Le paysage constitue à la fois un cadre de vie pour les populations humaines et un support du cycle de vie des espèces animales. Les modifications du paysage induites par les dynamiques d’occupation du sol se répercutent sur ces deux dimensions, l’une esthétique et l’autre écologique. Ces logiques étant généralement étudiées dans des champs disciplinaires différents, peu de recherches ont porté sur la manière dont elles s’articulent selon les modifications des structures paysagères.Ce travail cherche donc à modéliser de manière rétrospective la coévolution spatiale des fonctions esthétique et écologique du paysage à partir de métriques spatiales basées sur des données d’occupation du sol. Il se focalise sur les changements intervenus dans les franges urbaines de deux agglomérations françaises (Besançon et Paris) durant les 30 dernières années.La démarche adoptée a d’abord visé à modéliser, à partir des données d’occupation du sol, (1)les préférences paysagères d’un ensemble d’individus et (2) la connectivité écologique pour un ensemble d’espèces animales. En mobilisant de manière complémentaire des analyses statistiques multivariées et des analyses spatiales, le cœur du travail a ensuite consisté à étudier comment ces deux fonctions ont évolué de manière convergente ou divergente au cours du temps. Les résultats donnent de nouveaux éléments de compréhension des relations entre esthétique et écologie du paysage et amènent à s’interroger sur l’intérêt de la modélisation spatiale pour une gestion du paysage conciliant la préservation du cadre de vie des habitants et la conservation de la biodiversité. / Landscape is both a backdrop to the lives of human populations and a medium for the life cycle of animal species. Landscape changes induced by land-use and land-cover dynamics affect both these dimensions, the one aesthetic, and the other ecological. Because these rationales areusually studied within different disciplines, little research has been done into how the two clashor combine as and when landscape structures change. This work seeks therefore to model the spatial co-evolution of the aesthetic and ecological functions of landscape retrospectively usingspatial metrics based on land-cover data. It focuses on changes in the urban fringes of two French cities (Paris and Besançon) over the last 30 years. The approach attempts first to use land-cover data to model (1) the landscape preferences of a set of individuals and (2) the ecological connectivity of a set of animal species. Drawing on both multivariate statistical analysis and spatial analysis, the core of this work consists in investigating how the two functions have evolved in convergent or divergent ways over time. The results provide fresh insight into the relationship between landscape aesthetics and landscape ecology and raise questions about the value of spatial modelling for a landscape management approach that endeavours to reconcile the preservation of residents’ living environments and the conservationof biodiversity.

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Nachdem sich die Diskussion um die biologische Vielfalt bisher hauptsächlich um die floristische und faunistische Artenvielfalt drehte, rückt in den letzten Jahren die Landschaft verstärkt in das Blickfeld. So empfahl der Sachverständigenrat für Umweltfragen der Bundesrepublik in seinem Gutachten 1994 eine flächendeckende Ermittlung und Bewertung kritischer struktureller Veränderungen der Landschaft. Die Sachverständigen sehen das Ausmaß der Eingriffe in die Nutzungsstruktur der Kulturlandschaft sowie den Grad der Verdrängung naturnaher bzw. naturverträglicher Nutzungsformen und weitgehend vom Menschen unbeeinflußter Gebiete als wesentliches Kriterium für die Bewertung von Landschaften. Der Beitrag stellt die Methodik der Analyse und Beschreibung von Landschaften mit Indikatoren zur Landschaftsstruktur in den Vordergrund. Neben der Suche und Auswahl geeigneter Parameter bzw. Indizes, brauchbarer Datenquellen und den technischen Problemen der Software spielen zunehmend anwendungsorientierte Fragen eine große Rolle.

