Bearbeiter: Stand: Dezember PD Dr. Roland Pesch Dipl.-Geograph Tim Bildstein Dr. Bastian Schuchardt

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1 BNatSchG geschützten Biotoptyps Artenreiche Kies-, Grobsand- und Schillgründe in den FFH- Gebieten Stand: Dezember 2017 Bearbeiter: PD Dr. Roland Pesch Dipl.-Geograph Tim Bildstein Dr. Bastian Schuchardt

2 Erstellt im Rahmen des Projektes: Erfassung, Bewertung und Kartierung benthischer Arten und Biotope (AWZ-P4, Benthos) Fachbetreuung im BfN: Kathrin Heinicke, Fachgebiet Meeres- und Küstennaturschutz, Insel Vilm Dieter Boedeker, Fachgebiet Meeres- und Küstennaturschutz, Insel Vilm

3 Impressum Die dieser Veröffentlichung zu Grunde liegenden wissenschaftlichen Arbeiten wurden im Auftrag des Bundesamtes für durchgeführt. Der Herausgeber übernimmt keine Gewähr für die Richtigkeit, die Genauigkeit und Vollständigkeit der Angaben sowie für die Beachtung privater Rechte Dritter. Die in den Beiträgen geäußerten Ansichten und Meinungen müssen nicht mit denen des Herausgebers übereinstimmen. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Herausgebers unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Nachdruck, auch in Auszügen, nur mit Genehmigung des BfN.

4 Inhaltsverzeichnis Seite Zusammenfassung...1 Summary Hintergrund und Ziel Material und Methoden Datengrundlagen Datenanalysen Flächenhafte Abschätzung von KGS anhand von großmaßstäbigen KGS-Prüfungen (Ansatz 1) Flächenhafte Abschätzung von KGS anhand biologischer und sedimentologischer Messdaten (Ansatz 2) Flächenhafte Modellierung von KGS-Flächen unter Einbindung vorhandener Sedimentklassifikationen (Ansatz 3) Flächenhafte Modellierung von KGS-Flächen unter Ausschluss vorhandener Sedimentklassifikationen (Ansatz 4) Ergebnisse Flächenhafte Abschätzung von KGS anhand von großmaßstäbigen KGS-Prüfungen (Ansatz 1) Flächenhafte Abschätzung von KGS anhand biologischer und sedimentologischer Messdaten (Ansatz 2) Flächenhafte Modellierung von KGS-Flächen unter Einbindung vorhandener Sedimentklassifikationen (Ansatz 3) Flächenhafte Modellierung von KGS-Flächen unter Ausschluss vorhandener Sedimentklassifikationen (Ansatz 4) Schlussbetrachtung und Empfehlungen Literaturverzeichnis I

5 Abbildungsverzeichnis Seite Abbildung 1: Lage der Greiferdaten zu Korngrößenfraktionen aus der Bioconsult- Benthosdatenbank sowie aus der BSH-Stationsdatenbank. 7 Abbildung 2: Lage der stationsspezifischen Greifer-Daten zur Infauna aus der BioConsult- Benthosdatenbank (seit 2000). 7 Abbildung 3: Die Karte zur Sedimentverteilung in der Deutschen Bucht nach der Korngrößenklassifikation von Figge (1981) ausgeschnitten für die FFH-Schutzgebiete Sylter Außenriff und Borkum Riffgrund (Laurer et al. 2014). 8 Abbildung 4: Vorliegende Sedimentkarten aus Sidescan-Untersuchungen aus Genehmigungsverfahren (BioConsult 2015a, b; IFAÖ 2012, PGU 2013a, b); dargestellt sind auch die in den Genehmigungsverfahren großmaßstäbig abgegrenzten KGS (rot markiert). 8 Abbildung 5: Aktuell vorliegende Sedimentkarten aus Sidescan-Untersuchungen aus dem AWZ-P6 am Beispiel der Klassifikationsebene A (Borkum Riffgrund: Holler & Bartholomäe unpublished; Sylter Außenriff: Papenmeier & Hass unpublished); Dargestellt sind auch die in einer aktuell koordinierten Untersuchung des BfN aus 2016 großmaßstäbig abgegrenzten Flächen im nördlichen Bereich des Sylter Außenriffs (Schuchardt et al. 2016; rot markiert). Entsprechende Polygongeometrien aus dem südlichen Bereich des Sylter Außenriffs liegen bislang noch nicht vor. 9 Abbildung 6: Flächen, in denen mit einer Wahrscheinlichkeit von 77% KGS-Biotope gemäß Ansatz 1 anzutreffen sind. Rot markiert sind die aus Genehmigungsverfahren sowie den Untersuchungen des BfN großmaßstäbig abgegrenzten KGS. 17 Abbildung 7: Flächen, in denen gemäß Ansatz 2 mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 50% KGS-Biotope anzutreffen sind. Rot markiert sind die aus Genehmigungsverfahren sowie den Untersuchungen des BfN großmaßstäbig abgegrenzten KGS. 19 Abbildung 8: Modellierte KGS-Biotope aus Ansatz 3, Variante 1 (gelb markiert) - mittlere globale Fehl-klassifikationsraten: 16,4% (Sedimentkriterium) bzw. 24,1% (Artenkriterium); Rot markiert sind die aus Genehmigungsverfahren sowie den Untersuchungen des BfN großmaßstäbig abgegrenzten KGS. 24 II

6 Abbildung 9: Modellierte KGS-Biotope aus Ansatz 3, Variante 2 (gelb markiert) - mittlere globale Fehl-klassifikationsraten: 21,4% (Sedimentkriterium) bzw. 25,2% (Artenkriterium); Rot markiert sind die aus Genehmigungsverfahren sowie den Untersuchungen des BfN großmaßstäbig abgegrenzten KGS. 25 Abbildung 10: Modellierte KGS-Biotope aus Ansatz 3 Variante 3 (gelb markiert) - mittlere globale Fehl-klassifikationsraten: 15,7% (Sedimentkriterium) bzw. 25,0% (Artenkriterium); Rot markiert sind die aus Genehmigungsverfahren sowie den Untersuchungen des BfN großmaßstäbig abgegrenzten KGS. 27 Abbildung 11: Modellierte KGS-Biotope aus Ansatz 3 Variante 4 (gelb markiert) - mittlere globale Fehl-klassifikationsraten: 15,1% (Sedimentkriterium) bzw. 22,3% (Artenkriterium); Rot markiert sind die aus Genehmigungsverfahren sowie den Untersuchungen des BfN großmaßstäbig abgegrenzten KGS. 28 Abbildung 12: Modellierte KGS-Biotope aus Ansatz 4 (gelb markiert) - mittlere globale Fehlklassifikations-raten: 21,6% (Sedimentkriterium) bzw. 21,4% (Artenkriterium); Rot markiert sind die aus Genehmigungsverfahren sowie den Untersuchungen des BfN großmaßstäbig abgegrenzten KGS. 29 III

7 Tabellenverzeichnis Seite Tabelle 1: Prüfung kleinmaßstäbige Kartierkriterien für vereinfachte Sedimentkategorien aus Laurer et al. (2014) in den Schutzgebieten Borkum Riffgrund und Sylter Außenriff blau markiert sind die Grobsedimenttypen 19 Tabelle 2: Prüfung kleinmaßstäbige Kartierkriterien für Sedimentkategorien AWZ-Projekt 6 (Ebene A) in den Schutzgebieten Borkum Riffgrund und Sylter Außenriff blau markiert sind die Grobsedimenttypen 21 Tabelle 3: Zusammenfassung aller Random Forests Fehlklassifikationsraten für das Sedimentkriterium (links) sowie das Artenkriterium (rechts) für alle vier Varianten sowie den Ansatz 4 22 Tabelle 4: Prozentuale Flächenanteile von vereinfachten Sedimentklassen der Karte von Laurer et al (2014) und der Sidescan-Karte für modellierte KGS-Flächen für alle vier Varianten sowie den Ansatz 4 23 IV

