Der Schutz der biologischen Vielfalt ist eine gesellschaftlich sehr wichtige Aufgabe, deren Bedeutung in den letzten Jahrzehnten zunehmend auch politisch erkannt wird. Nationale wie globale Zielsetzungen, den Verlust der biologischen Vielfalt aufzuhalten und eine positive Trendwende zu erreichen, wurden bislang allerdings verfehlt. Als wichtige Ursachen für den Verlust der Artenvielfalt werden sowohl der Landnutzungswandel als auch Klimaveränderungen gesehen. Landnutzungsintensivierungen haben insbesondere seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts zu einem zunehmenden Rückgang der Artenvielfalt in der Agrarlandschaft geführt. Die Ursachen für diesen Rückgang sind vielfältig. Sie umfassen eine Abnahme der Nahrungsgrundlage vieler Arten, u.a. durch den Einsatz von Herbiziden und Insektiziden, und den Verlust von geeigneten Fortpflanzungs- und Nahrungshabitaten durch einen Rückgang der Strukturvielfalt und des Anteils naturnaher Habitate. Seit Ende des 20. Jahrhunderts rückt zunehmend auch der Klimawandel als Einflussgröße für den Rückgang der Artenvielfalt in den Fokus. Einhergehend mit steigenden Temperaturen wurden bereits Verschiebungen von Verbreitungsgrenzen und Veränderungen in der Phänologie von Arten beobachtet. Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts werden neben weiter steigenden Temperaturen die Zunahme von Hitzewellen und extremen Niederschlagsereignissen, eine Veränderung der Niederschlagsverhältnisse und ein weiterer Anstieg des Meeresspiegels erwartet.
Zwischen Klima und Landnutzung gibt es vielfältige Wechselwirkungen und sich gegenseitig verstärkende Effekte - auch in ihrer Wirkung auf einzelne Arten und die biologische Vielfalt. Hier gilt es, Methoden zur Erfassung und Bewertung von Auswirkungen landnutzungs- und klimawandelbedingter Umweltveränderungen zu entwickeln und aufzuzeigen, durch welche Maßnahmen negative Auswirkungen auf die Artenvielfalt vermieden oder vermindert werden können. Akteure zur Umsetzung solcher Maßnahmen sind einerseits der behördliche und ehrenamtliche Naturschutz. Andererseits ist gerade in der Agrarlandschaft auch die Einbindung von Landwirten entscheidend, um möglichst dauerhafte und großflächige Wirkungen zu erzielen.
Ein Weg der Einbindung von Landwirten in naturschutzfachliche Maßnahmenprogramme führt über die lebensmittelerzeugenden Unternehmen, die Abnehmer ihrer Produkte sind. Solche Unternehmen, gerade aus der Biobranche, suchen zunehmend nach Möglichkeiten, ihren Kunden transparent und glaubwürdig zu kommunizieren, was ihre Zulieferlandwirte für den Erhalt und die Förderung der Artenvielfalt leisten. Flächendeckende Vor-Ort-Erfassungen von Arten sind dabei aber sowohl aus Kosten- als auch aus Zeitgründen unrealistisch. Einfache Modelle bzw. Indikatorensets, die die Artenvielfalt auf landwirtschaftlichen Flächen valide abbilden und dabei zeiteffizient und praxisnah in der Datenerhebung und Anwendung sind, werden daher dringend benötigt, fehlen aber bislang. Auf Basis solcher Modelle können auch Maßnahmen für die Betriebsebene und deren Potenzial zur Steigerung der Artenvielfalt abgeleitet werden.