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In dieser Arbeit wurde der Frage nachgegangen, inwieweit sich die Habitatansprüche von drei Brutvogelarten, der Offenlandart Feldlerche (Alauda arvensis), der Heckenart Neuntöter (Lanius collurio) und der Waldart Schwarzspecht (Dryocopus martius), mit Landschaftsstrukturmaßen darstellen lassen, und ob sich Landschaftsstrukturmaße für die Habitatmodellierung eignen. Basis für die Berechnung der Landschaftsstrukturmaße ist ein Flächenschema des IÖR-Monitors aus dem Jahr 2013, welches aus Daten des AFIS-ALKIS-ATKIS-Modells (AAA-Modells) aufgebaut wurde. Dieses Schema bietet redundanzfreie Flächennutzungsdaten für ganz Deutschland. Da es nur flächenhafte Elemente enthielt, wurde es um gepufferte linienhafte Elemente, genauer um Hecken, Baumreihen und Feldwege ergänzt. Die Artdaten stammen aus dem Monitoring häufiger Brutvögel (MhB), ebenfalls aus dem Jahr 2013. Die Berechnungen der Landschaftsstrukturmaße wurden mittels ArcGIS-Modellen durchgeführt. Für die Feldlerche und den Schwarzspecht wurden die Landschaftsstrukturmaße Mean Shape Index (MSI), Mean Patch Size (MPS), Anteil geeigneter Habitate (Percentage of Landscape, PLand), Total Core Area (TCA), Fläche geeigneter Biotope ohne anthropogene Störeinflüsse (Fl_ungest) und die Kantendichte der Landschaft (Edge Density, ED) berechnet. Für den Neuntöter sind es MSI, MPS, PLand, Fl_ungest, die Kantendichte und die Fläche geeigneter Gehölzbiotope und Hecken. Es wurde aufgezeigt, dass teilweise höchst signifikante lineare Zusammenhänge zwischen dem Vorkommen der drei Arten und den Landschaftsstrukturmaßen existieren. Die damit erklärten Streuungen der Brutpaarzahlen sind allerdings relativ gering. Das Bestimmtheitsmaß B oder R² der Regressionsgeraden beträgt für die Feldlerche maximal 0,285 bei der Fläche ungestörter Habitate, für den Schwarzspecht maximal 0,332 bei dem Anteil geeigneter Habitate und beim Neuntöter lediglich 0,038, ebenfalls für die Fläche ungestörter Habitate. Der Grund hierfür ist, dass die Arten Ansprüche an die Habitate stellen, die sich nicht mit Landschaftsstrukturmaßen erklären lassen. Die Modelle der multiplen linearen Regression sind ungeeignet, um Brutpaarzahlen der Arten vorherzusagen. Ohnehin war es nur für die Feldlerche möglich, ein solches Modell zu erstellen, das höhere Bestimmtheitsmaße aufweist als die einzelnen Landschaftsstrukturmaße. Deutlich bessere Ergebnisse wurden mit einem Modell erzielt, das die Eignung der Landschaft und ihrer Struktur als Habitat anhand einer Bewertungsmatrix beurteilt. Hier wurde bestimmt, wie hoch der Anteil besetzter Untersuchungsflächen an der Gesamtzahl von Untersuchungsflächen einer bestimmten Gesamtpunktzahl ist. Die Zusammenhänge zwischen Punktzahl und Anteil besetzter Flächen wurde mit teils nichtlinearen Regressionsfunktionen dargestellt. Der Anteil erklärter Abweichungen (R²) beträgt bei der Funktion der Feldlerche 97,1%, der des Schwarzspechts 88,5% und der des Neuntö-ters 49,3%.