8 Zusammenfassung In vorliegender Studie werden vier methodische Ansätze für eine kleinmaßstäbige Kartierung des nach 30 gesetzlich geschützten Biotops Artenreiche Kies-, Grobsand- und Schillgründe (KGS) innerhalb der FFH-Schutzgebiete Borkum Riffgrund und Sylter Außenriff erarbeitet. Flächendeckende Übersichten zum Vorkommen des Biotops werden aktuell für die Erstellung der Managementpläne der beiden gebiete sowie für die dort geplanten Fischereimanagementmaßnahmen und den damit verbundenen internationalen Umsetzungsprozessen benötigt. Alle Ansätze basieren auf einer statistisch basierten Verallgemeinerung von großmaßstäbigen und stationsbezogenen Informationen zu den in der Kartieranleitung des BfN festgelegten großmaßstäbigen Kartierungskriterien auf die gesamten Schutzgebietsflächen bzw. großer Teile davon. Im Ergebnis zeigen sich die räumlichen Schwerpunkte der kleinmaßstäbig abgegrenzten KGS- Biotopflächen aller vier Ansätze auffallend ähnlich. Die Vorkommen im Sylter Außenriff liegen jeweils vorrangig im nördlichen, parallel zur dänischen Grenze gelegenen Abschnitt und im flächenmäßig größeren Schwerpunkt parallel zum Elbeurstromtal im südlichen Bereich des Schutzgebiets. Im Borkum Riffgrund sind die Schwerpunktbereiche jeweils im zentralen bis zentral südlichen Kerngebiet des Schutzgebiets zu finden. Gemessen an ausgewählten statistischen Gütemaßen zeigen sich die vier Ansätze im Hinblick auf die Verlässlichkeit bzw. Qualität der jeweils erfolgten kleinmaßstäbigen KGS-Abgrenzung unterschiedlich. Ausgehend davon wird eine Empfehlung für die räumliche Abgrenzung kleinmaßstäbiger KGS-Flächen in den Schutzgebieten Borkum Riffgrund und Sylter Außenriff gegeben. Da die Abdeckung der Schutzgebietsflächen mit hochaufgelösten Sedimentkarten aus hydroakustischen Erhebungen bislang noch nicht vollständig ist, ist die Empfehlung vor dem Hintergrund der vorliegenden Geodatenlage zu bewerten. 1

9 Summary The study at hand presents four approaches for full coverage mapping of the legally protected 30 BNatSchG biotope Species rich gravel, coarse sand and shell gravel areas (North Sea) within the Natura 2000 sites Sylter Outer Reef and Borkum-Reefground on a small scale. Currently, corresponding maps are needed for the development of management plans and for national and international implementation measures regarding the exclusion of fisheries activities within both areas. All approaches rely on the statistical extrapolation of large scale and station specific information of two mapping criteria put down in the official large scale mapping guideline published by the Federal Agency for Nature Conservation. When comparing the results of all approaches, the corresponding maps show similar spatial patterns of the biotope within the two marine protected areas. In the Sylter Outer Reef core areas can primarily be found in the northern section along the Danish border whereas the main core area lies in the southern part parallel to the Elbe Glacial Valley. In the Borkum-Reefground corresponding areas concentrate in the central to southern section of the protected site. Nevertheless, differences can be found when comparing the results of the four approaches by use of statistical validation criteria. Considering this, a recommendation is given for the small scale delineation of the biotope within the two protected areas. Since for parts of the Sylter Outer Reef no high resolution sediment maps from hydroaccustical surveys are available yet, this recommendation is to be evaluated with regard to the geodata available. 2

10 1. Hintergrund und Ziel Der Biotoptyp Artenreiche Kies-, Grobsand- oder Schillgründe (KGS) zählt seit der Novellierung des Bundesnaturschutzgesetzes (BNatSchG) im Jahr 2010 zu den nach 30 gesetzlich geschützten Biotopen. Entsprechend 58 Abs. 1 BNatSchG ist das Bundesamt für (BfN) im Bereich der deutschen Ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) zuständig für die Durchführung der Vorschriften des BNatSchG. Die Beobachtung von Natur und Landschaft inkl. des Zustands von Biotopen ist nach 6 BNatSchG eine der Aufgaben von Bund und Ländern. Hierzu sind Kenntnisse über die räumlich Verbreitung der zu schützenden, insbesondere der nach 30 BNatSchG geschützten Lebensräume, wie der KGS, notwendig. Nach Armonis (2010) treten KGS außer im Gebiet um Helgoland in der Regel in Wassertiefen > 20 m auf. Zur genaueren Verbreitung des Biotoptyps in liegen bisher allerdings nur wenige Informationen vor. Eine räumliche Abgrenzung von KGS kann bei Vorliegen entsprechender Datengrundlagen entweder groß- oder kleinmaßstäbig erfolgen. Die großmaßstäbige Kartierung von KGS, wie sie z. B. im Rahmen von Genehmigungsverfahren durchzuführen ist, erfolgt anhand von Kriterien, die in der KGS-Kartieranleitung des BfN festgelegt sind (BfN 2011). Die Abgrenzung von potenziellen KGS-Vorkommensflächen (oder Verdachtsflächen) wird dabei in einem ersten Schritt mit hydroakustischen Voruntersuchungen (z.b. Seitensichtsonar, Multi-Beam) durchgeführt. Aus den daraus generierten Sedimentpolygonkarten lassen sich die Polygone mit Grobsedimenten extrahieren, die unter Anwendung der nachstehend genannten zwei Kriterien anhand von Greifer- und Videountersuchungen als KGS-Flächen verifiziert werden können. Im Ergebnis dieser Methode und der Kartieranleitung liegt der Biotoptyp vor, wenn auf einer durch Sidescan- Erhebungen abgegrenzten und mit drei Greifer-Stationen beprobten Grobsedimentfläche. pro Station mindestens zwei von drei Van-Veen-Greiferproben Kies oder Grobsand gemäß Figge (1981) bzw. Schill (Schalen oder deren Bruchstücke von Organismen) in mehr als 50 % der Gesamtfraktion enthalten (Sedimentkriterium) und. an den drei Stationen, die deutlich (mindestens 15 m) voneinander getrennt sind, von den sieben charakteristischen KGS-Arten Aonides paucibranchiata, Branchiostoma lanceolatum, Polygordius spp., Protodorvillea kefersteini, Echinocyamus pusillus, Spisula elliptica und Pisione remota mindestens vier vorkommen (Artenkriterium). Die vier Arten müssen dabei nicht an jeder der drei Stationen vorkommen, sondern pro untersuchte Fläche (also an drei Stationen insgesamt). 3

