Habitat variation is considered as an expression of biodiversity at landscape level in addition to genetic variation and species variation. Thus, effective methods for measuring habitat pattern at landscape level can be used to evaluate the status of biological conservation. However, the commonly used model (i.e. patch-corridor-matrix) for spatial pattern analysis has deficiencies. This model assumes discrete structures within the landscape without explicit consideration of “transitional zones” or “gradients” between patches. The transitional zones, often called “ecotones”, are dynamic and have a profound influence on adjacent ecosystems. Besides, this model takes landscape as a flat surface without consideration of the third spatial dimension (elevation). This will underestimate the patches’ size and perimeter as well as distances between patches especially in mountainous regions. Thus, the mosaic model needs to be adapted for more realistic and more precise representation of habitat pattern regarding to biodiversity assessment. Another part of information that has often been ignored is “small biotopes” inside patches (e.g. hedgerows, tree rows, copse, and scattered trees), which leads to within-patch heterogeneity being underestimated. The present work originates from the integration of the third spatial dimension in land-cover classification and landscape structure analysis. From the aspect of data processing, an integrated approach of Object-Based Image Analysis (OBIA) and Pixel-Based Image Analysis (PBIA) is developed and applied on multi-source data set (RapidEye images and Lidar data). At first, a general OBIA procedure is developed according to spectral object features based on RapidEye images for producing land-cover maps. Then, based on the classified maps, pixel-based algorithms are designed for detection of the small biotopes and ecotones using a Normalized Digital Surface Model (NDSM) which is derived from Lidar data. For describing habitat pattern under three-dimensional condition, several 3D-metrics (measuring e.g. landscape diversity, fragmentation/connectivity, and contrast) are proposed with spatial consideration of the ecological functions of small biotopes and ecotones. The proposed methodology is applied in two real-world examples in Germany and China. The results are twofold. First, it shows that the integrated approach of object-based and pixel-based image processing is effective for land-cover classification on different spatial scales. The overall classification accuracies of the main land-cover maps are 92 % in the German test site and 87 % in the Chinese test site. The developed Red Edge Vegetation Index (REVI) which is calculated from RapidEye images has been proved more efficient than the traditionally used Normalized Differenced Vegetation Index (NDVI) for vegetation classification, especially for the extraction of the forest mask. Using NDSM data, the third dimension is helpful for the identification of small biotopes and height gradient on forest boundary. The pixel-based algorithm so-called “buffering and shrinking” is developed for the detection of tree rows and ecotones on forest/field boundary. As a result the accuracy of detecting small biotopes is 80 % and four different types of ecotones are detected in the test site. Second, applications of 3D-metrics in two varied test sites show the frequently-used landscape diversity indices (i.e. Shannon’s diversity (SHDI) and Simpson’s diversity (SIDI)) are not sufficient for describing the habitats diversity, as they quantify only the habitats composition without consideration on habitats spatial distribution. The modified 3D-version of Effective Mesh Size (MESH) that takes ecotones into account leads to a realistic quantification of habitat fragmentation. In addition, two elevation-based contrast indices (i.e. Area-Weighted Edge Contrast (AWEC) and Total Edge Contrast Index (TECI)) are used as supplement to fragmentation metrics. Both ecotones and small biotopes are incorporated into the contrast metrics to take into account their edge effect in habitat pattern. This can be considered as a further step after fragmentation analysis with additional consideration of the edge permeability in the landscape structure analysis. Furthermore, a vector-based algorithm called “multi-buffer” approach is suggested for analyzing ecological networks based on land-cover maps. It considers small biotopes as stepping stones to establish connections between patches. Then, corresponding metrics (e.g. Effective Connected Mesh Size (ECMS)) are proposed based on the ecological networks. The network analysis shows the response of habitat connectivity to different dispersal distances in a simple way. Those connections through stepping stones act as ecological indicators of the “health” of the system, indicating the interpatch communications among habitats. In summary, it can be stated that habitat diversity is an essential level of biodiversity and methods for quantifying habitat pattern need to be improved and adapted to meet the demands for landscape monitoring and biodiversity conservation. The approaches presented in this work serve as possible methodical solution for fine-scale landscape structure analysis and function as “stepping stones” for further methodical developments to gain more insights into the habitat pattern. / Die Lebensraumvielfalt ist neben der genetischen Vielfalt und der Artenvielfalt eine wesentliche Ebene der Biodiversität. Da diese Ebenen miteinander verknüpft sind, können Methoden zur Messung der Muster von Lebensräumen auf Landschaftsebene erfolgreich angewandt werden, um den Zustand der Biodiversität zu bewerten. Das zur räumlichen Musteranalyse auf Landschaftsebene häufig verwendete Patch-Korridor-Matrix-Modell weist allerdings einige Defizite auf. Dieses Modell geht von diskreten Strukturen in der Landschaft aus, ohne