen. Durchführung der Optimierung Die Durchführung der Landschaftsoptimierung erfolgte mit der Software LNOPT 2.0. Die Optimierung erfolgte mit dem Programm LNOPT 2.0. Dazu wurde aus dem GIS die Datenbank als Dbf-Datei exportiert und in das Programm eingelesen. Berechnung der Maximalwerte Während der Optimierung werden zunächst die Maximalwerte der Funktionen Minderung der Wassererosion, Verbesserung des Retentionsvermögens sowie Verbesserung der Produktionsfunktion berechnet. Die Funktion Minderung der Wassererosion ist eine Minimierungsfunktion (minimiere durch entsprechende Auswahl erosionshemmender Landschaftselemente die potentielle Erosion), die anderen beiden Funktionen sind Maximierungsfunktionen. Da im Programm alle Ziele maximiert werden, wird die Minimierungsfunktion Wassererosion durch Multiplikation mit -1 in eine Maximierungsaufgabe umgewandelt ( Maximierung des Widerstandes gegen Wassererosion ). Mit den Maximalwerten findet man die Problemflächen für die einzelnen geoökologischen Funktionen und verbessert sie durch Landnutzungsänderungen. Eine Betrachtung der anderen Funktionen findet nicht statt. Deshalb ist eine Realisierung der Ergebnisse aus der Maximierung einer einzelnen Funktion auch nicht zu empfehlen. Kompromissoptimierung Anschließend erfolgte die Kompromissfindung. Dafür können die einzelnen Funktionen gewichtet werden, so dass jeweils ein anderer 'optimaler' Kompromiss ermittelt werden kann. Für den Optimierungsraum wurden für jedes der drei Szenarien 5 Kompromisse berechnet. Diese unterscheiden sich durch unterschiedliche Gewichtungen der einzelnen Ziele (s. Tabelle). 30

31 Gewichtung der Funktionen in der Kompromissoptimierung Funktion Kompromiss 1 Kompromiss 2 Kompromiss 3 Kompromiss 4 Kompromiss 5 Wassererosion Retentionsvermögen Produktionsfunktion Dabei werden zunächst alle Ziele gleichgewichtet. Weitere Möglichkeiten sind die Präferierung von jeweils zwei Funktionen gegenüber der dritten Funktion (Kompromiss 2, 3 und 5) sowie die schrittweise Präferierung der Funktionen (Kompromiss 4). Bei der Berechnung stellte sich heraus, dass die Ergebnisse von Kompromiss 2 identisch waren mit Kompromiss 1 und deshalb nicht weiter betrachtet wurden. (Mathematisch gesehen führt die Veränderung der Gewichtung in der gewählten Form nicht zu einer neue Ecke im Lösungsraum, d.h. zu keiner neuen Lösung. Dies ist jedoch nicht direkt aus den gewählten Gewichten ableitbar.) Ergebnisse der Optimierung Anhand der Funktionswertzahl lässt sich die Verbesserung der einzelnen Funktionen ablesen. Die Abbildung zeigt einen Screenshot des Programms LNOPT 2.0 mit den Ergebnissen für Szenario 3 (Kompromisse 1 bis 3). 31