Die Kulturlandschaft und ihre Bewirtschaftung haben sich seit dem Beginn der großräumigen Intensivierungsprozesse (z.B. Meliorationen, synthetischer Düngung und Herbizidgebrauch) in den 1950/60er Jahren in Mitteleuropa dramatisch geändert. Viele der ehemaligen artenreichen Grünlandflächen wurden in den letzten Jahrzehnten beseitigt (z.B. durch Umbruch zu Acker). Dies führte zu einem allgemeinen Grünlandrückgang in Deutschland. Heute werden die meisten Ackerflächen und die restlichen Grünlandflächen sehr intensiv bewirtschaftet. Die gegenläufige Entwicklung, die Umwandlung von Äckern zu Grünland, ist eher eine regionale Erscheinung, z.B. im Hügeland oder im Zuge von Kompensationsmaßnahmen. Die Artenzusammensetzung dieser Grünländer unterscheidet sich jedoch häufig von solchen mit längerer Habitatkontinuität. Um die Effekte von solch weiträumigen Meliorationsmaßnahmen auf die Phytodiversität, die Landschaftsstruktur und die hiermit einhergehende Grünlandfragmentierung sowie deren Auswirkungen auf die Pflanzenarten des Grünlandes zu erfassen, ist es nötig, historische Daten aus den 1950er Jahren, bevor die gravierenden, ackerbaulichen Intensivierungen begannen, auszuwerten. Feucht- sowie artenreiche Frischgrünländer waren in den 1950/60er Jahren ein typischer und weit verbreiteter Habitattyp, gelten jedoch aktuell als sehr bedroht in Mitteleuropa. Wiederholungsstudien mit mehreren Untersuchungsflächen und einem Untersuchungs-zeitraum von 50-60 Jahren, der vor den weiträumigen Intensivierungen beginnt, fehlen bislang und klar verortete historische Vegetationsdaten sind selten. Obwohl der Graslandanteil in einigen Hügelregionen in Deutschland zugenommen hat ist die ökologische Qualität vieler dieser Flächen gering. Zusätzlich sind artenreiche Kalkmagerrasen als ein Relikt früherer Bewirtschaftsformen und typischer Bestandteil des Hügellandes durch Nutzungsaufgabe (Sukzession) und Nährstoffeintrag gefährdet. Das Ziel dieser Doktorarbeit war es, den Landschaftswandel und die Veränderungen im Grünland in sechs Flussauengebieten (sowie einem durch Naturschutzstatus geschützten Gebiet) und einem typischen Gebiet des Hügellandes in Norddeutschland zu untersuchen. Hierzu wurden sowohl der Grünlandanteil, die Habitatkontinuität, der aktuelle Habitattyp, der Fragmentierungsgrad als auch die Auswirkungen auf die Artenzahlen, Artenzusammensetzung und die funktionelle Diversität untersucht. Die Studien in den Flussauen basieren auf fein aufgelösten historischen Vegetationskarten und dazugehörigen Vegetationsaufnahmen aus demselben Zeitraum. In 2008 wurden diese sechs Gebiete (+1 geschütztes Gebiet) mittels einer Biotoptypenkartierung erneut erfasst. Innerhalb dieser kanpp 2800 ha (2500 + 293 ha) früherer Grünländer wurden randomisierte Punkte gelegt und zusätzlich Vegetationaufnahmen in allen aktuellen Grünländern (inklusive Sukzessionsstadien) angefertigt. Die Fallstudie (2500 ha) aus dem niedersächsischen Hügelland basiert auf aktuellen Vegetationsaufnahmen, die ebenfalls mittels randomisierter Punkte in den bestehenden Grünländern (394 ha) angefertig wurden. Zusatzdaten über z.B. die aktuelle Bewirtschaftung oder die Habitatkontinuität (Auswertung historischer Karten) wurden ebenfalls erfasst. Die erste Studie zeigte, dass die ehemaligen artenreichen Feucht- und Frischgrünländer in den ungeschützten Gebieten drastisch, um über 80% der ursprünglichen Fläche, zurückgegangen sind. Sie wurden größtenteils durch Äcker, Intensivgrünländer aber auch Brachestadien ersetzt. Bedingt durch diesen starken Flächenrückgang hat die Fragmentierung der Restflächen stark zugenommen. Die durch ein Naturschutzgebiet geschützte Untersuchungsfläche an der Havel zeigte im Vergleich relative geringe Veränderungen. Daraus lässt sich deuten, dass lokale Effekte wie Düngung oder Drainage und nicht überregionale Effekte wie Klimaerwärmung oder der Eintrag von Stickstoff durch Luft die Hauptursache für den dokumentierten Wandel sind. Die zweite Studie in den Grünländern der Auen zeigte, dass sich die Artenzusammensetzung in den letzten fünf bis sechs Jahrzehnten in allen Gebieten stark verändert hat, die Artenzahlen der Vegetationsaufnahmen um 30-50% und auch die funktionelle Diversität in ähnlichem Maße zurückgegangen sind. Die Ellenberg-Zeigerwerte (EIV) für Nährstoffverfügbarkeit sind im Vergleich zu den 1950/60er Jahren stark gestiegen und die Unterschiede