11 Die beiden Kriterien werden seit einigen Jahren im Rahmen von Genehmigungsverfahren angewendet und haben sich als praktikabel erwiesen. Dennoch bedeuten sie für Gebiete mit erhöhtem Grobsandanteil einen sehr umfangreichen Kartierungsaufwand. Für naturschutzfachliche Argumentationen und Entscheidungen sind zusätzlich zu den o.g. großmaßstäbigen Kartierungen auch flächendeckende Übersichten über das Vorkommen des Biotoptyps in den FFH-Schutzgebieten Sylter Außenriff und Borkum Riffgrund erforderlich. Diese flächendeckenden Übersichten werden aktuell insbesondere für die Erstellung der Managementpläne der entsprechenden gebiete sowie für die dort geplanten Fischereimanagementmaßnahmen und den damit verbundenen internationalen Umsetzungsprozess benötigt. Aus diesem Grund wurden nachstehend vier verschiedene methodische Ansätze für eine kleinmaßstäbige Kartierung von KGS entwickelt und in Hinsicht auf ihre Praktikabilität, Genauigkeit und Vergleichbarkeit der Ergebnisse überprüft. Ziel einer solchen kleinmaßstäbigen KGS-Kartierung ist es, die großräumige, flächendeckende Verbreitung von KGS-Flächen mit geeigneten datenbasierten Methoden repräsentativ abzuschätzen. Die Flächenausweisung soll dabei auf Sediment- und Infaunadaten beruhen, indem mittels repräsentativer Stichproben statistisch oder per Analogieschluss auf größere Flächenareale geschlossen wird. Soweit sinnvoll möglich, erfolgt dies unter Orientierung an den Kriterien der vorliegenden Kartieranleitung. Ferner werden Sicherheits- oder Gütemaßen angegeben, die eine Einschätzung der Verlässlichkeit der großräumigen Modellierung der KGS-Vorkommen erlauben. Die vorliegende Studie soll für die kleinmaßstäbige Kartierung von KGS methodische Ansätze entwickeln, mit denen eine flächendeckende Modellierung von KGS in den Schutzgebieten Borkum Riffgrund und Sylter Außenriff möglich ist. Es werden diesbezüglich vier verschiedene Ansätze und damit verbundener Analyseschritte verfolgt: Ansatz 1: Flächenhafte Abschätzung von KGS für Grobsedimentflächen anhand von großmaßstäbigen Verifizierungsraten aus Umweltverträglichkeitsuntersuchungen (UVS) und aktuellen empirischen Studien des BfN Ansatz 2: Flächenhafte Abschätzung von KGS für Grobsedimentflächen anhand stationsspezifischer Informationen zu den Kartierungskriterien zur Infauna und zum Sediment Ansatz 3: Flächenhafte Modellierung von KGS-Flächen mit Random Forests unter Einbindung vorhandener Sedimentklassifikationen als Prädiktoren Ansatz 4: Flächenhafte Modellierung von KGS-Flächen mit Random Forests unter Ausschluss vorhandener Sedimentklassifikationen als Prädiktoren Die Umsetzung der vier Kartierungsansätze erfolgt anhand aktuell vorliegender Primär- und Sekundärdaten zur Infauna und Sedimentologie (Kap. 2.1). Dabei wird jeweils anhand von Stichpro- 4

12 ben auf die Gesamtflächen der Schutzgebiete geschlossen (Kap. 2.2). In den Ansätzen 1 und 2 erfolgt dies im Sinne eines Analogieschlusses, in den Ansätzen 3 und 4 werden an punktuellen Stichproben Abhängigkeitsstrukturen zwischen den Kriterien der Kartieranleitung und flächendeckend vorliegenden Informationen zur Sedimentologie und Topographie statistisch analysiert und anschließend für flächenhafte Vorhersagen genutzt. Die Ergebnisse aller vier Ansätze werden im Kapitel 3 statistisch und kartografisch beschrieben und im Kapitel 4 vergleichend diskutiert. Abschließend werden die Ergebnisse genutzt um anhand der Vor- und Nachteile für die einzelnen Verfahren den am besten geeigneten Ansatz zu benennen. 5

13 2. Material und Methoden 2.1 Datengrundlagen Für die Datenanalysen wurde auf folgende, für den Borkum Riffgrund und das Sylter Außenriff vorliegende Primär- und Sekundärdaten zur Infauna und Sedimentologie zurückgegriffen: Greiferspezifische Daten zu Korngrößenfraktionen aus der BioConsult-Benthosdatenbank (n = 1216 Datensätze) sowie greiferspezifische Daten aus der BSH-Sedimentdatenbank mit Angaben, ob an den Stationen der Grobsedimentanteil (>500 µm) mindestens 50% beträgt (n = 2931 Datensätze) s. Abbildung 1; Stationsspezifische Daten zur Infauna aus der BioConsult-Benthosdatenbank (seit 2000; n = 830 Datensätze) s. Abbildung 2; Die Karte zur Sedimentverteilung in der Deutschen Bucht nach der Korngrößenklassifikation von Figge (1981) in einer Auflösung von 1: (Laurer et al. 2014) s. Abbildung 3; Sedimentkarten aus Sidescan-Untersuchungen aus Genehmigungsverfahren (Butendiek, Cobra Kabel, SylWin - BioConsult 2015a, b; IFAÖ 2012, PGU 2013a, b) s. Abbildung 4; Aktuell vorliegende Sedimentkarten aus Sidescan-Untersuchungen aus dem derzeit laufenden BfN-Vorhaben AWZ-Projekt 6: Flächendeckende Sedimentkartierung (im Folgenden AWZ-Projekt 6); Borkum Riffgrund: Holler & Bartholomäe unpublished; Sylter Außenriff: Papenmeier & Hass unpublished) s. Abbildung 5; Geostatistisch interpolierte Rasterkarten zur Sand-, Schlick- und Kiesfraktion (Datenbasis: BSH-Sedimentdatenbank, BioConsult-Benthosdatenbank) sowie Rasterkarten zur Bathymetrie und zu topographischen Indizes (Datenbasis: EMODnet Seabed habitats - bathymetry layer Populus et al. 2017) (Auflösung 230 m; Schönrock 2016). 6

14 Abbildung 1: Lage der Greiferdaten zu Korngrößenfraktionen aus der Bioconsult-Benthosdatenbank sowie aus der BSH-Stationsdatenbank. Abbildung 2: Lage der stationsspezifischen Greifer-Daten zur Infauna aus der BioConsult-Benthosdatenbank (seit 2000). 7

15 Abbildung 3: Die Karte zur Sedimentverteilung in der Deutschen Bucht nach der Korngrößenklassifikation von Figge (1981) ausgeschnitten für die FFH-Schutzgebiete Sylter Außenriff und Borkum Riffgrund (Laurer et al. 2014). Abbildung 4: Vorliegende Sedimentkarten aus Sidescan-Untersuchungen aus Genehmigungsverfahren (BioConsult 2015a, b; IFAÖ 2012, PGU 2013a, b); dargestellt sind auch die in den Genehmigungsverfahren großmaßstäbig abgegrenzten KGS (rot markiert). 8

16 Abbildung 5: Aktuell vorliegende Sedimentkarten aus Sidescan-Untersuchungen aus dem AWZ-P6 am Beispiel der Klassifikationsebene A (Borkum Riffgrund: Holler & Bartholomäe unpublished; Sylter Außenriff: Papenmeier & Hass unpublished); Dargestellt sind auch die in einer aktuell koordinierten Untersuchung des BfN aus 2016 großmaßstäbig abgegrenzten Flächen im nördlichen Bereich des Sylter Außenriffs (Schuchardt et al. 2016; rot markiert). Entsprechende Polygongeometrien aus dem südlichen Bereich des Sylter Außenriffs liegen bislang noch nicht vor. 9