Im Hinblick auf Auswirkungen des Klimawandels auf Tierarten fehlen derzeit vor allem auf regionaler Ebene Einschätzungen über die Empfindlichkeit von Artengemeinschaften gegenüber den projizierten Klimaänderungen und darüber, wie sich klimabedingte Arealverschiebungen auf die Zusammensetzung regionaler Artengemeinschaften auswirken könnten. Solche Einschätzungen braucht es aber, um den naturschutzfachlichen Handlungsbedarf für Anpassungsstrategien und -maßnahmen zu identifizieren und zu konkretisieren. Zu entsprechenden Anpassungsmaßnahmen gibt es bereits eine Reihe von Empfehlungen, die allerdings häufig unspezifisch bleiben, so dass vielen Praktikern unklar ist, welche Maßnahmen Priorität haben und wie diese konkret umgesetzt werden sollen und können. Daher ist es erforderlich, solche allgemeinen Maßnahmenempfehlungen für die jeweilige regionale Ebene unter Berücksichtigung der Empfindlichkeit der dort vorkommenden Arten und möglicher klimabedingter Ein- und Abwanderungsprozesse zu konkretisieren.
Vor dem Hintergrund dieser Wissenslücken war das Ziel der vorliegenden Arbeit, einen Beitrag dazu zu leisten, Auswirkungen landnutzungs- und klimawandelbedingter Umweltveränderungen auf Tierarten auf der regionalen bzw. lokalen Ebene zu ermitteln und zu bewerten, um darauf aufbauend geeignete und für die jeweilige Ebene hinreichend konkrete naturschutzfachliche Maßnahmen zur Verminderung negativer Auswirkungen ableiten zu können. Dazu wurde exemplarisch für einzelne Regionen, Lebensräume und Tierartengruppen untersucht,
1) anhand welcher Indikatorensets und Modelle sich die Artenvielfalt auf der Ebene landwirtschaftlicher Betriebe praxistauglich, zeiteffizient und valide abbilden lässt,
2) an welchen Kriterien eine Empfindlichkeit von Tierarten gegenüber klimatischen Veränderungen auf naturräumlicher Ebene festgemacht werden kann,
3) wie sich ein klimawandelbedingter Turnover in Artengemeinschaften eines Naturraums abschätzen lässt,
4) welche Maßnahmen zum Erhalt und zur Förderung der Artenvielfalt basierend auf den Ergebnissen solcher Analysen auf lokaler und regionaler Ebene abgeleitet werden können,
5) welche Synergien sich im Hinblick auf Maßnahmen zur Verringerung negativer Auswirkungen von Klimawandel und Landnutzung ergeben und welche Grenzen die entwickelten Methoden zur Einschätzung solcher Auswirkungen aufweisen.
Hinsichtlich der Auswirkungen landnutzungsbedingter Umweltveränderungen auf Tierarten wurde untersucht, ob und wie sich die Artenvielfalt und mögliche Veränderungen durch die Landnutzung oder durch Naturschutzmaßnahmen auf der Ebene landwirtschaftlicher Betriebe mit Hilfe von einfach handhabbaren Modellen und Indikatorensets abbilden lassen. Dazu wurden in umfangreichen Literaturstudien mögliche Einflussvariablen identifiziert, die für die Artenvielfalt von Tagfaltern auf Rainen und die Artenvielfalt von Vögeln in Hecken sowie auf Äckern von Bedeutung sein können. Auf sieben über Deutschland verteilten landwirtschaftlichen Betrieben wurden sowohl Daten zu diesen möglichen Einflussvariablen erhoben als auch Erfassungen der Artengruppen Tagfalter und Vögel durchgeführt. Durch multiple lineare Regressionsanalysen wurden aus dem Set der möglichen Einflussvariablen anhand der auf den Betrieben erhobenen Daten diejenigen identifiziert, die die Artenvielfalt von Tagfaltern und Vögeln am besten vorhersagen. Bei Tagfaltern auf Rainen sind dies die Heterogenität der umgebenden Landschaft, der Mahdzeitpunkt, die Breite, Länge und das Gräser-Kräuter-Verhältnis des Rains sowie die Bewirtschaftungsart angrenzender Felder. Für die Artenvielfalt von Vögeln in Hecken wurden die Variablen Länge und Breite der Hecke, die Anzahl der Gehölzarten, das Vorkommen von Höhlen/Totholz, das Vorhandensein von Dornsträuchern sowie die Breite des angrenzenden Krautsaums als wichtigste Einflussfaktoren zur Vorhersage der Artenvielfalt ermittelt. Ein Modell zur Vorhersage der Artenvielfalt von Vögeln auf Äckern wurde verworfen, da die Ergebnisse deutlich von der Datenlage der Stichprobe geprägt waren und nur zum Teil den Erkenntnissen aus der zuvor durchgeführten Literaturstudie entsprachen.
