The purpose of this thesis is to investigate if the application of the ecosystem services concept can provide decision makers and stakeholders with additional relevant information for decisions regarding establishing of aquaculture on a local level, using the Lake Storsjön as a case study. In order to provide this knowledge, three different tasks are carried out within this thesis: the identification of the main ecosystem services provided by Lake Storsjön, the understanding of ecosystem services that will be affected by the expansion of aquaculture and the identification of the services that will be used for a possible expansion of the aquaculture sector. The CICES methodology (Common International Classification of Ecosystem Services) is used to identify the ecosystem services provided by Lake Storsjön. The understanding of the affected ecosystem services is carried out with the use of a Delphi-inspired approach. The identification of the services required for the establishment of aquaculture is driven by a cross-reference matrix. Lake Storsjön provides thirty-nine out of the fifty-nine ecosystem services included in the CICES. About half of these will be effected by environmental impacts connected to operations of ecosystem management required by aquaculture expansion, mostly with a low or medium degree of impact. An increase in the implementation of aquaculture might cause detrimental trade-offs with these ecosystem services: “Wild animals”, “Genetic materials from all biota“, “Disease control”, “Maintaining nursery populations and habitats” and “Filtration/dilution/sequestration/storage/accumulation by ecosystem”. An expansion of the aquaculture sector requires seven of the ecosystem services provided by Lake Storsjön. The vital services for this process are: “Surface water for non-drinking purposes”, “Filtration/dilution/sequestration/storage/accumulation by ecosystem” and “Chemical condition of freshwater”. These services have to be safeguarded and maintained in order to guarantee adequate conditions for an expansion of this sector. At the same time the expansion of aquaculture supports the service “Animals from in situ aquaculture”. The benefits connected to the implementation of aquaculture shall be economically assessed and compared to the actual economic value delivered by the other ecosystem services in order to further understand the positives and negatives outcomes of aquaculture expansion in an ecosystem services perspective. This is considered to be a relevant step for strategic and decision making processes concerning aquaculture expansion in Lake Storsjön. In addition to the economic perspective, it seems that the most relevant factor when discussing planning and development processes towards ecosystem services is the importance of not overshooting the resilience ability of the ecosystem in order to ensure the accessibility of the services to future generations. This belief is recommended to be applied to Lake Storsjön in order to guarantee a conscious expansion of the aquaculture sector on a social, economic and environmental level.

O serviço ecossistêmico de regulação climática global (SERCG) ofertado pelas florestas é reconhecido pelo seu papel crucial na mitigação da mudança climática. Tais ecossistemas atuam como sumidouros de carbono atmosférico por meio do CO2 sequestrado e armazenado nos tecidos vivos dos vegetais. Porém, processos de continuo desmatamento afetam negativamente a capacidade desses ecossistemas em ofertar o SERCG, especialmente em florestas tropicais que possuem alto potencial de ofertar o serviço e sofrem forte pressão devido ao desenvolvimento agroindustrial. As paisagens atlânticas brasileiras são exemplos dessa condição, em especial no estado de São Paulo, onde a vegetação natural foi primordialmente convertida em pastagens e silvicultura. Avaliar e gerenciar os estoques e fluxos de serviços dos ecossistemas em paisagens espacialmente heterogêneas constitui um dos principais desafios da ciência da sustentabilidade da paisagem. Frente a esse contexto, o presente estudo tem o objetivo de avaliar os estudos sobre a valoração ecológica do SERCG da floresta tropical e analisar a oferta deste serviço em paisagens atlânticas pressionadas pela atividade pecuária. Inicialmente, investigamos as tendências e lacunas que envolvem a pesquisa dos atributos biofísicos do SERCG nas florestas tropicais e subtropicais na escala pan-tropical através de uma revisão sistemática da literatura sobre o tema nos últimos 20 