17 2.2 Datenanalysen Ansatz 1: Flächenhafte Abschätzung von KGS anhand von großmaßstäbigen KGS- Prüfungen Aus den vorliegenden Ergebnissen der großmaßstäbigen Überprüfungen von KGS aus Genehmigungsverfahren (s. Abbildung 4; BioConsult 2015a, b; IFAÖ 2012, PGU 2013a, b) sowie der aktuell koordinierten Untersuchungen des BfN aus 2016 im Sylter Außenriff (s. Abbildung 5; Schuchardt et al. 2016) wurde ermittelt, wie hoch sich der Anteil von positiv verifizierten KGS-Flächen an allen, aus Sidescan-Karten abgegrenzten, und gemäß Kartieranleitung beprobten Grobsedimentflächen darstellt. Die derart ermittelte Verifizierungsrate kann dann im Sinne einer globalen Konfidenzabschätzung auf die aktuellen, für den gesamten Borkum Riffgrund sowie weiter Teile des Sylter Außenriffs abgegrenzten Grobsedimentflächen aus dem AWZ-Projekt 6 übertragen werden (Propp et al. 2014; Holler & Bartholomäe unpublished; Papenmeier & Hass unpublished). Die aus Ansatz 1 ermittelten Flächen sind damit als Bereiche zu sehen, innerhalb derer bei korrekter Anwendung der in der BfN Kartieranleitung gelisteten Prüfkriterien KGS-Biotope mit einer empirisch gestützten Wahrscheinlichkeit anzutreffen sind. Die räumliche Abgrenzung der Flächen berücksichtigt dabei die aus aktuellen Sidescan-Kartierungen auskartierten Grobsedimentflächen. Ob möglicherweise auch außerhalb dieser Flächen KGS-Biotope anzutreffen sind, kann mit diesem Ansatz nicht ermittelt werden. Zur Umsetzung des Ansatzes war es notwendig, die Klassifikationssysteme der Sedimentkarten aus den Genehmigungsverfahren und solcher aus dem AWZ-Projekt 6 zusammenzubringen. Für die je nach Vorhabensträger unterschiedlichen Sedimentklassifikationen aus den UVS wurden all solche Sedimenttypen den Grobsedimenten zugewiesen, in denen Angaben zu Kies oder Kies und Sand (Cobra Kabel), Grobsand und Kies (Butendiek) sowie Fein- bis Grobsand, Mittel- bis Grobsand, Sand mit Grobsandstreifen, SandB oder sandiger Kies bzw. kiesiger Sand, z. T. mit Steinen (SylWin) gemacht wurden. Die Definition von Grobsedimenten in den Sedimentkarten aus dem AWZ-Projekt 6 (s. Abb. 5) erfolgte in Abhängigkeit des Auftretens der Klassen LagSed und CSed sowie deren Mischformationen untereinander und mit den Klassen S und FSed (z.b. S+CSed, LagSed-S usw.). Das Ergebnis der derart durchgeführten flächendeckenden Abschätzung kleinmaßstäbiger KGS- Flächen wurde abschließend mit den bislang vorliegenden, großmaßstäbig verifizierten KGS- Biotopen verschnitten (Abbildung 4, 5). Dadurch kann ermittelt werden, wie gut die großmaßstäbig abgegrenzten KGS durch die kleinmaßstäbige Kartierung wiedergegeben werden. Entsprechendes erfolgte auch für die Ergebnisse der anderen drei Ansätze 2, 3 und 4. 10

18 2.2.2 Ansatz 2: Flächenhafte Abschätzung von KGS anhand biologischer und sedimentologischer Messdaten In dem zweiten Ansatz zur kleinmaßstäbigen Kartierung von KGS wurden sowohl das Sedimentals auch das Artenkriterium leicht abgewandelt und auf vorliegende Stationsdaten zum Sediment und zur Infauna angewendet 1 : Das Sedimentkriterium wurde dabei auf vorliegende Ergebnisse aus Korngrößenanalysen im Hinblick auf das Vorhandensein von mehr als 50 % Grobsedimentanteil (> 500µm) in der Gesamtfraktion angewendet. Solche Greifer, in denen mehr als 50% Grobsedimentanteil vorliegt, wurden als positiv verifiziert definiert. Für das Artenkriterium wurden alle vorliegenden Infauna-Daten auf das Vorkommen der in der Kartieranleitung gelisteten KGS-Arten geprüft. Dabei wurden solche Stationen als positiv verifiziert definiert, an denen mindestens zwei KGS-Arten gefunden wurden (Begründung: Bei dem in der Kartieranleitung geforderten Vorkommen von mindestens vier Arten pro drei Stationen (in einer Untersuchungsfläche) müssten im Schnitt 1,33 Arten pro Station vorkommen. Die Anzahl der nachzuweisenden Arten pro Station wurde auf zwei aufgerundet). Anschließend erfolgte die Verschneidung der entsprechend aufgearbeiteten Stationsdaten mit der Karte von Laurer et al. (2014) sowie (getrennt davon) mit den bislang in dem AWZ-Projekt 6 fertiggestellten Sidescan-Karten. Mittels Kreuztabellierung wurde dann geprüft, wie hoch sich der relative Anteil der innerhalb von Grobsedimentflächen positiv verifizierten Stationen darstellt. Wenn innerhalb der Grobsedimentflächen mindestens 50% der Stationen sowohl des Sedimentwie auch das Artenkriterium erfüllten, wurden entsprechende Areale als kleinmaßstäbige KGS- Flächen festgelegt 2. 1 Die derart interpretierten KGS-Kriterien werden im Folgenden als kleinmaßstäbige KGS-Kriterien bezeichnet. Die in der Kartieranleitung dokumentierten, auf die großmaßstäbige Kartierung des Biotoptyps ausgerichteten Kriterien werden demgegenüber großmaßstäbige KGS-Kriterien genannt. 2 Zeigt die Wahrscheinlichkeit des Eintretens des Sediment- und Artenkriteriums jeweils 50%, so liegt die kombinierte Wahrscheinlichkeit beider Ereignisse bei stochastischer Unabhängigkeit bei lediglich 25%. Allerdings kann in diesem Fall von keiner derartigen Unabhängigkeit ausgegangen werden, so dass die Grenze für das Eintreten des jeweiligen Kriteriums bei 50% belassen wurde. So ist das Auftreten der in Frage kommenden Arten mit dem Auftreten von Grobsedimenten stark korreliert (Degraer et al. 2006; Hartmann- Schröder 1996; Hayward & Ryland 1990; Mortensen 1977; Rachor & Nehmer 2003; Southward & Campbell 2006; Tebble 1966). Um die kombinierten Wahrscheinlichkeiten verlässlich abzuleiten, wären weitere datengestützte Analysen, auch unter Anwendung alternativer Verfahren notwendig. 11

19 Die Abgrenzung von Grobsedimentflächen aus den Sedimentkarten aus dem AWZ-Projekt 6 erfolgte wie im Ansatz 1 in Abhängigkeit des Auftretens der Klassen LagSed und CSed sowie deren Mischformationen (s. Kapitel 2.1.1). Für die Karte nach Laurer et al. (2014) erfolgte die Festlegung von Grobsedimentflächen gemäß der bei Bildstein et al. (2014) dokumentierten KGS- Verdachtsflächen. Diese umfassen Mittel- bis Grobsande und Grobsande mit weniger als 20% Schlick sowie den GIS-Layer Kiese und Steine Ansatz 3: Flächenhafte Modellierung von KGS-Flächen unter Einbindung vorhandener Sedimentklassifikationen Unter Verwendung der im Ansatz 2 vorprozessierten Greifer- und Stationsdaten wurde im Ansatz 3 das Zutreffen der beiden kleinmaßstäbigen KGS-Kriterien mit dem Prädiktionsalgorithmus Random Forests flächenhaft modelliert. Das Zu- bzw. Nichtzutreffen des jeweiligen Kriteriums an den Stationen definierte dabei die Zielvariable, die Karte von Laurer et al. (2014) sowie vorliegende Sidescanauswertungen wurden zusammen mit anderen von Schönrock (2016) in einer Auflösung von 230 m x 230 m aufgearbeiteten Flächenvariablen zur Sedimentologie und Topographie mit den Stationen verschnitten und als Prädiktoren festgelegt. Neben der Bathymetrie und verschiedenen topografischen Indizes (Hangneigung, Oberflächenrauhigkeit, Topographischer Positionsindex) enthalten letztere auch geostatistisch interpolierte Karten zu den Sand-, Schlick- und Kiesfraktion. Die Datengrundlage für die Interpolation der Sedimentfraktion bildete die BSH- Sedimentdatenbank sowie die in der BioConsult-Benthosdatenbank enthaltenden Sedimentinformationen (s. Abbildung 1). Die abgeleiteten Vorhersagemodelle für das Zutreffen des Sediment- und Artenkriteriums wurden anschließend auf die gesamte Schutzgebietsfläche (oder Teile dergleichen) angewendet und deren Ergebnisse miteinander verschnitten. So konnten Bereiche abgegrenzt werden, innerhalb derer KGS mit hoher Wahrscheinlichkeit vorkommen. Da die an den Stationen abgegriffenen Sedimenttypen aus der Karte von Laurer et al (2014) bzw. den Sidescan-Karten aus dem AWZ-Projekt 6 nur einen Teil aller in den Schutzgebieten vorkommenden Sedimenttypen abdecken, mussten beide Sedimentklassifikationen in einem ersten Schritt auf wenige, sowohl an den Stationen als auch flächenhaft vorkommende Sedimentklassen vereinfacht werden. Dieser Schritt ist notwendig, da ansonsten nicht von den Stationsdaten auf die Gesamtfläche geschlossen werden kann. 12