Die aus den Modellergebnissen ableitbaren Maßnahmen für die Betriebsebene beziehen sich auf die jeweils bedeutsamen Einflussfaktoren - z.B. das Mahdregime bzw. den Mahdzeitpunkt bei Rainen und die Anlage oder Verbreitung von Krautsäumen zwischen Hecken und den an diese angrenzenden Feldern - und betreffen sowohl die Optimierung vorhandener Strukturen als auch die Neuanlage von Landschaftselementen. Diese stellen einen Baustein im Spektrum sinnvoller Maßnahmen auf landwirtschaftlichen Betrieben dar und sollten durch weitere flankiert werden. Dazu ist eine gesamtbetriebliche Perspektive wichtig, die die betriebs- und landschaftsraumspezifischen Voraussetzungen einbindet. Zur Unterstützung hierbei kann einerseits landwirtschaftliche Beratung, andererseits aber auch eine vom Landwirt selbst bedienbare naturschutzfachliche Managementsoftware dienen. In eine solche Software (MANUELA - Managementsystem Naturschutz für eine nachhaltige Landwirtschaft) wurden die in der vorliegenden Arbeit entwickelten Modelle bereits implementiert und ergänzen dort bereits vorhandene Tools, zum Beispiel zur Ermittlung und Bewertung der Pflanzenartenvielfalt auf Äckern, aber auch zum Landschaftsbild und zum Biotopverbund.
Hinsichtlich der Auswirkungen klimawandelbedingter Umweltveränderungen wurde untersucht, an welchen Kriterien sich eine Empfindlichkeit von Tierarten gegenüber solchen Umweltveränderungen auf naturräumlicher Ebene festmachen lässt und welche Eigenschaften eine Anpassung an sich ändernde Umweltbedingungen erschweren. Mit Hilfe einer auf solchen Kriterien basierenden Empfindlichkeitsanalyse wurde ermittelt, wie viele Tierarten in den naturräumlichen Regionen „Harz“ und „Lüneburger Heide und Wendland“ eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber klimawandelbedingten Umweltveränderungen aufweisen. Dabei wurden Vertreter der Artengruppen Brutvögel, Amphibien, Reptilien, Heuschrecken, Tagfalter und Libellen mit einbezogen. Eine voraussichtlich erhöhte Empfindlichkeit gegenüber spezifisch klimawandelbedingten Umweltveränderungen lässt sich bei jeweils ca. 39% der untersuchten Tierarten in den naturräumlichen Regionen „Harz“ und „Lüneburger Heide und Wendland“ feststellen. Dabei scheinen insgesamt mehr Arten negativ von einer Abnahme der Sommerniederschläge betroffen zu sein als von einer Erhöhung der Temperaturen. Weiterhin wurde ermittelt, wie klimabedingte Veränderungen der Zusammensetzung von Vogellebensgemeinschaften in einem Naturraum abgeschätzt und Prognosen über mögliche klimabedingte Zu- und Abwanderungen von Arten getroffen werden können. Dazu wurde der Artenpool des Naturraums Lüneburger Heide mit den Artenpools zukünftig klimaanaloger Räume verglichen. Zukünftig klimaanaloge Räume sind Gebiete, die gegenwärtig klimatische Verhältnisse aufweisen, die zukünftig für das Untersuchungsgebiet projiziert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Mehrzahl der Vogelarten die für den Zeitraum 2071-2100 erwarteten Klimabedingungen im Naturraum Lüneburger Heide vermutlich tolerieren kann, die Artenvielfalt insgesamt aber möglicherweise abnehmen wird. Viele der potenziell aus dem Naturraum abwandernden Arten sind an Feuchtgebiete als Lebensraum gebunden.