zwischen den ungeschützen und dem geschützten Gebiet unterstützen ebenfalls die Annahme, dass Veränderungen größtenteils durch lokale Faktoren und nicht durch überregionale Effekte verursacht wurden. Der Trend in den ungeschützten Gebieten geht zu artenamen Grünlandgesellschaften, die von wenigen konkurrenzstarken und mahdtoleranten Arten dominiert werden. Frühblühende und auf Insektenbestäubung angewiesene Pflanzen sind stark zurückgegangen, mit entsprechenden Auswirkungen auf die Tierwelt. Die dritte Studie verknüpft den dramatischen Grünlandrückgang und die zunehmende Fragmentierung mit der Artenverarmung seit den 1950/60er Jahren. Hierfür wurden mittels definierter Kriterien eine Liste von 78 für das Feucht- und Frischgrünland charakteristischen Grünlandarten definiert, die die Grundlage für die weiteren Analysen bildeten. Die Artenzahlen auf Ebene der Vegetationsaufnahmen nahmen um 30-66% ab. Die getesteten Landschaftsstrukturmaße hatten keinen nachweisbaren Einfluss auf die Artenzahlen auf Landschaftsebene. Die Distanz zum nächstgelegenen und geeigneten Habitat für die charakteristischen Arten hatte einen geringen negativen Effekt auf die Artenzahl der Vegetationsaufnahmen. Die Ellenberg-Zeigerwerte (N, F) und die Diversitätsmaßzahlen an charakteristischen Arten weisen ebenfalls auf den Effekt der lokalen Bewirtschaftung und nicht auf Fragmentierung als treibende Kraft beim Rückgang und dem Wandel der Artengarnitur hin. Im Gegensatz zu den Untersuchungsgebieten in den Flussauen hat sich der Grünlandanteil in der Fallstudie im niedersächsischen Hügelland seit den 1950er Jahren verdoppelt. Es wurden sechs verschiedene Grünlandtypen mit einer Spanne von unter 15 bis zu deutlich mehr als 27 Arten pro Aufnahme erfasst. Die besonders artenreichen Bestände sind aber mit ca. 6% der Fläche sehr selten. Die Anzahl an insektenbestäubten Pflanzen als auch die absoluten Artenzahlen gehen mit steigender Nutzungsintensität (indiziert durch die Ellenberg-Zeigerwerte Nährstoffe (N) und Mahdtoleranz (M)) wie in den Untersuchungsgebieten in den Flussauen zurück. Artenreiche Grünländer kommen nur auf mit Schafen beweideten Flächen mit einer Habitatkontinuität von mindestens 100 Jahren vor. Grünländer mit mittleren Artenzahlen sind größtenteils auf früheren Äckern mit einer Habitatkontinuität von weniger als 30 Jahren zu finden. Die dargestellte Untersuchung hat dramatische Verluste in den Grünlandflächen der Flussauen aufgezeigt. Die Restflächen sind fragmentiert und die Artenzahlen sowie die funtionelle Diversität stark zurückgegangen. Die Fallstudie im niedersächsischen Hügelland zeigt, dass selbst in Landschaften mit hohem Grasslandanteil die ökologische Qualität von den meisten Grünländern nur noch gering ist.

Made available in DSpace on 2014-07-29T12:05:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 christian dias cabacinha.pdf: 7448650 bytes, checksum: 0286d0fd9ddc8fb807323c8fae9580d8 (MD5) Previous issue date: 2008-03-25 / The upper Araguaia river basin region has been transformed by rapid and intensive human occupation processes that began in the 1970s, and now the landscape is highly fragmented. Remnant forests are surrounded by cotton and soybean plantations and pasture. They continue to be subjected to degradation and little is known about their ecological integrity. The objective of this research is increase knowledge of the remnant forest flora and provide support for public conservation and recovery policies for these remnant forests. This research consists of four chapters. The first chapter assessed fragmentation patterns under the assumption that intensive land occupation and agriculture compromised landscape structure and forest conservation in the basin. The second chapter assessed whether remnant forest tree size class structure differed from undegraded forests. The third chapter investigated whether forest remnants situated in close proximity to Emas National Park and incorporated into The Emas-Pantanal Biodiversity Corridor had higher species diversity than other remnants. The fourth chapter showed that species diversity was correlated with and vegetation indices obtained from satellite images, due to the indices sensitivity to changes in vegetation structure. These indices could be used in the future to highlight priority areas for conservation and in devising recovery policies. The major conclusions of this