20 Die Sedimentklassen aus der Karte nach Laurer et al. (2014) wurden für die Modellierung demzufolge folgendermaßen zusammengefasst 3 : Layer Kiese und Steine Klasse Kiese und Steine; fs, fs-m5-10, fs-m11-20 Klasse fs; ms, ms-m5-10, ms-m11-20 Klasse ms; mcs, mcs-m5-10, mcs-m11-20 Klasse mcs; cs, cs-m5-10, cs-m11-20 Klasse cs; alle Klassen mit mehr als 20% Schlick Klasse M. Die Vereinfachung der Ebene A der Sidescan-Klassifikation (vgl. Propp et al. 2014) erfolgte folgendermaßen 4 : S, FSed oder Mischklassen dergleichen ( + und - ) Klasse S; CSed, LagSed oder Mischklassen dergleichen ( + und - ) Klasse CSed; Mischklassen ( + ) S oder FSed / CSed oder LagSed Klasse S+CSed; Mischklassen ( - ) S oder FSed / CSed oder LagSed Klasse S-CSed; Mischklassen ( + ) CSed oder LagSed / S oder FSed Klasse CSed+S Mischklassen ( - ) CSed oder LagSed / S oder FSed Klasse CSed-S. Um eine optimale, flächendeckende Abschätzung von KGS in den Schutzgebieten zu gewährleisten, wurden insgesamt vier Modellierungsläufe mit unterschiedlichen Prädiktorenkonstellationen durchgeführt: Die Modellierung erfolgte dabei. für den gesamten Borkum Riffgrund sowie diejenigen Bereiche des Sylter Außenriffs, die durch ausgewertete Sidescan-Karten abgedeckt sind (mit Sidescan-Auswertungen und 3 Die Sedimentklassen nach Laurer et al. (2014) erklären sich wie folgt: Feinsand (fs), Mittelsand (ms), Mittel- bis Grobsande (mcs) und Grobsande (cs). Jeder Sandfraktion ist ferner durch den Anteil von Schlick beschrieben (z.b. fs-m5-10: Feinsand mit 5% bis 10% Schlickanteil). Sedimente mit mindestens 80% Schlick werden als eigene Klasse behandelt (M). Der GIS-Layer Kiesen und Steine ergänzt die Sedimentklassifikation nach Figge (1981) um Informationen zum Auftreten gröberer Sedimente und Hartsubstrate. 4 Sedimenttypen, die mit einer 1 kodiert wurden, wurden nicht in die Modellierung einbezogen (entsprechend der Ebene A Klassen (CSed-S)+1, (S-CSed)+1, 1, CSed+1 insgesamt ca. 126 ha). Hierbei handelt es sich um Areale, die anhand der Informationen der Sidescan-Daten keinem Sedimenttyp eindeutig zugeordnet werden konnten. 13

21 allen Flächenvariablen als Prädiktoren inkl. der Sedimentklassen nach Laurer et al. (2014) Auflösung 100m x 100m) Variante 1;. für den gesamten Borkum Riffgrund sowie diejenigen Bereiche des Sylter Außenriffs, die durch ausgewertete Sidescan-Karten abgedeckt sind (mit Sidescan-Auswertungen und allen Flächenvariablen als Prädiktoren ohne die Sedimentklassen nach Laurer et al. (2014) Auflösung 100m x 100m) Variante 2; für den gesamten Borkum Riffgrund sowie diejenigen Bereiche des Sylter Außenriffs, die durch ausgewertete Sidescan-Karten abgedeckt sind (mit den Sedimentklassen nach Laurer et al. (2014) und allen Flächenvariablen als Prädiktoren ohne Sidescan- Auswertungen Auflösung 100m x 100m) Variante 3;. für den gesamten Borkum Riffgrund und das gesamte Sylter Außenriff (mit den Sedimentklassen nach Laurer et al. (2014) und allen Flächenvariablen als Prädiktoren ohne Sidescan-Auswertungen Auflösung 230m x 230m) Variante 4. Zur flächenhaften Modellierung des kleinmaßstäbigen Sediment- bzw. Artenkriteriums wurde der Entscheidungsbaumalgorithmus Random Forests (Breimann 2001) verwendet. Ziel von Random Forest ist es, für die Ausprägungen einer Zielvariablen anhand geeigneter Prädiktoren unabhängige Vorhersagemodelle in Form einer Vielzahl (hier n = 5000) von quasi unabhängigen Klassifikationsbäumen abzuleiten. Die Unabhängigkeit der einzelnen Baummodelle basiert auf der Anwednung von Bootstrap-Methoden. Dabei werden pro Einzelbaummodellierung nicht alle Datensätze, sondern nur eine vordefinierte prozentuale Anzahl des vollständigen Datensatzes für die Dendrogrammberechnung berücksichtigt (hier: 80%). Ferner werden jeweils nur eine vorab festgelegte Anzahl von Prädiktoren (hier n =3) pro Baum eingesetzt. Die bei der Baumberechnung nicht berücksichtigten Datensätze (hier: 20%) werden bei Random Forests zur internen Modellvalidierung benutzt. Dadurch können über alle berechneten Einzelbäume mittlere Fehler (Out of Bag Errors, in diesem Fall Fehlklassifikationsraten) berechnet werden, die etwas darüber aussagen, wie gut Random Forests im Schnitt an Objekten voraussagt, die bei der Modellberechnung nicht berücksichtigt wurden. Die Wichtigkeit der eingesetzten Prädiktoren für das ermittelte Random Forest Modell kann über die Mean Decrease Accuracy erfolgen 5. Für die räumliche Vorhersage werden alle in Random Forests generierten Klassifikationsdendrogramme auf die flächendeckend vorliegenden Prädiktorenraster (hier die 5 Auf eine Erläuterung des Indexes wird an dieser Stelle verzichtet und auf die Ausführungen von Breiman (2001) sowie Liaw & Wiener (2002) verwiesen. 14

