Potentielle Verbreitung von Gefäßpflanzen

Das Projektteam bewertete die Zusammenhänge zwischen der Verbreitung einer Pflanzenart und ihrer Umgebung statistisch mit Hilfe der Beziehung zwischen Standort und Vorkommen. Dabei nutzte es digitale Vegetationskartierungen, Luftbildauswertungen und Standortskartierungen, etwa 3000 pflanzensoziologische Aufnahmepunkte seit 1960 und die wichtigsten Umgebungsfaktoren in Form von digitalen thematischen Karten im GIS, um die potentielle Verbreitung von ungefähr 300 Gefäßpflanzen zu berechnen. Anschließend verglich es die Standortspartner mit dem Auftreten der Pflanzen und ermittelte auf diese Weise Verbreitungswahrscheinlichkeiten für den gesamten Nationalpark. Im Geografischen Informationssystem erprobte das Team schließlich die Simulation der potentiellen Verbreitungsmuster und entwickelte ein räumlich explizites Modell zur Einzelpflanze.

 

Mag. Doris Huber und Peter Hecht beendeten das aus Mitteln der Nationalparkverwaltung finanzierte Projekt Ende 2002 erfolgreich.

 

Projektbetreuung:

Helmut Franz

 

Projektdurchführung:

Doris Huber und Peter Hecht

 

Ausführliche Informationen

Aufgrund durchgeführter vegetationskundlicher Arbeiten im Nationalpark Berchtesgaden stehen ca. 3000 pflanzensoziologisch untersuchte Flächen als Punktdaten im Geographischen Informationssystem zur Verfügung. Durch Verknüpfung mit verschiedensten Datengrundlagen sowie der Vegetationskarte im GIS sollen Verbreitungskarten erstellt werden.

 

Computerunterstützte Verbreitungsmodelle werden zumeist nach zwei unterschiedlichen Modellarten erstellt, die je nach Datengrundlage dem Fundortmodell bzw. dem Expertenmodell zugrunde liegen. Das vorliegende Verfahren entscheidet sich nicht für eines dieser Modelle, sondern versucht, beide Methoden zu verknüpfen. Aufbauend auf das Fundortmodell, das vorläufig realisiert ist, soll künftig ein Expertenmodell mit eingebunden werden.

 

Zur Modellierung der Pflanzenverbreitung stellt die digitale Vegetationskarte, die auf der Basis vorhandener Vegetationskartierungen und durch Luftbildinterpretation erstellt wurde, eine wichtige Grundlage dar. Durch die Überlagerung mit thematischen Karten – Höhe, Exposition, Inklination – werden nach der Verschneidung mit den digitalen Punktdaten jeder Pflanzenart mehrere Parameter zugewiesen. Mit statistischen Analysen werden die ökologischen Faktoren ausgewertet und daraus die artspezifischen Standortsansprüche abgeleitet.

Grundlagen

Vegetationskundliche Daten in digitaler Form sind die Voraussetzung zur Berechnung von Verbreitungsmodellen.

 

Die zwei wichtigsten Komponenten sind:

 

  • eine große Anzahl an vegetationskundlichem Aufnahmematerial aus der Geländearbeit (pflanzensoziologische und -spezifische Daten)
  • die digitale Vegetationskarte als vegetationsbeschreibende Datengrundlage

Vegetationskarte

Aufgrund der langjährigen Tradition botanischer Forschung liegen im Nationalpark Berchtesgaden - wie kaum in einem anderen Gebiet der Alpen - eine Vielzahl an floristischen und vegetationskundlichen Arbeiten vor. Von den zahlreichen Untersuchungen wurden folgende fünf Arbeiten für die Vegetationskarte herangezogen:

 

  • Untersuchungen der Pflanzengesellschaften des Nationalparks (LIPPERT 1996).
  • Forschungsarbeit über die Waldgesellschaften des Nationalparks (STORCH 1985).
  • Kartierung im subalpinen/alpinen Bereich im Rahmen des 'MAB- Programms' (HERMANN ET AL. 1988).
  • Untersuchung über die Vegetation der Almen von SPRINGER & SPATZ (1985)
  • Pflanzensoziologische Arbeiten im Wimbachgries von THIELE (1978).

 

Die noch unkartierten Bereiche des Nationalparks wurden mittels Luftbild interpretiert, und dadurch die Lücken der Vegetationskarte geschlossen.

Vegetationskundliche Untersuchungen

Zur Überpfrüfung der Modelle liegt eine umfangreiche Datenbasis von ca. 3000 pflanzensoziologischen Aufnahmen vor. Im Zuge der Vegetationskartierungen wurden die jeweiligen Aufnahmeorte von den Erfassern in topographische Karten eingezeichnet und später ins Geografische Informationssystem überführt.