Zur Verringerung negativer klimawandelbedingter Auswirkungen auf Tierarten können zum einen derzeitige Gefährdungsursachen und Stressoren minimiert werden, um die Habitatverfügbarkeit und qualität zu erhöhen und die Resilienz sowie das Anpassungspotenzial von Arten zu stärken. Als prioritäre Maßnahmen sind je nach naturräumlicher Region die folgenden anzusehen: Maßnahmen zum Schutz und zur Wiederherstellung von Feuchtlebensräumen, Maßnahmen zur Verhinderung von Nährstoffeinträgen bzw. Eutrophierung und zur Extensivierung landwirtschaftlicher Nutzung, Maßnahmen zur Erhöhung der Konnektivität in der Landschaft und zur Verringerung des Landschaftsverbrauchs, Maßnahmen zur Offenhaltung von Lebensräumen und Maßnahmen zur naturnahen Waldrandgestaltung bzw. Waldbewirtschaftung. Zum anderen kann zur Verringerung negativer klimawandelbedingter Auswirkungen auf Tierarten die Konnektivität in der Landschaft gefördert und der Erhalt und die Schaffung von Biotopverbundstrukturen gestärkt werden, um den Arten eine Anpassung durch die Verschiebung ihrer Verbreitungsareale zu ermöglichen. Besonders auf überregionale Biotopverbundmaßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel angewiesen sind in beiden naturräumlichen Regionen Arten des Offenlandes, in der naturräumlichen Region „Lüneburger Heide und Wendland“ zusätzlich auch Arten der Gewässer.
Da viele der derzeitigen Gefährdungsursachen potenziell klimaempfindlicher Arten nutzungsbezogen sind und auch direkte oder indirekte Folge landwirtschaftlicher Nutzung sein können, sind Synergien zwischen Maßnahmen zur Verminderung negativer Auswirkungen von Landnutzungs- und Klimawandeleinflüssen offenkundig. Dies betrifft auch die Stärkung des Biotopverbunds. Hier spielen Raine und Hecken in der Agrarlandschaft eine wichtige Rolle - auch vor dem Hintergrund des Klimawandels, da viele der auf Biotopverbund als Anpassungsmaßnahme angewiesenen Arten Bewohner des Offenlandes sind. Ein besonderes Gewicht kommt im Hinblick auf den Klimawandel dem Schutz bzw. der Renaturierung und Schaffung von Feuchtlebensräumen zu. Diese werden bislang nur zum Teil durch die Modelle zur Abschätzung der Artenvielfalt auf landwirtschaftlichen Betrieben abgedeckt, so dass in der Erweiterung der Modelle um die Lebensräume Feuchtgrünland und Grünland im Allgemeinen eine mögliche Weiterentwicklung der vorliegenden Arbeit zu sehen ist. Da ein Großteil der Fläche Deutschlands landwirtschaftlich genutzt wird, kommt der Landwirtschaft bei der Bewahrung der Artenvielfalt eine Schlüsselrolle zu. Die vermehrte Integration naturschutzfachlicher Ziele in die Landbewirtschaftung kann daher wesentlich zum Erhalt und zur Förderung der Artenvielfalt beitragen, nicht nur im Hinblick auf landnutzungsbezogene sondern auch auf klimawandelbezogene Einflüsse. Die vorliegende Arbeit liefert dazu wichtige Ansätze.