explizite Berücksichtigung von „Übergangszonen“ oder „Gradienten“ zwischen den einzelnen Landschaftselementen („Patches“). Diese Übergangszonen, welche auch als „Ökotone“ bezeichnet werden, sind dynamisch und haben einen starken Einfluss auf benachbarte Ökosysteme. Außerdem wird die Landschaft in diesem Modell als ebene Fläche ohne Berücksichtigung der dritten räumlichen Dimension (Höhe) betrachtet. Das führt dazu, dass die Flächengrößen und Umfänge der Patches sowie Distanzen zwischen den Patches besonders in reliefreichen Regionen unterschätzt werden. Daher muss das Patch-Korridor-Matrix-Modell für eine realistische und präzise Darstellung der Lebensraummuster für die Bewertung der biologischen Vielfalt angepasst werden. Ein weiterer Teil der Informationen, die häufig in Untersuchungen ignoriert werden, sind „Kleinbiotope“ innerhalb größerer Patches (z. B. Feldhecken, Baumreihen, Feldgehölze oder Einzelbäume). Dadurch wird die Heterogenität innerhalb von Patches unterschätzt. Die vorliegende Arbeit basiert auf der Integration der dritten räumlichen Dimension in die Landbedeckungsklassifikation und die Landschaftsstrukturanalyse. Mit Methoden der räumlichen Datenverarbeitung wurde ein integrierter Ansatz von objektbasierter Bildanalyse (OBIA) und pixelbasierter Bildanalyse (PBIA) entwickelt und auf einen Datensatz aus verschiedenen Quellen (RapidEye-Satellitenbilder und Lidar-Daten) angewendet. Dazu wird zunächst ein OBIA-Verfahren für die Ableitung von Hauptlandbedeckungsklassen entsprechend spektraler Objekteigenschaften basierend auf RapidEye-Bilddaten angewandt. Anschließend wurde basierend auf den klassifizierten Karten, ein pixelbasierter Algorithmus für die Erkennung von kleinen Biotopen und Ökotonen mit Hilfe eines normalisierten digitalen Oberflächenmodells (NDSM), welches das aus LIDAR-Daten abgeleitet wurde, entwickelt. Zur Beschreibung der dreidimensionalen Charakteristika der Lebensraummuster unter der räumlichen Betrachtung der ökologischen Funktionen von kleinen Biotopen und Ökotonen, werden mehrere 3D-Maße (z. B. Maße zur landschaftlichen Vielfalt, zur Fragmentierung bzw. Konnektivität und zum Kontrast) vorgeschlagen. Die vorgeschlagene Methodik wird an zwei realen Beispielen in Deutschland und China angewandt. Die Ergebnisse zeigen zweierlei. Erstens zeigt es sich, dass der integrierte Ansatz der objektbasierten und pixelbasierten Bildverarbeitung effektiv für die Landbedeckungsklassifikation auf unterschiedlichen räumlichen Skalen ist. Die Klassifikationsgüte insgesamt für die Hauptlandbedeckungstypen beträgt 92 % im deutschen und 87 % im chinesischen Testgebiet. Der eigens entwickelte Red Edge-Vegetationsindex (REVI), der sich aus RapidEye-Bilddaten berechnen lässt, erwies sich für die Vegetationsklassifizierung als effizienter verglichen mit dem traditionell verwendeten Normalized Differenced Vegetation Index (NDVI), insbesondere für die Gewinnung der Waldmaske. Im Rahmen der Verwendung von NDSM-Daten erwies sich die dritte Dimension als hilfreich für die Identifizierung von kleinen Biotopen und dem Höhengradienten, beispielsweise an der Wald/Feld-Grenze. Für den Nachweis von Baumreihen und Ökotonen an der Wald/Feld-Grenze wurde der sogenannte pixelbasierte Algorithmus „Pufferung und Schrumpfung“ entwickelt. Im Ergebnis konnten kleine Biotope mit einer Genauigkeit von 80 % und vier verschiedene Ökotontypen im Testgebiet detektiert werden. Zweitens zeigen die Ergebnisse der Anwendung der 3D-Maße in den zwei unterschiedlichen Testgebieten, dass die häufig genutzten Landschaftsstrukturmaße Shannon-Diversität (SHDI) und Simpson-Diversität (SIDI) nicht ausreichend für die Beschreibung der Lebensraumvielfalt sind. Sie quantifizieren lediglich die Zusammensetzung der Lebensräume, ohne Berücksichtigung der räumlichen Verteilung und Anordnung. Eine modifizierte 3D-Version der Effektiven Maschenweite (MESH), welche die Ökotone integriert, führt zu einer realistischen Quantifizierung der Fragmentierung von Lebensräumen. Darüber hinaus wurden zwei höhenbasierte Kontrastindizes, der flächengewichtete Kantenkontrast (AWEC) und der Gesamt-Kantenkontrast Index (TECI), als Ergänzung der Fragmentierungsmaße entwickelt. Sowohl Ökotone als auch Kleinbiotope wurden in den Berechnungen der Kontrastmaße integriert, um deren Randeffekte im Lebensraummuster zu berücksichtigen. Damit kann als ein weiterer Schritt nach der Fragmentierungsanalyse die Randdurchlässigkeit zusätzlich in die Landschaftsstrukturanalyse einbezogen werden. Außerdem wird ein vektorbasierter Algorithmus namens „Multi-Puffer“-Ansatz für die Analyse von ökologischen Netzwerken auf Basis von Landbedeckungskarten vorgeschlagen. Er berücksichtigt Kleinbiotope als Trittsteine, um Verbindungen zwischen Patches herzustellen. Weiterhin werden entsprechende Maße, z. B. die Effective Connected Mesh Size (ECMS), für die Analyse der ökologischen Netzwerke vorgeschlagen. Diese zeigen die Auswirkungen unterschiedlicher angenommener Ausbreitungsdistanzen von Organismen bei der Ableitung von Biotopverbundnetzen in einfacher Weise. Diese Verbindungen zwischen Lebensräumen über Trittsteine hinweg dienen als ökologische Indikatoren für den „gesunden Zustand“ des Systems und zeigen die gegenseitigen Verbindungen zwischen den Lebensräumen. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Vielfalt der Lebensräume eine wesentliche Ebene der Biodiversität ist. Die Methoden zur Quantifizierung der Lebensraummuster müssen verbessert und angepasst werden, um den Anforderungen an ein Landschaftsmonitoring und die Erhaltung der biologischen Vielfalt gerecht zu werden. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ansätze dienen als mögliche methodische Lösung für eine feinteilige Landschaftsstrukturanalyse und fungieren als ein „Trittsteine” auf dem Weg zu weiteren methodischen Entwicklungen für einen tieferen Einblick in die Muster von Lebensräumen.