anos, de acordo com uma abordagem exploratória qualitativa. Constatamos que as estimativas de estoque de carbono das florestas tropicais apresentam alta variabilidade, que os fatores de influência mais recorrentes sobre o SERCG na literatura são as mudanças no uso da terra e a riqueza de espécies e que o SERCG possui maior número de relações de sinergia que de trade-off com outros SEs. Em um segundo momento, analisamos a oferta do serviço de regulação em paisagens atlânticas do Vale do Paraíba do Sul (SP), considerando o processo de substituição de floresta nativa por campo antrópico. Levantamos dados em campo para o cálculo de biomassa acima do solo de fragmentos florestais em diferentes estágios sucessionais e em campo antrópico, e transformamos esses dados em estoques de carbono. Os dados subsidiaram os cálculos de SERCG para 16 paisagens que tinham diferentes proporções de áreas de floresta e campo. Também avaliamos a influência da configuração da paisagem sobre a produção de biomassa dos remanescentes florestais. Obtivemos valores de estoque de carbono de 16,9±7,25 MgC há-1 para a floresta inicial, 34,8±12,05 MgC ha-1 para floresta intermediária-avançada e 0,53±0,26 MgC ha-1 para campo antrópico. Identificamos que a distância ao fragmento mais próximo diminui a biomassa das florestas em estágio inicial, enquanto a área média dos fragmentos localizados em um raio de 500 m ao redor do fragmento amostrado aumenta a biomassa das florestas em estágio intermediário-avançado. Destacamos o fato de que as paisagens avaliadas com > 40% do território florestado possuem um diferencial na contribuição da oferta do SERCG, devido ao aumento em número e área de fragmentos de floresta em estágio intermediário-avançado. Apesar do contraste entre a contribuição dos pequenos fragmentos em estágio inicial e os de estágio mais avançado, a ocorrência dos primeiros implica em uma maior oferta do SERCG em escala de paisagem. Ademais, a conservação desses fragmentos não só influenciaria na oferta do serviço de regulação climática, mas também na oferta de outros com os quais apresenta relações sinérgicas / The global climate regulation ecosystem service (GCRES) provided by forests is recognized for its crucial role in mitigating climate change. These ecosystems act as sinks of atmospheric carbon by sequestering and stocking CO2 in the living tissues of plants. However, continuous deforestation processes decreases its capacity to supply GCRES, especially in tropical forests which have high potential to provide the service and suffer strong pressure due to agroindustrial development. Brazilian Atlantic landscapes are examples of this condition, especially in the state of São Paulo, where natural vegetation was primarily converted into cattle pastures and forestry. Assessing and managing ecosystem services stocks and flows in spatially heterogeneous landscapes is one of the major challenges of landscape sustainability science. In this context, our objective is to evaluate the studies on the ecological valuation of GCRES in tropical forest and to analyse the supply of this service in Atlantic landscapes pressured by livestock activity. Initially, we investigated the trends and gaps that involve the biophysical attributes of GCRES in tropical and subtropical forest at a pan-tropical scale through a systematic review of the literature on the subject in the last 20 years, according to a qualitative exploratory approach. We found that (1) estimates of carbon stock from forests show high variability; (2) the most recurrent factors that influence on GCRES are land use and species richness; and (3) GCRES has a greater number of synergy relations with other SEs compared to trade-off relations. Secondly, we analysed the supply of the regulation service in Atlantic landscapes of the Paraiba do Sul Valley (SP, BR), considering the process of replacing native forest by pasturelands. We collected field data to calculate pasture and forest fragments aboveground biomass at different successional stages, and transformed these data into carbon stocks. This data subsidized the calculations of GCRES supply for 16 landscapes that had different proportions of forest and pasture areas. We also evaluated the influence of landscape configuration on forest remnants biomass production. We found carbon stock values of 16.9 ± 7.25 MgC ha-1 in initial forest, 34.8 ± 12.05 MgC ha-1 in intermediate-advanced forest and 0.53 ± 0.26 MgC ha-1 in cattle pastures. We identified that the distance to the nearest