 

Ein wichtiger Bestandteil der ca 3000 pflanzensoziologischen Aufnahmen sind die Beschreibungen der standörtlichen Gegebenheiten in den Aufnahmeflächen, die in einer Datenbank abgelegt wurden. Dadurch sind zu jedem dieser Aufnahmepunkte neben der zugehörigen Artenliste wertvolle Informationen wie die Höhe des Aufnahmeortes ü. NN., die Neigung, Exposition und andere Parameter vorhanden und im Zuge der Erfassung in einer Datenbank abgelegt worden. Jene Standortparameter, die im Modell Verwendung finden, wurden der Datenbank entnommen und statistisch ausgewertet.

Weitere Berechnungsgrundlagen

Die im GIS vorhandenen thematischen Datenschichten, wie z.B. Höhe, Exposition, Inklination wurden zur Erstellung des Fundortmodells herangezogen. Die thematischen Karten über die Bodenverhältnisse, Geologie etc. des Nationalparks sowie die artspezifischen Standortmerkmale allgemein (Zeigerwerte, Gesellschaftszugehörigkeit, etc.) und speziell für den Nationalparks (Einzelfundangaben usw.) fließen - soweit sinnvoll - in das künftige Modell ein.

Methodische Konzeption

Die Herstellung der simulierten Verbreitungskarten basiert auf folgenden Schritten
(vgl. KIENAST ET AL 1994):

 

Prüfung der Punktdaten: Die Standortinformationen der pflanzensoziologischen Aufnahmen werden auf ihre Gültigkeit überprüft.

 

Datenaufbereitung von nationalparkweit verfügbaren Standortsfaktoren im GIS: Flächendeckend erhobene, digitale Daten - Digitales Höhenmodell (DHM), thematische Karten - bilden die landschaftsökologische Datenbasis.

 

  • Aufbau einer floristisch-ökologischen Datenbank
  • Verknüpfung der Datengrundlagen: Durch Verknüpfung der Punktdaten mit der landschaftsökologischen Datenbasis und der Botanischen Datenbank erfolgt die Zuordnung der Umgebungsfaktoren zum Standort.
  • Auswertung: Die Standortsvariablen werden in statistische Beziehung zum Pflanzenvorkommen gebracht und ihr Zusammenhang zum Auftreten bzw. ihre Abhängigkeit untereinander festgestellt.
  • Modelltest für ausgewählte Pflanzenarten: Die Auswertungsergebnisse werden im Geographischen Informationssystem umgesetzt und für ausgewählte Pflanzenarten die räumliche Verteilung erzeugt.
  • Modellvalidierung: Die Überprüfung des Modells erfolgt an einem unabhängigen Datensatz, der nicht zur Modellerstellung verwendet wurde.
  • Modellevaluierung anhand von Felderhebungen: Um zur geeigneten Methode zu gelangen, ist die Geländearbeit letztlich der entscheidende Teil, in dem die Plausibilität des Modells durch Vergleich der digitalen mit den realen Daten anhand von Testgebieten überprüft wird, und dadurch Korrekturen bzw. Impulse in das Verfahren einfließen.

Botanische Datenbank

Für zukünftige Modellbildungen wird eine floristisch-ökologische Datenbank erstellt, in der die artspezifischen Faktoren aus der Fachliteratur eingebunden sind. Zu diesem Zweck erfolgte die Erstellung einer vorläufigen, projektbezogenen Eingabemaske mit ORACLE-Forms.

 

Die Datenbank enthält für jede Pflanzenart des Nationalparks Berchtesgaden (über 1000 Arten) die Angaben aus der Fachliteratur über die Standortansprüche und ökologischen Faktoren, die sie charakterisieren:

 

  • Zeigerwerte (nach ELLENBERG ET AL. 1991, LANDOLDT 1977)
  • Gesellschaftszugehörigkeit (nach OBERDORFER 1994)
  • Standort, Höhenangaben, Häufigkeit, etc (nach OBERDORFER 1994 - Exkursionsflora von Deutschland, ADLER ET AL. 1994 - Exkursionsflora von Österreich)
  • Weitere Angaben aus der Fachliteratur

 

Ebenso sind die Informationen des letzten botanischen Forschungsberichtes über die Farn- und Blütenpflanzen des Nationalparkes(LIPPERT ET AL. 1998) verarbeitet, da sie vor allem bei seltenen Arten wichtige Einzelfundangaben enthalten.

 

Die Einbeziehung der Faktoren in die künftige Berechnung erfolgt entweder durch Berücksichtigung in der Rechenvorschrift oder durch die Verschneidung mit thematischen Karten des Nationalparks, wie z. B. geologische, klimatische oder Bodenkarten.

Relationales Datenbankmodell

Die Zuordnung der Pflanzenarten zu aufnahmepunkt- und artspezifischen Daten erfolgt in der Datenbank über mehrere Relationen.

Ergebnisse

Die Ergebnisse werden in einem gesonderten Abschnitt dargestellt und sind eine Auswahl der bisherigen Modellberechnungen, wobei verschiedene Spektren der Vorkommenshäufigkeit gezeigt werden. So ist z. B. das Zweiblütige Veilchen ein Vertreter jener Pflanzen, die beinahe im ganzen Nationalpark vorkommen - im Gegensatz dazu ist das Tauernblümchen dargestellt, das nur Einzelvorkommen besitzt.