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The presented dissertation entitled „Development and Validation of a Landscape Metrics Based Approach for Standardized Landscape Assessment Considering Spatial Patterns” addresses three main questions: I. Which ecosystem services depend on landscape structure? II. How can landscape metrics be used to achieve a standardized routine for assessing the impact of landscape structure on the hereon dependent ecosystem services? III. How can regional planning benefit from the consideration of landscape structural effects on the provision of ecosystem services? The PhD study was carried out in the context of the Climate Change adaptation project REGKLAM (funding code 01 LR 0802). The work package “Land Use” was conducted at the Institute of Soil Science and Site Ecology of the TU Dresden under the direction of Prof. Dr. Makeschin. The PhD study took place in the framework of a sub-work package of it, which was called “Integrated Land Use Assessment”. The aim of this sub-work package was the evaluation of Climate Change adaptation strategies at the landscape scale in a cross-sectoral manner. The ecosystem services concept was chosen as methodological framework for this purpose. Particular motivation of this PhD study was that landscape structural aspects are often not sufficiently considered in commonly used ecosystem services assessment approaches. A standardized assessment procedure regarding the impact of the composition and configuration of land use/ land cover types is not yet existent in contemporary planning approaches, neither in strategic environmental assessment. In my thesis, I developed in the period from 2010 to 2014 a methodological basis which addresses this challenge. My thesis was realized as cumulative dissertation, which consists of three articles. These articles are published in peer-reviewed, ISI-listed international journals, whereas the third article still is in press. The short introduction in chapter one gives information on the motivation and the structure of the thesis. In chapter two, the research hypothesis is formulated and scope and objectives are explained. Chapter three gives an overview of the history of landscape metrics, the state-of-the-art, and current research in topic. In chapter four, the model region, focus areas, and the methodological basis are described. The fifth chapter summarizes results of the three articles (Frank et al. 2012, 2013, in press). Discussions in chapter six critically reflect the methodology and identify limitations, strengths, and its contribution to regional planning and to decision-making. Furthermore, some suggestions for extending the approach to other ecosystem services, especially regulating services, are made and perspectives towards different research questions are shown. Chapter seven summarizes the main outcomes of the PhD study. The central output of the dissertation is a module of GISCAME, a land use change impact assessment platform for supporting regional planning. The landscape metrics based ecosystem services assessment approach facilitates calculation, combination, and interpretation of a choice of landscape metrics and, hence, the evaluation of the impact of composition and configuration of land use patterns on ecosystem services. I selected eleven focus areas in the planning region “Upper Elbe Valley/Eastern Ore Mountains” to demonstrate the application and validation of the landscape metrics based approach that I propose in my dissertation. With these use cases, I show that the landscape structure significantly influences the provision of the ecosystem services ecological integrity and landscape aesthetics. Within the first use case I could demonstrate that the afforestation planning can be enhanced by including landscape metrics in the planning process. Actual priority areas for afforestation do not contribute to ecological integrity at the regional scale. Landscape fragmentation, habitat connectivity, and landscape diversity must be taken into account in order to identify most efficient priority areas for afforestation in terms of enhancing ecological integrity. The second use case focused on the question, how landscape structure influences scenic beauty. By means of a survey, I performed a comparison between the landscape metrics based approach and landscape perception of 153 respondents. This test underpinned my assumption that a landscape metrics based routine allows conclusions on the value of landscape aesthetics. The third use case gives practical advice in the current planning challenge about how to enhance water erosion protection planning in the context of Climate Change. Here, I demonstrated that not only land use change in preferential water erosion