The conservation of biodiversity is a task of great importance for society. In recent decades, political awareness for biodiversity issues has risen, yet, global as well as national objectives to halt the loss of biodiversity have failed. Important causes of biodiversity loss include land use change as well as climatic changes. From the second half of the twentieth century, agricultural intensification has increasingly led to a decline of farmland biodiversity. This decline is caused by a multitude of factors, particularly a loss of semi-natural habitats and structural diversity as well as a shortage of food supply due to a usage of herbicides and insecticides. Since the end of the twentieth century, climatic changes have increasingly become apparent as another threat to biodiversity. Along with increasing temperatures, shifts of distribution ranges as well as in the phenology of species have already been observed. By the end of the 21st century, further increasing mean temperatures, an increase of hot extremes, a decrease of cold periods, a shift in annual precipitation regimes and a further rise of sea levels can be expected.
Climate and land use interact in a variety of ways - as do their effects on species and overall biodiversity. Thus, methods to capture and evaluate the effects of land use and climatic changes on species, and measures to prevent or mitigate the impacts, are greatly needed. Important stakeholders for the implementation of such measures are nature conservation authorities and organisations. However, protecting farmland biodiversity also requires the involvement of farmers to ensure sustainable and long-term effects. One way to involve farmers in nature conservation programs is to address the food companies they supply their products to. Food companies, especially from the organic sector, are increasingly looking for ways to transparently and credibly communicate to their customers how farmers (the suppliers) preserve and enhance biodiversity on their land. As company-wide biodiversity surveys of species in the field are not feasible, easy-to-use models and indicator sets projecting biodiversity on farmland, in both a sound and time-efficient way, are greatly needed. Such models could also help to identify and allocate nature conservation measures for a given farm and assess what biodiversity enhancement potentials are associated with which measure.
Regarding climate change impacts on animals, assessments on regional levels evaluating the sensitivity of animals towards such changes are largely missing. So too are estimations on how distribution shifts might alter regional species communities. However, such information is greatly needed to identify and specify appropriate adaptation strategies and measures. While recommendations for such adaptation strategies and measures already exist, they are mostly vague making it difficult for stakeholders to prioritise and implement them. Thus, it is necessary to specify general recommendations for given regions that take into account the climate sensitivity of the region’s species as well as alterations in the region’s species community.
Considering these knowledge gaps, the objective of this dissertation was to contribute to the assessment and evaluation of impacts of land use and climate change on animals on a regional and local level and, based on these assessments, derive measures suitable to aid in the mitigation of negative impacts. Single regions, habitats and animal species groups were therefore investigated in order to assess;
1. which indicator sets and models are suitable to project biodiversity on a farm level in a practical, time-efficient and sound way;
2. which criteria indicate a sensitivity of animals towards climatic changes within an ecoregion;
3. how climate change induced turnovers in species communities within an ecoregion can be estimated;
4. which measures to preserve and enhance biodiversity can be derived based on such analyses for the local and regional level;
5. which synergies exist between measures for mitigating the negative impacts of land use and climate change and what are the limitations of the methods for the assessment of such impacts.
With respect to the impacts of land use on animals, I investigated if and how biodiversity and possible changes caused by land use or nature conservation measures can be projected with farm level based easy-to-use models and indicator sets. Therefore, I identified possible predictor variables effecting the species numbers of butterflies on field margins and birds in hedgerows and on arable fields. This was accomplished on the basis of an extensive literature review. Subsequently, the possible predictor variables, as well as butterflies and birds, were recorded on seven farms throughout Germany. By means of multiple linear regression analyses based upon the data recorded on the farms, variables were identified that best predicted the species numbers of butterflies and birds. In terms of butterflies, these variables included the landscape heterogeneity of the surroundings, the time of mowing, the width, length and the grass-herb-ratio of the margin as well as the management of the adjacent field. For birds in hedgerows, the variables length and width of a hedgerow, the number of woody species, the presence of tree holes, the presence of thorny shrubs, and the width of the herbaceous margin bordering the hedgerow were identified as the best predictors for species numbers. The model for predicting bird species numbers on arable fields was rejected as the results were significantly influenced by the examined sample and were only partly compatible with the results of the literature review.