22 100m x 100m bzw. 230m x 230m Rasterzellen) angewendet. Als Ergebnis kann jede Rasterzelle durch die Anzahl von Bäumen beschrieben werden, die die jeweiligen Ausprägungen der Zielvariablen vorhersagen. Für deren Klassifikation (hier: Kriterium trifft zu bzw. nicht zu) ist es notwendig, einen Schwellenwert anzugeben, ab wann das Ereignis (hier Sediment- bzw. Artenkriterium trifft zu) eintritt. Im vorliegenden Fall wurde dieser auf 50% festgelegt, da sich bei höheren Schwellenwerten die mittleren Fehlklassifikationsraten aus der internen Modellvalidierung als zu hoch erwiesen. Rasterzellen, an denen sowohl das Zutreffen des Sediment- wie auch des Artenkriteriums entsprechend klassifiziert wurde, wurden dann als modellierte KGS-Flächen aus Ansatz 3 definiert. Alle derart ermittelten Flächen für alle vier Varianten wurden abschließend mit den Sedimentkarten aus dem AWZ-P6 und Laurer et al. (2014) sowie den großmaßstäbig verifizierten KGS (s. Kapitel ) verschnitten und statistisch beschrieben Ansatz 4: Flächenhafte Modellierung von KGS-Flächen unter Ausschluss vorhandener Sedimentklassifikationen Der Ansatz 4 deckt sich in methodischer Hinsicht mit dem dritten Ansatz, außer dass weder die Karte von Laurer et al (2014) noch die Sidescan-Karten aus dem AWZ-Projekt 6 als Prädiktoren eingesetzt wurden. Die Modellierung des Sedimentkriteriums erfolgte dabei ausschließlich unter Berücksichtigung der in einer Auflösung von 230 x 230 m vorliegenden Flächenprädiktoren zur Sedimentologie und Topographie. Die daraus resultierende Rasterkarte zur Wahrscheinlichkeit des Zutreffens des Sedimentkriteriums wurde anschließend zusammen mit den von Schönrock (2016) aufgearbeiteten sedimentologischen und topographischen Variablen als Vorhersagevariable für die flächenhafte Modellierung des Zutreffens des Artenkriteriums zugrunde gelegt. Alle weiteren Analyseschritte gleichen denen aus Ansatz 3. 15

23 3. Ergebnisse 3.1 Flächenhafte Abschätzung von KGS anhand von großmaßstäbigen KGS- Prüfungen (Ansatz 1) Die Überprüfung des Anteils positiv verifizierter KGS-Flächen an allen, aus Sidescan-Karten abgegrenzten, und gemäß Kartieranleitung beprobten Flächen aus Genehmigungsverfahren (Butendiek, Cobra Kabel, SylWin - BioConsult 2015a, b; IFAÖ 2012, PGU 2013a, b) und aktuellen KGS-Untersuchungen (Schuchardt et al. 2016) führte zu folgendem Ergebnis: Im Sylter Außenriff konnten 15 von 24, im Borkum Riffgrund 2 von 3 beprobten Flächen im Rahmen von Genehmigungsverfahren positiv als KGS verifiziert werden. In der durch das BfN im Jahr 2016 veranlassten Untersuchung zeigten sich alle 12 aus Sidescan-Daten abgegrenzten Grobsedimentflächen als KGS. Von den insgesamt 39 Grobsedimentflächen wurden somit 30 Flächen als KGS identifiziert. Legt man diese großmaßstäbigen KGS-Überprüfungen als verallgemeinerbare Verifizierungsrate für das Auffinden von KGS in Grobsedimentflächen aus Sidescanuntersuchungen zugrunde, so kann mit einer Wahrscheinlichkeit von 77% davon ausgegangen werden, dass bei korrekter Anwendung der KGS-Prüfkriterien aus der Kartieranleitung des BfN in derartigen Flächen der Biotoptyp vorliegt (s. Abbildung 6). KGS-Biotope außerhalb von derartig definierten Grobsedimentflächen, können mit diesem Ansatz allerdings nicht erkannt bzw. abgegrenzt werden. Von 5833 ha großmaßstäbig verifizierten KGS-Flächen (vgl. rot markierte Flächen aus Abbildung 6) innerhalb der durch Sidescanuntersuchungen auskartierten Bereiche des Borkum Riffgrunds und Sylter Außenriffs finden sich ca ha in den kleinmaßstäbig kartierten KGS-Flächen aus Ansatz 1 wieder. Dies entspricht einer flächenhaften Überlappung von ca. 47%. 16

24 Abbildung 6: Flächen, in denen mit einer Wahrscheinlichkeit von 77% KGS-Biotope gemäß Ansatz 1 anzutreffen sind. Rot markiert sind die aus Genehmigungsverfahren sowie den Untersuchungen des BfN großmaßstäbig abgegrenzten KGS. 3.2 Flächenhafte Abschätzung von KGS anhand biologischer und sedimentologischer Messdaten (Ansatz 2) Das Ergebnis der Verschneidung der Stationsdaten bzw. der dort verifizierten kleinmaßstäbigen KGS-Kriterien mit den Sedimentklassen der Karte von Laurer et al. (2014) bzw. der Sidescan- Karten aus dem AWZ-Projekt 6 ist den Tabellen 1 und 2 zu entnehmen. Es zeigte sich für beide Kartengrundlagen, dass das Sedimentkriterium in den Grobsedimentflächen insgesamt nicht durch mindestens 50% der dort enthaltenden Stationsdaten erfüllt werden konnte (und somit keine KGS-Biotope auskartiert werden konnten). In den Grobsedimenten der Karte von Laurer er al. (2014) betrifft dies lediglich 32,6% der Stationen, in der Karte aus dem AWZ-Projekt 6 32,8% aller in Grobsedimentflächen verorteten Stationen. Demzufolge wurde in beiden Fällen nach Grobsedimenttypen differenziert: Für die Karte nach Laurer et al. (2014) erfolgte dies gemäß der bei Bildstein et al. (2014) dokumentierten KGS-Verdachtsflächen (Mittel- bis Grobsande und 17

25 Grobsande mit weniger als 20% Schlick sowie Kiese und Steine ). Für die aus Sidescan-Daten abgeleitete Karte aus dem AWZ-Projekt 6 wurde auf die ursprünglichen Sedimentkategorien der Ebene A zurückgegriffen. Der Vollständigkeit halber enthalten die Tabellen 1 und 2 auch die feineren Sedimente 6. Tabelle 1 zeigt die Anzahl von Stationen, für die das Sediment- bzw. Artenkriterium in den vereinfachten Sedimentklassen nach Laurer et al. (2014) verifiziert bzw. nicht verifiziert werden konnten. Es lassen sich folgende Auffälligkeiten festhalten: Die Grobsedimentflächen innerhalb des Borkum Riffgrunds und des Sylter Außenriffs insgesamt zeigen gegenüber den übrigen Schutzgebietsflächen (mit feineren Sedimenten) deutlich erhöhte Anteile von Stationen auf, an denen das KGS-Sedimentkriterium erfüllt ist (32,6% gegenüber 5%). Eine entsprechende Tendenz zeigt sich auch im Hinblick auf die Erfüllung des Artenkriteriums (72,8% gegenüber 40,3%). Von allen Grobsedimenttypen aus der Karte von Laurer et al. (2014) zeigen nur die Grobsande mindestens 50% an Stationen, für die das kleinmaßstäbige Sedimentkriterium erfüllt ist (65,9%). Für die Mittel- bis Grobsande sind es lediglich 19,2%, in den als Kiese und Steine ausgewiesenen Flächen konnten 43,9% der Stationen ausgemacht werden, für die das Sedimentkriterium positiv verifiziert werden konnte. Für das Artenkriterium zeigen alle Grobsedimenttypen mindestens 50% an Stationen, die positiv verifiziert werden konnten (Mittel- bis Grobsande: 65,4%, Grobsande: 85,8%, Kiese und Steine: 78,6%). 6 Aus der Karte von Laurer et al. (2014) wurden alle Sedimenttypen mit mindestens 20% Schlickanteil sowie die Fein- und Mittelsande zu feineren Sedimenten zusammengefasst. 18

26 Tabelle 1: Prüfung kleinmaßstäbige Kartierkriterien für vereinfachte Sedimentkategorien aus Laurer et al. (2014) in den Schutzgebieten Borkum Riffgrund und Sylter Außenriff blau markiert sind die Grobsedimenttypen Stationen mit > 50% Grobsediment Sedimenttyp Nein Ja Summe Mittel- bis Grobsand ,2 Grobsand ,9 Kiese und Steine ,9 32,6 Feineres Sediment ,0 Summe ,0 Stationen mit => 2 KGS-Arten Sedimenttyp Nein Ja Summe Ja [%] Ja [%] Mittel- bis Grobsand ,4 Grobsand ,8 Kiese und Steine ,6 72,8 Feineres Sediment ,3 Summe ,7 Abbildung 7: Flächen, in denen gemäß Ansatz 2 mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 50% KGS- Biotope anzutreffen sind. Rot markiert sind die aus Genehmigungsverfahren sowie den Untersuchungen des BfN großmaßstäbig abgegrenzten KGS. 19