paths, but especially the change of management strategies combined with an improvement of landscape structure have the capacity to reduce water erosion potential by 92 %. The results show that it is of great importance to consider landscape structural aspects in current and future regional planning questions because additional, relevant planning information becomes tangible. The comparison of the presented method with other landscape metrics based approaches for ecosystem services assessment shows that the interpretation of the landscape metric values in the GISCAME platform module goes one step further towards usability for planning support: its transparency, spatial transferability, and flexibility are the main strengths of the approach. However, there is a clear need to involve the impact of landscape structure aspects also regarding other ecosystem services. / Die vorgelegte Dissertation mit dem Titel „Entwicklung und Validierung eines auf Landschaftsstrukturmaßen basierten Ansatzes zur standardisierten Landschaftsbewertung unter Berücksichtigung räumlicher Muster“ behandelt die drei Hauptfragen I. Welche Ökosystemdienstleistungen hängen von der Landschaftsstruktur ab? II. Wie können Landschaftsstrukturmaße genutzt werden, um ein standardisiertes Bewertungsverfahren dieser abhängigen Ökosystemdienstleistungen zu ermöglichen? III. Wie kann die Regionalplanung von der Berücksichtigung der Effekte von Landschaftsstruktur auf die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen profitieren? Die Promotions-Studie wurde im Rahmen des Klimawandel-Anpassungs-Projektes REGKLAM (Förderkennzeichen 01 LR 0802) durchgeführt. Das Arbeitspaket „Landnutzung“ wurde am Institut für Bodenkunde und Standortslehre der TU Dresden unter Leitung von Prof. Dr. Makeschin bearbeitet. Die Promotions-Studie erfolgte im Rahmen des Teil-Arbeitstaktes „Integrierte Landnutzungsbewertung“. Ziel dieses Teil-Arbeitspaketes war die Bewertung von Klimawandel-Anpassungs-Strategien auf Landschaftsebene in Sektor-übergreifender Weise. Zu diesem Zweck wurde das Ökosystemdienstleistungskonzept als methodischer Rahmen gewählt. Der spezielle Anlass dieser Promotion-Studie war, dass landschaftsstrukturelle Aspekte in gebräuchlichen Ökosystemdienstleistungs-Bewertungsansätzen oft ungenügend berücksichtigt sind. Ein standardisiertes Bewertungsverfahren des Einflusses von Zusammensetzung und Anordnung von Landnutzungs-/Landbedeckungstypen existiert weder in aktuellen Planungsansätzen noch in Umweltverträglichkeitsprüfungen. In meiner Dissertation entwickelte ich im Zeitraum von 2010 bis 2014 eine methodische Grundlage, welche diese Herausforderung angeht. Meine Promotion wurde als kumulative Dissertation, welche aus drei Artikeln besteht, umgesetzt. Diese Artikel wurden in begutachteten, ISI-gelisteten, internationalen Journalen veröffentlicht, wobei sich das dritte aktuell im Druck befindet. Die kurze Einleitung im ersten Kapitel informiert über die Beweggründe und die Struktur der Dissertation. Im zweiten Kapitel ist die Forschungshypothese formuliert sowie Geltungsbereich und Zeile erläutert. Kapitel drei gibt einen Überblick über die Geschichte der Landschaftsstrukturmaße, den aktuellen Forschungsstand und aktuelle Forschungsfelder. Im vierten Kapitel sind die Modellregion, die Fallstudien-Gebiete, sowie methodische Grundlagen beschrieben. Das fünfte Kapitel fasst die Ergebnisse der drei Artikel (Frank et al. 2012, 2013, im Druck) zusammen. Diskussionen in Kapitel sechs reflektieren die Methodik kritisch und identifizieren ihre Grenzen und Stärken sowie den Beitrag der Ergebnisse zu Regionalplanung und Entscheidungsfindung. Darüber hinaus werden einige Empfehlungen zur Erweiterung des Ansatzes für weitere Ökosystemdienstleistungen, insbesondere regulierende Leistungen, getroffen und Perspektiven zur Anwendung für andere Forschungsfragen werden aufgezeigt. Kapitel sieben fasst schließlich die wichtigsten Ergebnisse der Promotions-Studie zusammen. Das zentrale Ergebnis der Dissertation ist eine Erweiterung des Entscheidungsunterstützungs-Werkzeuges GISCAME. Der auf Landschaftsstrukturmaßen basierende Ökosystemdienstleistungs-Bewertungsansatz ermöglicht die Berechnung, Kombination und Interpretation einer Auswahl von Landschaftsstrukturmaßen und somit die Bewertung des Einflusses von Zusammensetzung und Anordnung von Landnutzungsmustern auf Ökosystemdienstleistungen. Ich wählte elf Fokusgebiete in der Planungsregion „Oberes Elbtal/Osterzgebirge“ aus um die Anwendung und Validierung des auf Landschaftsstrukturmaßen basierenden Ansatzes, den ich in der Dissertation vorschlage, zu demonstrieren. Mittels dieser Anwendungsfälle zeige ich, dass die Landschaftsstruktur die Bereitstellung der Ökosystemdienstleistungen ökologische Integrität