research are that the ecological integrity of remnant forests in the Upper Araguaia River Basin is compromised, predominantly due to lack of connectivity between the fragments and continuing exposure to degradation processes including tree felling and cattle grazing. Tree species diversity is high in these fragments, however, and species composition is dominated by small diameter early successional species. This research also established that vegetation indices obtained from satellite images, is a powerful tool in remnant forest species diversity modelling and can be used as a tool for environmental planning in areas under strong antropic pressure. This information is relevant to other degraded river basins in the Cerrado region. This research contributes to improved knowledge of the rich diversity of Brazilian forests and recognition that this diversity is threatened, particularly in the Upper Araguaia River basin, southwest of Goias State. / A região da alta bacia do rio Araguaia vem sendo objeto de profundas transformações relacionadas ao processo de ocupação rápida e intensa das terras a partir do final dos anos 70. Atualmente a paisagem nesta região, encontra-se completamente fragmenta. As ilhas de vegetação remanescentes, em sua maioria estão isoladas, cercadas por culturas agrícolas (soja e algodão) e por pastos, expostas diariamente a vários agentes de degradação e nada se sabe sobre a integridade destes remanescentes. A presente tese intitulada Caracterização física, estrutural e da diversidade florística de fragmentos florestais na alta bacia do rio Araguaia visa preencher uma lacuna sobre o conhecimento da flora e assim subsidiar políticas que busquem a conservação e a recuperação dos atuais fragmentos florestais desta região. Foi estruturada em quatro artigos. No primeiro, buscou-se analisar a estrutura da paisagem da área de estudo para avaliar seu padrão de fragmentação. Partiu-se do princípio de que, devido ao intenso processo de ocupação das terras na região e o uso atual do solo, a estrutura da paisagem e a conservação da vegetação na bacia estavam comprometidas. No segundo, a hipótese básica é que, uma vez que a estrutura da paisagem está comprometida e que os remanescentes estão expostos a vários agentes de degradação, as comunidades florestais estariam perturbadas e apresentariam estrutura diamétrica desequilibrada. No terceiro a hipótese é que embora muitos fragmentos tivessem tamanho reduzido e estivessem desconectados a outras áreas fora da bacia e cercados por culturas agrícolas, a diversidade de espécies na área de estudo era grande por estar próxima a duas unidade de conservação, o Parque Nacional das Emas e o Parque Estadual das Nascentes do Taquari, e por estar inserida no corredor de biodiversidade Emas-Pantanal. No quarto a hipótese é que, os índices de vegetação, obtidos de imagens orbitais, por serem sensíveis às mudanças da estrutura da vegetação são correlacionados com a diversidade de espécies e, portanto podem ser utilizados como indicadores de áreas prioritárias para ações de recuperação e conservação. As hipóteses foram confirmadas, demonstrando que a integridade dos fragmentos na alta bacia do rio Araguaia está comprometida, principalmente, pela falta de conectividade entre os fragmentos e pela exposição diária dos remanescentes aos agentes de degradação como corte seletivo de lenha e a presença de gado. Entretanto ainda existe uma grande diversidade de espécies, embora a comunidade vegetal seja composta por indivíduos de pequenos diâmetros e pertencentes a estágios sucessionais iniciais. Este estudo ainda revelou que os índices de vegetação obtidos de imagens de satélite, são poderosos parâmetros para a modelagem da diversidade de fragmentos florestais e, portanto podem ser usados como uma ferramenta no planejamento ambiental em áreas sob forte pressão antrópica. Estas informações são relevantes devido à realidade atual de muitas bacias em outras regiões do Cerrado onde a vegetação natural foi reduzida a pequenos fragmentos e confinadas em locais onde as condições edáficas são desfavoráveis à agricultura. Espera-se, com o presente estudo, colaborar para o enriquecimento do conhecimento sobre a valiosa diversidade florestal brasileira e sobre os fatores que comprometem a integridade desta diversidade, em particular na região da alta bacia do rio Araguaia, no sudoeste do estado de Goiás.