 

Die Beispiele zeigen die unterschiedliche Verbreitung der Pflanzen im Nationalpark Berchtesgaden, die sowohl häufiges, regionales sowie punktuelles Vorkommen besitzen. Hier gilt es, die Grenzen zwischen flächiger und punktueller Darstellung festzulegen.

Aufgrund der Komplexität der Wechselbeziehungen und der individuellen Faktoren der Einzelart ist es schwierig, eindeutige Schlüsse zu ziehen und zu generalisieren. Erst das Zusammenwirken der abiotischen und biotischen Faktoren sowie der historischen Entwicklung lassen die Verteilungsmuster der Pflanze zustandekommen. Die Aufgabe in der Weiterführung des Projektes wird es sein, diese Faktoren soweit als möglich zu berücksichtigen, sofern deren Einberechnung zu plausiblen Aussagen führen.

Ausblick

Die Verknüpfung von räumlichen Daten ermöglicht es, aussagekräftige Auswertungen durchzuführen. Die Verschneidung der Verbreitungskarten mit anderen Disziplinen der Forschung bietet eine Vielzahl an interessanten Auswertungsmöglichkeiten. Zum Beispiel können Habitatsmodelle von Tierarten, im besonderen von Nahrungsspezialisten, die an eine Pflanzenart gebunden sind, berechnet werden.

 

Wichtige Aufgaben statistischer Modelle liegen auch im Bereich des Umweltmonitorings oder in Aussagen zum Artenschutz. Die Aufgabe der Pflanzenökologie geht nachWILDI (1986) auch dahin, Veränderungen und zukünftige Zustände vorauszusagen. Die raum-zeitliche Darstellung der Vegetationsverteilung bietet sich hier an, um Veränderungen der Vegetation bedingt durch Umwelteinflüsse abzuschätzen (KIENAST ET AL. 1998)

Die Ergebnisse des Projektes sollen aber vor allem dazu beitragen, Einsicht in den naturräumlichen Reichtum und der damit einhergehenden ökologischen Vielfalt des Nationalparks zu erhalten.

Literatur

  • ADLER W., OSWALD K., FISCHER R. (1994): Exkursionsflora von Österreich. - Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart, Wien, 1180 pp.
  • ELLENBERG H. ET AL. (1991): Zeigerwerte von Pflanzen Mitteleuropa. Scripta Geobot. 18: 1-258
  • HERMANN TH. ET AL. (1988): MAB-Projekt 6 Ökosystemforschung Berchtesgaden. - Abschlußbericht Fachbereich 02, Band D/II
  • KIENAST F., BRZEZIECKI B., WILDI O. (1994): Computergestützte Simulation der räumlichen Verteilung naturnaher Waldgesellschaften in der Schweiz. - Schweiz. Z. Forstwesen 145(4): 293-309
  • .KIENAST F, WILDI O.,BRZEZIECKI B., ZIMMEMANN N., LEMM R. (1998): Klimaänderungen und mögliche langfristige Auswirkungen auf die Vegetation der Schweiz. - vdf - Hochschulverlag AG an der ETH Zürich, 71 S.
  • LANDOLDT E. (1977): Ökologische Zeigerwerte zur Schweizer Flora. Veröff. Geobot. Inst. ETH, Stift. Rübel, Zürich 64: 1-208
  • LIPPERT W. (1966): Die Pflanzengesellschaften des Naturschutzgebietes Berchtesgaden. - Ber. Bayer. Bot. Ges. 39: 67-122
  • LIPPERT W., SPRINGER S., WUNDER H. (1997): Die Farn- und Blütenpflanzen des Nationalparks. - Nationalpark Berchtesgaden, Forschungsberichte 37: 1 -128
  • OBERDORFER E. (1994): Pflanzensoziologische Exkursionsflora. 7. Aufl.- Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart, Wien, 1050 pp.
  • SPRINGER S., SPATZ G. (1985): MAB-Projekt 6: Ökosystemforschung Berchtesgaden: Günlandkartierung auf Almen im Alpenpark Berchtesgaden-Abschlußbericht. - Lehrstuhl für Grünlandlehre und Futterbau der TU München-Weihenstephan. 165 S., Freising.
  • STORCH M. (1985): Vegetationskundliche Kartierung der Wälder im Alpenpark Berchtesgaden. Forschungsbericht, 96 S.
  • WILDI O. (1986): Analyse vegetationskundlicher Daten. Theorie und Einsatz statistischer Methoden. – Veröff. Geobot. Inst. ETH Stift. Rübel 90: 1- 226
  • THIELE K. (1978): Vegetationskundliche und pflanzenökologische Untersuchungen im Wimbachgries . – Aus den Naturschutzgebieten Bayerns 1: 1 - 74, München.


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