27 Nur die Grobsande im Borkum Riffgrund und im Sylter Außenriff zeigen somit mindestens 50% an Stationen, für die beide Kartierkriterien zutreffen. Diese Areale werden somit als kleinmaßstäbig auskartierte KGS-Biotope aus dem Ansatz 2 festgelegt. Da beide Kriterien zu dem mit einer relativen Häufigkeit von mindestens 65,9 % zutreffen, kann davon ausgegangen werden, dass der Biotoptyp hier mit großer Wahrscheinlichkeit vorliegt. Die flächenhafte Verteilung der entsprechenden Flächen sind der Abbildung 7 zu entnehmen. Die Überschneidung dieser kleinmaßstäbig kartierten KGS-Biotope mit den großmaßstäbig ausgewiesenen KGS-Flächen aus UVS und aus der von Schuchardt al. (2016) durchgeführten Untersuchung beträgt allerdings lediglich 16,2%. Tabelle 2 zeigt die Anzahl von Stationen, für die das Sediment- bzw. Artenkriterium in den Sedimentklassen der Ebene A der Karten von Holler & Bartholomäe (unpublished) sowie Papenmeier & Hass (unpublished) verifiziert bzw. nicht verifiziert werden konnten. Es lassen sich folgende Auffälligkeiten festhalten: Die Grobsedimentflächen innerhalb des Borkum Riffgrunds und des Sylter Außenriffs insgesamt zeigen gegenüber den übrigen Schutzgebietsflächen (mit feineren Sedimenten) im Schnitt deutlich erhöhte Anteile von Stationen auf, an denen das KGS-Sedimentkriterium erfüllt ist (32,8% gegenüber 10%). Eine ähnliche Tendenz zeigt sich auch im Hinblick auf die Erfüllung des Artenkriteriums (72,8% gegenüber 44%). Von allen Grobsedimenttypen aus der Karte von Laurer et al. (2014) zeigen nur die Klassen CSed+S (4 von 8 Stationen) und S-LagSed (6 von 11 Stationen) mindestens 50% an Stationen, an denen das Sedimentkriterium verifiziert werden konnte. Für das Artenkriterium zeigen bis auf einen Fall (LagSed) alle Grobsedimenttypen mindestens 50% an Stationen, die positiv verifiziert werden konnten. Nur zwei Grobsandtypen im Borkum Riffgrund und im Sylter Außenriff zeigen somit für mehr als 50% der Stationen ein Zutreffen beider Kartierkriterien. Da diese nur mit sehr wenigen Stationen besetzt sind (Die Klasse CSed mit 8 bzw. 3 Stationen sowie LagSed mit 11 bzw. 1 Station für die Überprüfung des Sediment- bzw- Artenkriteriums) wurde von einer Festlegung entsprechender Flächen als kleinmaßstäbig kartierte KGS-Biotope abgesehen. Für die aus dem AWZ-Projekt 6 resultierenden Sedimentkarten erfolgte im Ansatz 2 somit keine flächendeckende Abschätzung von KGS-Biotopen. 20

28 Tabelle 2: Prüfung kleinmaßstäbige Kartierkriterien für Sedimentkategorien AWZ-Projekt 6 (Ebene A) in den Schutzgebieten Borkum Riffgrund und Sylter Außenriff blau markiert sind die Grobsedimenttypen Stationen mit > 50% Grobsediment Sedimenttyp Nein Ja Summe CSed ,0 CSed+LagSed ,0 Csed-LagSed ,3 (CSed-LagSed)+S ,0 CSed+S ,0 CSed-S ,0 LagSed ,9 LagSed+CSed ,5 LagSed+S ,6 S+CSed ,3 S+LagSed ,9 S-LagSed ,5 S-CSed ,5 32,8 S ,1 FSed ,0 Fsed-S 5 5 0,0 Summe ,2 Stationen mit => 2 KGS-Arten Sedimenttyp Nein Ja Summe Ja [%] Ja [%] CSed ,7 CSed+LagSed ,0 CSed-LagSed ,0 CSed+S ,0 CSed-S ,0 LagSed ,4 LagSed+CSed ,7 LagSed+S ,0 S+CSed ,3 S+LagSed ,0 S-CSed ,0 S-LagSed ,0 82,8 S ,2 FSed ,0 Summe ,0 21

29 3.3 Flächenhafte Modellierung von KGS-Flächen unter Einbindung vorhandener Sedimentklassifikationen (Ansatz 3) Die Ergebnisse der flächenhaften Modellierung von KGS mit Random Forests für alle vier Varianten sind in den Tabellen 3 und 4 sowie den Abbildungen 8 bis 11 wiedergegeben. Tabelle 3 zeigt die globalen Random Forests Fehlklassifikationraten im Durchschnitt (Spalte Mittel ) sowie differenziert nach Nicht-Zutreffen (Spalte Trifft n. zu ) und Zutreffen (Spalte Trifft zu ) für das Sedimentkriteriums (links) und das Artenkriterium (rechts) (s. Kap ). Tabelle 4 listet die prozentualen Flächenanteile der aggregierten Sedimentklassen der Karte von Laurer et al. (2014) und der Sidescan-Karten aus dem AWZ-Projekt 6 (Ebene A) für die modellierten KGS-Flächen auf. In den vier Abbildungen sind die Ergebnisse der Random Forests Modellierungen kartografisch veranschaulicht. Dargestellt sind dabei jeweils die modellierten KGS-Biotope selbst sowie die diesen zugrundeliegenden modellierten Flächen, für die das Zutreffen des Sediment- und Artenkriterium mit ausreichender Wahrscheinlichkeit vorhergesagt werden konnte (grün bzw. braun kolorierte Flächenareale). Entsprechend der Vorgehensweise im Ansatz 1 und 2 sind auch hier die großmaßstäbig verifizierten KGS-Flächen aus den UVS und den aktuell durchgeführten KGS- Untersuchungen in den Karten mit dargestellt. Tabelle 3: Zusammenfassung aller Random Forests Fehlklassifikationsraten für das Sedimentkriterium (links) sowie das Artenkriterium (rechts) für alle vier Varianten sowie den Ansatz 4 Sedimentkriterium Artenkriterium Fehlklassifikationen Fehlklassifikationen Mittel Trifft n. zu Trifft zu Mittel Trifft n. zu Trifft zu Variante 1 16,4 15,0 22,7 24,1 27,9 21,4 Variante 2 21,4 19,8 29,1 25,2 27,9 23,4 Variante 3 15,7 14,4 22,3 25,0 30,7 21,1 Variante 4 15,1 14,6 17,6 22,3 23,6 21,1 Ansatz 4 21,6 20,7 26,0 21,4 20,8 21,8 22