und Landschaftsästhetik erheblich beeinflusst. Im ersten Anwendungsfall konnte ich zeigen, dass die Aufforstungsplanung durch die Einbeziehung von Landschaftsstrukturmaßen in den Planungsprozess verbessert werden kann. Vorranggebiete für Waldmehrung in ihrer derzeitigen Form tragen nicht zur ökologischen Integrität auf der regionalen Ebene bei. Landschaftszerschneidung, Biotopverbund und Landschaftsdiversität müssen vermehrt beachtet werden, um Vorranggebiete für Waldmehrung für eine Verbesserung der ökologischen Intaktheit effizienter anzuordnen. Der zweite Anwendungsfall richtete sich auf die Frage, wie Landschaftsstruktur die Landschaftsästhetik beeinflusst. Mithilfe einer Befragung verglich ich den auf Landschaftsstrukurmaßen basierenden Ansatz mit der Landschaftswahrnehmung von 153 Befragten. Dieser Test untermauerte meine Annahme, dass das auf Landschaftsstrukurmaßen basierende Vorgehen Rückschlüsse auf den ästhetischen Wert einer Landschaft zulässt. Der dritte Anwendungsfall gibt praktische Hinweise bezüglich der aktuellen Planungs-Herausforderung, wie Erosionsschutzplanung im Kontext des Klimawandels verbesset werden kann. In diesem Fall konnte ich zeigen, dass nicht nur Landnutzungsänderungen in präferenziellen Abflussbahnen, sondern insbesondere eine Änderung der Bodenbearbeitungsstrategie in Kombination mit verbesserter Landschaftsstruktur das Potential hat, die potentielle Wassererosion um 92 % zu reduzieren. Die Ergebnisse zeigen, dass es von großer Bedeutung ist, landschaftsstrukturelle Aspekte in aktuellen und zukünftigen Planungsfragen zu berücksichtigen, da somit zusätzliche, maßgebliche Informationen greifbar werden. Der Vergleich der vorliegenden Methodik mit anderen Ansätzen, die Landschaftsstrukturmaße nutzen um Ökosystemdienstleistungen zu bewerten, zeigt, dass die automatisierte Interpretation der Landschaftsstrukturmaße mittels des neuen Moduls in GISCAME einen Schritt in Richtung Nützlichkeit für Planungsunterstützung geht: Transparenz, räumliche Übertragbarkeit und Flexibilität sind weitere Stärken des Ansatzes. Jedoch gibt es eindeutig den Bedarf den Einfluss von Landschaftsstruktur auf weitere Ökosystemdienstleistungen einzubeziehen.

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.

Bisher sind Indikatoren für die Landschaftsvielfalt auf bundesweiter Ebene trotz vorhandener früherer Ansätze, beispielsweise zur Umweltökonomischen Gesamtrechnung, noch unterrepräsentiert. Auch auf EU-Ebene existieren dazu nur erste Ansätze. Die Vielfalt der Nutzung einer Landschaft kann auf der Basis von Flächennutzungsinformationen mittels geeigneter Maßzahlen beschrieben werden. Dabei dienen Indizes der Landschaftsstruktur („Landschaftsstrukturmaße“) zur Beschreibung der Zusammensetzung und räumlichen Ordnung einer Landschaft. Aus der flächendeckenden Datengrundlage des Monitors der Siedlungs- und Freiraumentwicklung (IÖR-Monitor) lassen sich räumliche Maßzahlen zu Größe, Form, Anzahl, Art und Anordnung der Landschaftselemente ableiten und mit weiteren Fachdaten verknüpfen. Der Beitrag gibt einen Überblick über bisher vorhandene Ansätze und Indikatoren in Deutschland sowie der Europäischen Union. Abschließend werden Überlegungen für Indikatoren zur Landschaftsvielfalt im IÖR-Monitor sowie erste Ergebnisse vorgestellt.

Der südöstliche Randbereich des Verdichtungsraumes Dresden ist sowohl naturräumlich als auch von der Nutzung her sehr heterogen strukturiert. Hier treffen die Naturräume des Elbtales, des Erzgebirgsvorlandes und der Sächsischen Schweiz aufeinander. Städtische Nutzungen wie Wohn- und Industriegebiete in den Städten Dresden, Heidenau und Pirna stehen ländlichen Nutzungen wie Ackerbau und Intensivobstbau, aber auch Rohstoffabbau in den Kiesgruben gegenüber. Ein Schwerpunkt der Arbeit in diesem Raum lag daher in der quantitativen Erfassung und flächenbezogenen Darstellung von Parametern, die die unterschiedlichen nutzungsbedingten Strukturen im Raum beschreiben und quantifizieren. Dabei standen folgende Fragen im Vordergrund: – Welche Parameter wurden bisher erfaßt und können herangezogen werden? – Wie lassen sich Methoden der Fernerkundung zur großräumigen Ableitung solcher Parameter verwenden? Welche Klassifizierungs- bzw. Filteralgorithmen müssen dazu eingesetzt werden? – Welche Informationen müssen zusätzlich über ein Geo-Informationssystem eingebracht werden? Um das Verhalten der Indizes auf unterschiedlichen räumlichen Ebenen untersuchen zu können, wurden Strukturmaße für die regionale Ebene und den gesamten Freistaat Sachsen bestimmt. Die Berechnung erfolgte mit dem Programm FRAGSTATS. Sowohl für Raster- als auch Vektordaten können damit Maßzahlen für Nutzungseinheiten („Patches“), Nutzungsklassen und für die gesamte Landschaftseinheit ermittelt werden.