fragment decreases the early-stage forest biomass, while the average area of fragments located within a radius of 500 m around the sampled fragment increases the intermediate-advanced stage forest biomass. We highlight the fact that the evaluated landscapes with more than 40% of forested area have a differentiated contribution to the SERCG supply due to the increase in number and area of intermediate-advanced stage forest fragments. In spite of the contrast between the contribution of small fragments in the early stages and those of more advanced stage, the presence of the former implies a greater supply of SERCG at the landscape scale. In addition, the conservation of these fragments would not only influence the supply of the climate regulation service, but also the supply of other services with which it has synergistic relations

Global betrachtet bedecken Wälder etwa vier Milliarden Hektar der Landfläche und sind somit von besonderer Bedeutung für Biodiversität und die Bereitstellung einer Vielzahl von Ökosystemleistungen. Beispiele für Waldökosystemleistungen sind die Nahrungsbereitstellung in Form von Wildbret, Beeren oder Pilzen sowie die Holzbereitstellung zur stofflichen oder energetischen Nutzung. Darüber hinaus tragen Wälder zur Regulierung des Klimas und der Luftqualität bei und bieten Orte zur Erholung oder mit spiritueller Bedeutung. Jedoch sind Wälder, ihre Biodiversität und die bereitgestellten Ökosystemleistungen verschiedenen Bedrohungen ausgesetzt. Dazu zählen unter anderem Waldflächenverlust und Flächenfragmentierung, beispielsweise aufgrund der Umwandlung von Wald in andere Landnutzungsarten oder zunehmend stärker werdende Einflüsse des Klimawandels wie beispielsweise häufiger auftretende Dürreperioden und Waldbrände. Vor diesem Hintergrund wurden verschiedene Strategien initiiert, um Wälder zu schützen und den Zustand von Biodiversität, Ökosystemen und ihren Leistungen zu erhalten und zu verbessern. Ein prominentes Beispiel ist die EU-Biodiversitätsstrategie für 2020, die in Ziel 2, Maßnahme 5 unter anderem den Handlungsbedarf einer Kartierung und Bewertung von Ökosystemen und ihren Leistungen sowie die Berücksichtigung deren ökonomischer Werte in Rechnungslegungs- und Berichterstattungssystemen auf EU- und nationaler Ebene formuliert. Trotz der Veröffentlichung einer EU-Biodiversitätsstrategie für 2030 ist die Umsetzung der oben genannten Ziele ein noch andauerndes Unterfangen. In der Forstbetriebsplanung verschiedener europäischer Länder hat sich mit der Waldfunktionenkartierung ein Ansatz etabliert, mit dem die gesellschaftlichen Ansprüche an den Wald kartiert werden. Dies geht dabei über die Nutzfunktion von Wäldern hinaus und betrifft die Erfassung ihrer Schutz- und Erholungsfunktionen. Die Klassifizierung dieser Funktionen weist Ähnlichkeiten zum Ökosystemleistungskonzept auf, indem es in gewisser Weise mit den Versorgungsleistungen, Regulationsleistungen und kulturellen Leistungen des Millenium Ecosystem Assessments oder der Common International Classification of Ecosystem Services vergleichbar ist. Allerdings hat die Analyse verschiedener, deutscher Leitfäden zur Waldfunktionenkartierung ergeben, dass auch Unterschiede zwischen der Waldfunktionenkartierung und dem Ökosystemleistungskonzept bestehen. Beispielsweise werden die gesellschaftlichen Ansprüche an den Wald im Rahmen der Waldfunktionenkartierung nicht quantifiziert. Es wird auch nicht berücksichtigt, welche Waldfunktionen generell oder in welchem Umfang von Wäldern erbracht werden können, um diese Ansprüche zu erfüllen. Der Schwerpunkt dieser Dissertation liegt darin, eine konzeptionelle und methodische Grundlage zu schaffen, die Forstbehörden dabei unterstützen kann, ihre spezifischen Waldfunktionenkartierungen unter Beibehaltung der vorhandenen Informationen so weiterzuentwickeln, dass sie gleichzeitig um Fähigkeiten des Ökosystemleistungskonzepts ergänzt werden können. Darauf aufbauend soll diese Dissertation auch dazu beigetragen, Waldökosystemleistungen biophysisch zu quantifizieren und zu kartieren, um die Beiträge von Wäldern zum menschlichen Wohlergehen sichtbarer zu machen und deren Berücksichtigung in der Entscheidungsfindung zu unterstützen. Auf dem Weg zur Zielerreichung wurden im Rahmen dieser Dissertation drei wissenschaftliche Fachartikel angefertigt, die jeweils auf eine konkrete Forschungsfrage abzielen. Der erste Fachartikel (Kapitel 2) stellt das konzeptionelle Rahmenwerk dar. In dieser Forschung wurde am Beispiel Deutschlands untersucht, wie die