Measures for the farm level are related to the predictor variables of the models in question, e.g. recommendations for the time of mowing of field margins or, for hedgerows, the establishment or extension of herbaceous margin strips between the hedgerow and bordering fields. These measures concern the improvement of existing landscape elements as well as the establishment of new ones. They should be seen as one component within a set of adequate measures for farms that ought to be accompanied by others. Therefore, a whole-farm perspective is needed which integrates farm specifics as well as specific landscape preconditions. To support this process, assistance by farm consultants may be reasonable but so too is GIS-based management software which aids farmers in addressing nature conservation issues. The models of this dissertation have already been implemented in such management software, MANUELA (Managementsystem Naturschutz für eine nachhaltige Landwirtschaft - Management System Nature Conservation for a Sustainable Agriculture). Within this software, the models complement other nature conservation tools, e.g. one that assesses the diversity of plant species on arable fields and others that evaluate landscape aesthetics or the connectivity of habitats.
With respect to the impacts of climatic changes on animals, I examined which criteria are relevant for evaluating the sensitivity of species towards these changes. Based on these criteria, I investigated how many animal species from the ‘Harz’ and ‘Lüneburger Heide und Wendland’ ecoregions are probably sensitive towards climatic changes projected for the end of the 21st century. These sensitivity analyses included Red List species of breeding birds, reptiles, amphibians, dragonflies and damselflies, grasshoppers and crickets, and butterflies. About 39% of the examined species are probably sensitive towards these climatic changes. Overall, more species seem to be affected by a decrease of summer precipitation than by an increase of mean temperatures. In addition, I assessed how climate change induces turn-overs in bird communities of a given region can be estimated. Hence, the species pool of the ‘Lüneburger Heide’ ecoregion was compared to species pools of future climatically analogous regions. Future climatically analogous regions are regions which currently have similar climatic conditions to the ones projected for the study area in the future. The results of these analyses show that the majority of species in the ‘Lüneburger Heide’ are probably able to tolerate the climatic conditions projected for 2071-2100 but that bird species richness, in general, may decline. Species that might potentially leave the regional species community in the course of climate change were often associated with inland wetland habitats.
To mitigate negative climate change induced impacts on animals, current non-climatic stressors can be reduced in order to increase habitat availability and quality and to strengthen the resilience and adaptation potential of species. Measures of high priority in this regard - depending on the respective region - include: measures for maintaining and promoting wetlands, measures for reducing eutrophication and for the extensification of agriculture, measures for increasing habitat connectivity and reducing land consumption, measures for the preservation of open landscapes, and measures for a nature-oriented forest management. In addition to reducing non-climatic stressors, habitat connectivity should be increased in order to help species to adapt to climatic changes by shifting their distribution ranges. In both examined ecoregions, most of the potential climate-sensitive species, which depend on an increased habitat connectivity for the adaptation to climatic changes, live in open land. Within the ‘Lüneburger Heide und Wendland’ ecoregion, additional emphasis in this regard should be put on waterbodies.
As many of the current non-climatic stressors impacting potentially climate-sensitive species are related to land use, synergies between measures mitigating negative impacts of land use and climate change are obvious. This is also true for the strengthening of habitat connectivity. Here, field margins and hedgerows play an important role - especially as many of the species that depend on habitat connectivity to adapt to climatic changes live in open land. In light of climate change, a special emphasis has to be put on the maintenance and restoration of grassland and wetlands. So far, grassland and wetlands are only partly covered by the models for the assessment of biodiversity on farmland. An inclusion of these habitats into the MANUELA model toolbox is, therefor, a possible future development. As a large part of Germany is covered by agriculture, farmers have a key role in preserving biodiversity. Integrating nature conservation objectives into farm management is therefore very beneficial not only with regard to mitigating possible impacts of land use but also of climate change. This dissertation provides important approaches for this task.