The presented dissertation entitled „Development and Validation of a Landscape Metrics Based Approach for Standardized Landscape Assessment Considering Spatial Patterns” addresses three main questions: I. Which ecosystem services depend on landscape structure? II. How can landscape metrics be used to achieve a standardized routine for assessing the impact of landscape structure on the hereon dependent ecosystem services? III. How can regional planning benefit from the consideration of landscape structural effects on the provision of ecosystem services? The PhD study was carried out in the context of the Climate Change adaptation project REGKLAM (funding code 01 LR 0802). The work package “Land Use” was conducted at the Institute of Soil Science and Site Ecology of the TU Dresden under the direction of Prof. Dr. Makeschin. The PhD study took place in the framework of a sub-work package of it, which was called “Integrated Land Use Assessment”. The aim of this sub-work package was the evaluation of Climate Change adaptation strategies at the landscape scale in a cross-sectoral manner. The ecosystem services concept was chosen as methodological framework for this purpose. Particular motivation of this PhD study was that landscape structural aspects are often not sufficiently considered in commonly used ecosystem services assessment approaches. A standardized assessment procedure regarding the impact of the composition and configuration of land use/ land cover types is not yet existent in contemporary planning approaches, neither in strategic environmental assessment. In my thesis, I developed in the period from 2010 to 2014 a methodological basis which addresses this challenge. My thesis was realized as cumulative dissertation, which consists of three articles. These articles are published in peer-reviewed, ISI-listed international journals, whereas the third article still is in press. The short introduction in chapter one gives information on the motivation and the structure of the thesis. In chapter two, the research hypothesis is formulated and scope and objectives are explained. Chapter three gives an overview of the history of landscape metrics, the state-of-the-art, and current research in topic. In chapter four, the model region, focus areas, and the methodological basis are described. The fifth chapter summarizes results of the three articles (Frank et al. 2012, 2013, in press). Discussions in chapter six critically reflect the methodology and identify limitations, strengths, and its contribution to regional planning and to decision-making. Furthermore, some suggestions for extending the approach to other ecosystem services, especially regulating services, are made and perspectives towards different research questions are shown. Chapter seven summarizes the main outcomes of the PhD study. The central output of the dissertation is a module of GISCAME, a land use change impact assessment platform for supporting regional planning. The landscape metrics based ecosystem services assessment approach facilitates calculation, combination, and interpretation of a choice of landscape metrics and, hence, the evaluation of the impact of composition and configuration of land use patterns on ecosystem services. I selected eleven focus areas in the planning region “Upper Elbe Valley/Eastern Ore Mountains” to demonstrate the application and validation of the landscape metrics based approach that I propose in my dissertation. With these use cases, I show that the landscape structure significantly influences the provision of the ecosystem services ecological integrity and landscape aesthetics. Within the first use case I could demonstrate that the afforestation planning can be enhanced by including landscape metrics in the planning process. Actual priority areas for afforestation do not contribute to ecological integrity at the regional scale. Landscape fragmentation, habitat connectivity, and landscape diversity must be taken into account in order to identify most efficient priority areas for afforestation in terms of enhancing ecological integrity. The second use case focused on the question, how landscape structure influences scenic beauty. By means of a survey, I performed a comparison between the landscape metrics based approach and landscape perception of 153 respondents. This test underpinned my assumption that a landscape metrics based routine allows conclusions on the value of landscape aesthetics. The third use case gives practical advice in the current planning challenge about how to enhance water erosion protection planning in the context of Climate Change. Here, I demonstrated that not only land use change in preferential water erosion paths, but especially the change of management strategies combined with an improvement of landscape structure have the capacity to reduce water erosion potential by 92 %. The results show that it is of great importance to consider landscape structural aspects in current and future regional planning questions because additional, relevant planning information becomes tangible. The comparison of the presented method with other landscape metrics based approaches for ecosystem services assessment