Waldfunktionenkartierung und das Ökosystemleistungskonzept in Übereinstimmung gebracht werden können. Dafür wurden verschiedene Richtlinien zur Waldfunktionenkartierung in einer Synthese harmonisiert. Dies beinhaltete sowohl individuelle Richtlinien, die auf Bundeslandebene gelten, als auch eine Richtlinie, die auf bundesweite Anwendung abzielt und bereits in einigen Bundesländern umgesetzt war. Anschließend wurde aus der Synthese zur deutschen Waldfunktionenkartierung und der Common International Classification of Ecosystem Services eine weitere Synthese erarbeitet, die in dem sogenannten customised CICES Framework mündete. Der zweite Fachartikel (Kapitel 3) stellt das methodische Rahmenwerk dar. In dieser Forschung wurde für eine Auswahl von sechs Ökosystemleistungen aus dem customised CICES Framework untersucht, wie das Potential, das Angebot, die Nachfrage und der Fluss von Ökosystemleistungen biophysisch quantifiziert und kartiert werden können. Auf Basis einer Literaturrecherche konnten 697 biophysische Ökosystemleistungsindikatoren identifiziert werden. Diese wurden in einem mehrstufigen Auswahl- und Anpassungsprozess hinsichtlich ihrer Relevanz zur Unterstützung einer biophysischen Quantifizierung und Kartierung von Waldökosystemleistungen bewertet und synthetisiert. Darüber hinaus wurde die Eignung der Indikatoren unter Berücksichtigung einer Verwendung im Kontext der Waldfunktionenkartierung geprüft. Daraus ergab sich ein Vorschlag von besonders vielversprechend erscheinenden Indikatoren, inklusive Maßeinheiten sowie Methoden und/oder notwendiger Datenquellen zur Anwendung der Indikatoren. Der dritte Fachartikel (Kapitel 4) ist eine Fallstudie mit dem Ziel, bereits im Rahmen dieser Dissertation einen konkreten Beitrag zur Quantifizierung und Kartierung von Waldökosystemleistungen zu leisten und zu zeigen, wie die nachfrageorientierte Waldfunktionenkartierung um eine Angebotsperspektive ergänzt werden kann. Für diesen Zweck wurde am Beispiel des Freistaates Sachsens, Deutschland das Ökosystemleistungsangebot waldbezogener Umweltbildung, als eine der am wenigsten untersuchten Ökosystemleistungen gewählt. Mittels Erreichbarkeitsanalysen wurde die absolute Bevölkerung und der Bevölkerungsanteil mit Zugang zu wald- und umweltpädagogischen Einrichtungen innerhalb einer bestimmten Reisedauer quantifiziert und kartiert. Dabei erfolgte eine Differenzierung nach Anreise mit öffentlichen Verkehrsmitteln und Individualverkehr. Diese Erkenntnisse dieser Dissertation konnten zeigen, dass sich eine große Bandbreite an Waldfunktionen in das Ökosystemleistungskonzept übertragen lässt. Dies gilt besonders für Versorgungsleistungen. Jedoch existieren bei den Regulations- und Erhaltungsleistungen auch Ökosystemleistungen, die eine Anpassung der Common International Classification of Ecosystem Services erforderten. Die Erkenntnisse zeigen zusätzlich, dass in der Literatur eine Vielzahl an Indikatoren existiert, um Waldökosystemleistungen biophysisch zu quantifizieren und zu kartieren. In Hinblick auf die Anwendbarkeit auf Grundlage der Waldfunktionenkartierung hat sich gezeigt, dass nicht alle Indikatoren die nötigen Voraussetzungen erfüllen. Beispielweise wurden Indikatoren identifiziert, die nicht räumlich explizit sind. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die gesamte Bevökerung im Freistaat Sachsen die Möglichkeit hat, in einer Reisezeit von maximal 90 Minuten die Ökosystemleistung waldbezogene Umweltbildung wahrzunehmen, wenn sie die Möglichkeit haben einen PKW zu nutzen. Bei Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel hat vor allem die Bevölkerung der kreisfreien Städte Dresden und Leipzig sowie deren Umland Zugang zu waldbezogener Umweltbildung innerhalb einer 90-minütigen Fahrzeit. Herausforderungen wurden vor allem bei der Bestimmung eines angemessenen Detailgrades der maximalen Reisezeit, die verschiedene Besuchergruppen akzeptieren, identifiziert. Da diese Ökosystemleistung darüber hinaus teilweise kostenlos zur Verfügung gestellt wird und nicht in der Waldfunktionenkartierung des Staatsbetriebs Sachsenforst berücksichtigt wird, ist dies ein Beispiel dafür, wie die Leistungen des Waldes sichtbarer gemacht und die Waldfunktionenkartierung durch das Ökosystemleistungskonzept ergänzt werden kann. Im Ausblick wird das Transferpotential meiner Forschung hinsichtlich der Übertragbarkeit auf andere Staaten oder Regionen sowie Möglichkeiten einer Weiterentwicklung meiner Forschung in Richtung der Ökosystemgesamtrechnung aufgezeigt.