30 Tabelle 4: Prozentuale Flächenanteile von vereinfachten Sedimentklassen der Karte von Laurer et al (2014) und der Sidescan-Karte für modellierte KGS-Flächen für alle vier Varianten sowie den Ansatz 4 Flächenprozent [%] Laurer et al. (2014) Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Ansatz 4 cs 44,4 27,9 48,3 47,0 26,0 fs 8,4 17,8 4,9 4,8 20,3 M 0,2 0,3 0,1 0,1 0,3 mcs 25,8 43,1 24,7 32,3 37,1 ms 2,5 0,0 2,1 1,7 8,1 Kiese und Steine 18,7 10,9 19,9 14,2 8,1 Summe 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 Sidescan-Klassen Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Ansatz 4 CSed 33,1 40,2 22,8 22,2 15,5 CSed+S 1,4 1,7 1,2 1,0 0,8 CSed-S 4,9 5,4 4,3 3,3 2,3 S 47,3 39,2 57,9 60,5 44,8 S+CSed 6,7 5,4 7,8 6,8 4,4 S-CSed 6,7 8,0 5,9 6,1 3,6 Summe 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 Das Ergebnis der modellierten KGS-Flächen aus Variante 1 ist der Abbildung 8 zu entnehmen. Die den Flächen zugrundeliegenden Random Forests Modellierungen des Sediment- und Artenkriteriums zeigen im Mittel sehr geringe (Sedimentkriterium 16,4%) bis geringe (Artenkriterium 24,1%) Fehlklassifikationsraten (Tabelle 3). Auch die Fehlklassifikationen für das Zutreffen der Kriterien liegen jeweils in einem niedrigen Bereich (< 23%). Gemäß der Mean Decrease Accuracy ist die Sedimentklassifikation aus Laurer et al. (2014) der Sidescan-Karten der wichtigste Prädiktor für die Modellierung des Sedimentkriteriums, gefolgt von geostatistisch interpolierten Kiesanteilen und den Sedimentklassen gemäß Holler & Bartholomäe (unpublished) sowie Papenmeier & Hass (unpublished). Für das Artenkriterium zeigt sich letztere Variable als wichtigster Prädiktor gefolgt von der Kiesfraktion. Die über Verschneidung ermittelten KGS-Biotopflächen umfassen insgesamt ca ha. Innerhalb dieser Flächen liegt die Wahrscheinlichkeit des Zutreffens beider Kriterien jeweils bei ca. 70%. Dies gilt gleichermaßen für die Modellierungsergebnisse der anderen drei Varianten 2, 3 und 4. Die modellierten KGS-Biotope bestehen zu 88,9% aus Flächen, die gemäß der Karte von Laurer et al. (2014) den Grobsedimenttypen zuzuordnen sind (Tabelle 4 Grobsande: 44,4%; Mittel- bis 23

31 Grobsande: 25,8; Kiese und Steine: 18,7%). Für die fertigen Auswertungen der Sidescan-Daten von Holler & Bartholomäe (unpublished) sowie Papenmeier & Hass (unpublished) beträgt der Flächenanteil an Grobsedimentflächen 52,7%. Abbildung 8: Modellierte KGS-Biotope aus Ansatz 3, Variante 1 (gelb markiert) - mittlere globale Fehlklassifikationsraten: 16,4% (Sedimentkriterium) bzw. 24,1% (Artenkriterium); Rot markiert sind die aus Genehmigungsverfahren sowie den Untersuchungen des BfN großmaßstäbig abgegrenzten KGS. Von 5833 ha großmaßstäbig verifizierten KGS-Flächen (vgl. rot markierte Flächen aus Abbildung 8) innerhalb der durch Sidescanuntersuchungen auskartierten Bereiche des Borkum Riffgrunds und Sylter Außenriffs finden sich ca ha in den kleinmaßstäbig kartierten KGS-Flächen aus Ansatz 1 wieder. Dies entspricht einer prozentualen Überlappung von ca. 60%. Abbildung 9 zeigt das Ergebnis der modellierten KGS-Flächen aus Variante 2. Die Random Forests Modellierungen des Sediment- und Artenkriteriums zeigen im Mittel geringe (Sedimentkriterium: 21,4 %; Artenkriterium: 25,2%) Fehlklassifikationsraten (Tabelle 3). Im Vergleich zu den anderen Varianten zeigen sie damit allerdings die höchsten Fehlklassifikationen auf. Gleiches gilt für das 24

32 Auffinden von Ereignissen, an denen mindestens 50% Grobsedimentanteil im Greifer zu erwarten sind (Sedimentkriterium: 29,1%) sowie das Auffinden der zwei KGS-Arten an den Infauna- Stationen (Artenkriterium: 23,4%). Für die Modellierung des Sedimentkriteriums zeigen sich in der Variante 2 die Sedimentklassen gemäß Holler & Bartholomäe (unpublished) sowie Papenmeier & Hass (unpublished) sowie die geostatistisch interpolierten Kiesanteilen als wichtigste Prädiktoren. Gleiches gilt in umgekehrter Reihenfolge für die Modellierung des Artenkriteriums. Die Sedimentklassifikation aus den Sidescan-Karten zeigen sich in der Variante 2 als der wichtigste Prädiktor für die Modellierung des Sediment- und des Artenkriteriums, gefolgt von den Kiesanteilen in der Gesamtfraktion. Abbildung 9: Modellierte KGS-Biotope aus Ansatz 3, Variante 2 (gelb markiert) - mittlere globale Fehlklassifikationsraten: 21,4% (Sedimentkriterium) bzw. 25,2% (Artenkriterium); Rot markiert sind die aus Genehmigungsverfahren sowie den Untersuchungen des BfN großmaßstäbig abgegrenzten KGS. 25

33 Die modellierten KGS-Biotopflächen umfassen insgesamt ca ha. Es finden sich dort zu 81,9% Flächen, die gemäß der Karte von Laurer et al. (2014) den Grobsedimenttypen zuzuordnen sind (Tabelle 4 Grobsande: 27,9%; Mittel- bis Grobsande: 43,1; Kiese und Steine: 10,9%). Für die fertigen Auswertungen der Sidescan-Daten beträgt der innerhalb der modellierten KGS-Biotope liegende Anteil an Grobsedimentflächen 60,8%. Von 5833 ha großmaßstäbig verifizierten KGS-Flächen (vgl. rot markierte Flächen aus Abbildung 9) innerhalb der durch Sidescanuntersuchungen auskartierten Bereiche des Borkum Riffgrunds und Sylter Außenriffs finden sich ca ha in den kleinmaßstäbig kartierten KGS-Flächen der Variante 2. Somit werden ca. 66% der aus dem Genehmigungsverfahren und der Untersuchung von Schuchardt et al. (2016) abgegrenzten Flächen durch die kleinmaßstäbige KGS-Modellierung abgedeckt. Die modellierten KGS-Flächen aus Variante 3 sind der Abbildung 10 zu entnehmen. Die Random Forests Modellierungen des Sediment- und Artenkriteriums zeigen im Mittel sehr geringe (Sedimentkriterium 15,7%) bis geringe (Artenkriterium 25%) Fehlklassifikationsraten (Tabelle 3). Auch die Fehlklassifikationen für die positive Verifizierung des Sediment- bzw. Artenkriteriums liegen jeweils in einem niedrigen Bereich (< 23%). In der Variante 3 sind die Sedimentklassen aus Laurer et al. (2014) der mit Abstand wichtigste Prädiktor für die Modellierung des Sedimentkriteriums gefolgt von den geostatistisch interpolierten Kiesanteilen sowie topografischen Variablen. Für das Artenkriterium ist die Kiesfraktion der wichtigste Prädiktor, die Sedimentklassen von Laurer et al. (2014) rangieren auf dem fünften Platz. Die ermittelten KGS-Biotopflächen umfassen insgesamt ca ha und bestehen zu 92,9% aus Flächen, die gemäß der Karte von Laurer et al. (2014) den Grobsedimenttypen zuzuordnen sind (Tabelle 4 Grobsande: 48,3%; Mittel- bis Grobsande: 24,7; Kiese und Steine: 19,9%). Für die fertige Auswertungen aus dem AWZ-Projekt 6 beträgt der Flächenanteil an Grobsedimentflächen 42,1%. Von 5833 ha großmaßstäbig verifizierten KGS-Flächen (vgl. rot markierte Flächen aus Abbildung 9) innerhalb der durch Sidescanuntersuchungen auskartierten Bereiche des Borkum Riffgrunds und Sylter Außenriffs finden sich ca ha (= 56% der großmaßstäbig verifzierten KGS-Biotope) in den kleinmaßstäbig kartierten KGS-Flächen aus Ansatz 3 wieder. 26