shows that the interpretation of the landscape metric values in the GISCAME platform module goes one step further towards usability for planning support: its transparency, spatial transferability, and flexibility are the main strengths of the approach. However, there is a clear need to involve the impact of landscape structure aspects also regarding other ecosystem services.:Contents Contents I List of Figures III List of Tables IV Summary V 1. Introduction 1 1.1. Motivation 1 1.2. Structure and strategy 1 2. Scope and objectives 3 3. Background and context 5 4. Methods 8 4.1. Model region and focus areas 8 4.2. Assessment framework: GISCAME 9 4.3. Challenge of standardization 10 4.4. Approach for assessing biotope connectivity 13 5. Results 15 5.1. Assessment of ecological integrity: Frank, S., Fürst, C., Koschke, L., and Makeschin, F. 2012. A contribution towards a transfer of the ecosystem service concept to landscape planning using landscape metrics. Ecological Indicators 21: 30-38. 15 5.2. Relationship of structure and ecosystem service: Frank, S., Fürst, C., Koschke, L., Witt, A., and Makeschin, F. 2013. Assessment of landscape aesthetics-Validation of a landscape metrics-based assessment by visual estimation of the scenic beauty. Ecological Indicators 32: 222-231 17 5.3. Extended scope of application in current planning questions: Frank, S., Fürst, C., Witt, A., Koschke, L., and Makeschin, F. in press. Making use of the ecosystem services concept in regional planning - trade-offs from reducing water erosion. Landscape Ecology. DOI: 10.1007/s10980-014-9992-3. 18 6. Discussion 20 6.1. Critical reflection of the methods 20 6.2. Challenge of validation 21 6.3. Supporting decision-making and planning 22 6.4. Outlook 23 6.4.1. Extension of the LM set and assessment criteria 23 6.4.2. Extension by consideration of further ecosystem services and different research fields 23 6.5. Proposal for enhancement of practice relevancy of LMs 24 7. Concluding remark 26 References 27 Appendices 33 / Die vorgelegte Dissertation mit dem Titel „Entwicklung und Validierung eines auf Landschaftsstrukturmaßen basierten Ansatzes zur standardisierten Landschaftsbewertung unter Berücksichtigung räumlicher Muster“ behandelt die drei Hauptfragen I. Welche Ökosystemdienstleistungen hängen von der Landschaftsstruktur ab? II. Wie können Landschaftsstrukturmaße genutzt werden, um ein standardisiertes Bewertungsverfahren dieser abhängigen Ökosystemdienstleistungen zu ermöglichen? III. Wie kann die Regionalplanung von der Berücksichtigung der Effekte von Landschaftsstruktur auf die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen profitieren? Die Promotions-Studie wurde im Rahmen des Klimawandel-Anpassungs-Projektes REGKLAM (Förderkennzeichen 01 LR 0802) durchgeführt. Das Arbeitspaket „Landnutzung“ wurde am Institut für Bodenkunde und Standortslehre der TU Dresden unter Leitung von Prof. Dr. Makeschin bearbeitet. Die Promotions-Studie erfolgte im Rahmen des Teil-Arbeitstaktes „Integrierte Landnutzungsbewertung“. Ziel dieses Teil-Arbeitspaketes war die Bewertung von Klimawandel-Anpassungs-Strategien auf Landschaftsebene in Sektor-übergreifender Weise. Zu diesem Zweck wurde das Ökosystemdienstleistungskonzept als methodischer Rahmen gewählt. Der spezielle Anlass dieser Promotion-Studie war, dass landschaftsstrukturelle Aspekte in gebräuchlichen Ökosystemdienstleistungs-Bewertungsansätzen oft ungenügend berücksichtigt sind. Ein standardisiertes Bewertungsverfahren des Einflusses von Zusammensetzung und Anordnung von Landnutzungs-/Landbedeckungstypen existiert weder in aktuellen Planungsansätzen noch in Umweltverträglichkeitsprüfungen. In meiner Dissertation entwickelte ich im Zeitraum von 2010 bis 2014 eine methodische Grundlage, welche diese Herausforderung angeht. Meine Promotion wurde als kumulative Dissertation, welche aus drei Artikeln besteht, umgesetzt. Diese Artikel wurden in begutachteten, ISI-gelisteten, internationalen Journalen veröffentlicht, wobei sich das dritte aktuell im Druck befindet. Die kurze Einleitung im ersten Kapitel informiert über die Beweggründe und die Struktur der Dissertation. Im zweiten Kapitel ist die Forschungshypothese formuliert sowie Geltungsbereich und Zeile erläutert. Kapitel drei gibt einen Überblick über die Geschichte der Landschaftsstrukturmaße, den aktuellen Forschungsstand und aktuelle Forschungsfelder. Im vierten Kapitel sind die Modellregion, die Fallstudien-Gebiete, sowie methodische Grundlagen beschrieben. Das fünfte Kapitel fasst die Ergebnisse der drei Artikel (Frank et al. 2012, 2013, im Druck) zusammen. Diskussionen in Kapitel sechs reflektieren die Methodik kritisch und identifizieren ihre Grenzen und Stärken sowie den Beitrag der Ergebnisse zu Regionalplanung und Entscheidungsfindung. Darüber hinaus werden einige Empfehlungen zur Erweiterung des Ansatzes für weitere Ökosystemdienstleistungen, insbesondere regulierende Leistungen, getroffen und Perspektiven zur Anwendung für andere Forschungsfragen werden aufgezeigt. Kapitel sieben fasst schließlich die wichtigsten Ergebnisse der Promotions-Studie zusammen. Das zentrale Ergebnis der Dissertation ist eine Erweiterung des