Die Gewinnung von regional- und landschaftsplanerischen Aussagen zu wichtigen Themen aus den Funktionsbereichen des Natur- und Landschaftsschutzes sowie der natürlichen Erholungseignung erfordert die Verknüpfung jeweils mehrerer thematischer Datenebenen. Im Rahmen einer Landschaftsstrukturanalyse werden die Freiflächenzerschneidung, die Biotopvernetzung und die Ökotonlängen in ihrer räumlichen Ausprägung ermittelt. Durch GIS-gestützte Verschneidungsalgorithmen können Problemareale erkannt werden, in denen sich Nutzungsansprüche überlagern (beispielsweise sensible Bereiche mit Baugebietsstandorten). Andererseits können Bereiche herausgearbeitet werden, die aufgrund ihrer vielfältigen landschaftshaushaltlichen Funktionen eine hohe Wertigkeit besitzen.

In dieser Arbeit wurde der Frage nachgegangen, inwieweit sich die Habitatansprüche von drei Brutvogelarten, der Offenlandart Feldlerche (Alauda arvensis), der Heckenart Neuntöter (Lanius collurio) und der Waldart Schwarzspecht (Dryocopus martius), mit Landschaftsstrukturmaßen darstellen lassen, und ob sich Landschaftsstrukturmaße für die Habitatmodellierung eignen. Basis für die Berechnung der Landschaftsstrukturmaße ist ein Flächenschema des IÖR-Monitors aus dem Jahr 2013, welches aus Daten des AFIS-ALKIS-ATKIS-Modells (AAA-Modells) aufgebaut wurde. Dieses Schema bietet redundanzfreie Flächennutzungsdaten für ganz Deutschland. Da es nur flächenhafte Elemente enthielt, wurde es um gepufferte linienhafte Elemente, genauer um Hecken, Baumreihen und Feldwege ergänzt. Die Artdaten stammen aus dem Monitoring häufiger Brutvögel (MhB), ebenfalls aus dem Jahr 2013. Die Berechnungen der Landschaftsstrukturmaße wurden mittels ArcGIS-Modellen durchgeführt. Für die Feldlerche und den Schwarzspecht wurden die Landschaftsstrukturmaße Mean Shape Index (MSI), Mean Patch Size (MPS), Anteil geeigneter Habitate (Percentage of Landscape, PLand), Total Core Area (TCA), Fläche geeigneter Biotope ohne anthropogene Störeinflüsse (Fl_ungest) und die Kantendichte der Landschaft (Edge Density, ED) berechnet. Für den Neuntöter sind es MSI, MPS, PLand, Fl_ungest, die Kantendichte und die Fläche geeigneter Gehölzbiotope und Hecken. Es wurde aufgezeigt, dass teilweise höchst signifikante lineare Zusammenhänge zwischen dem Vorkommen der drei Arten und den Landschaftsstrukturmaßen existieren. Die damit erklärten Streuungen der Brutpaarzahlen sind allerdings relativ gering. Das Bestimmtheitsmaß B oder R² der Regressionsgeraden beträgt für die Feldlerche maximal 0,285 bei der Fläche ungestörter Habitate, für den Schwarzspecht maximal 0,332 bei dem Anteil geeigneter Habitate und beim Neuntöter lediglich 0,038, ebenfalls für die Fläche ungestörter Habitate. Der Grund hierfür ist, dass die Arten Ansprüche an die Habitate stellen, die sich nicht mit Landschaftsstrukturmaßen erklären lassen. Die Modelle der multiplen linearen Regression sind ungeeignet, um Brutpaarzahlen der Arten vorherzusagen. Ohnehin war es nur für die Feldlerche möglich, ein solches Modell zu erstellen, das höhere Bestimmtheitsmaße aufweist als die einzelnen Landschaftsstrukturmaße. Deutlich bessere Ergebnisse wurden mit einem Modell erzielt, das die Eignung der Landschaft und ihrer Struktur als Habitat anhand einer Bewertungsmatrix beurteilt. Hier wurde bestimmt, wie hoch der Anteil besetzter Untersuchungsflächen an der Gesamtzahl von Untersuchungsflächen einer bestimmten Gesamtpunktzahl ist. Die Zusammenhänge zwischen Punktzahl und Anteil besetzter Flächen wurde mit teils nichtlinearen Regressionsfunktionen dargestellt. Der Anteil erklärter Abweichungen (R²) beträgt bei der Funktion der Feldlerche 97,1%, der des Schwarzspechts 88,5% und der des Neuntö-ters 49,3%.