Entscheidungsunterstützungs-Werkzeuges GISCAME. Der auf Landschaftsstrukturmaßen basierende Ökosystemdienstleistungs-Bewertungsansatz ermöglicht die Berechnung, Kombination und Interpretation einer Auswahl von Landschaftsstrukturmaßen und somit die Bewertung des Einflusses von Zusammensetzung und Anordnung von Landnutzungsmustern auf Ökosystemdienstleistungen. Ich wählte elf Fokusgebiete in der Planungsregion „Oberes Elbtal/Osterzgebirge“ aus um die Anwendung und Validierung des auf Landschaftsstrukturmaßen basierenden Ansatzes, den ich in der Dissertation vorschlage, zu demonstrieren. Mittels dieser Anwendungsfälle zeige ich, dass die Landschaftsstruktur die Bereitstellung der Ökosystemdienstleistungen ökologische Integrität und Landschaftsästhetik erheblich beeinflusst. Im ersten Anwendungsfall konnte ich zeigen, dass die Aufforstungsplanung durch die Einbeziehung von Landschaftsstrukturmaßen in den Planungsprozess verbessert werden kann. Vorranggebiete für Waldmehrung in ihrer derzeitigen Form tragen nicht zur ökologischen Integrität auf der regionalen Ebene bei. Landschaftszerschneidung, Biotopverbund und Landschaftsdiversität müssen vermehrt beachtet werden, um Vorranggebiete für Waldmehrung für eine Verbesserung der ökologischen Intaktheit effizienter anzuordnen. Der zweite Anwendungsfall richtete sich auf die Frage, wie Landschaftsstruktur die Landschaftsästhetik beeinflusst. Mithilfe einer Befragung verglich ich den auf Landschaftsstrukurmaßen basierenden Ansatz mit der Landschaftswahrnehmung von 153 Befragten. Dieser Test untermauerte meine Annahme, dass das auf Landschaftsstrukurmaßen basierende Vorgehen Rückschlüsse auf den ästhetischen Wert einer Landschaft zulässt. Der dritte Anwendungsfall gibt praktische Hinweise bezüglich der aktuellen Planungs-Herausforderung, wie Erosionsschutzplanung im Kontext des Klimawandels verbesset werden kann. In diesem Fall konnte ich zeigen, dass nicht nur Landnutzungsänderungen in präferenziellen Abflussbahnen, sondern insbesondere eine Änderung der Bodenbearbeitungsstrategie in Kombination mit verbesserter Landschaftsstruktur das Potential hat, die potentielle Wassererosion um 92 % zu reduzieren. Die Ergebnisse zeigen, dass es von großer Bedeutung ist, landschaftsstrukturelle Aspekte in aktuellen und zukünftigen Planungsfragen zu berücksichtigen, da somit zusätzliche, maßgebliche Informationen greifbar werden. Der Vergleich der vorliegenden Methodik mit anderen Ansätzen, die Landschaftsstrukturmaße nutzen um Ökosystemdienstleistungen zu bewerten, zeigt, dass die automatisierte Interpretation der Landschaftsstrukturmaße mittels des neuen Moduls in GISCAME einen Schritt in Richtung Nützlichkeit für Planungsunterstützung geht: Transparenz, räumliche Übertragbarkeit und Flexibilität sind weitere Stärken des Ansatzes. Jedoch gibt es eindeutig den Bedarf den Einfluss von Landschaftsstruktur auf weitere Ökosystemdienstleistungen einzubeziehen.:Contents Contents I List of Figures III List of Tables IV Summary V 1. Introduction 1 1.1. Motivation 1 1.2. Structure and strategy 1 2. Scope and objectives 3 3. Background and context 5 4. Methods 8 4.1. Model region and focus areas 8 4.2. Assessment framework: GISCAME 9 4.3. Challenge of standardization 10 4.4. Approach for assessing biotope connectivity 13 5. Results 15 5.1. Assessment of ecological integrity: Frank, S., Fürst, C., Koschke, L., and Makeschin, F. 2012. A contribution towards a transfer of the ecosystem service concept to landscape planning using landscape metrics. Ecological Indicators 21: 30-38. 15 5.2. Relationship of structure and ecosystem service: Frank, S., Fürst, C., Koschke, L., Witt, A., and Makeschin, F. 2013. Assessment of landscape aesthetics-Validation of a landscape metrics-based assessment by visual estimation of the scenic beauty. Ecological Indicators 32: 222-231 17 5.3. Extended scope of application in current planning questions: Frank, S., Fürst, C., Witt, A., Koschke, L., and Makeschin, F. in press. Making use of the ecosystem services concept in regional planning - trade-offs from reducing water erosion. Landscape Ecology. DOI: 10.1007/s10980-014-9992-3. 18 6. Discussion 20 6.1. Critical reflection of the methods 20 6.2. Challenge of validation 21 6.3. Supporting decision-making and planning 22 6.4. Outlook 23 6.4.1. Extension of the LM set and assessment criteria 23 6.4.2. Extension by consideration of further ecosystem services and different research fields 23 6.5. Proposal for enhancement of practice relevancy of LMs 24 7. Concluding remark 26 References 27 Appendices 33

Habitat variation is considered as an expression of biodiversity at landscape level in addition to genetic variation and species variation. Thus, effective methods for measuring habitat pattern at landscape level can be used to evaluate the status of biological conservation. However, the commonly used model (i.e. patch-corridor-matrix) for spatial pattern analysis has deficiencies. This model assumes discrete structures within the landscape without explicit consideration of “transitional zones” or “gradients” between patches. The transitional zones, often called “ecotones”, are dynamic and have a profound influence on adjacent ecosystems. Besides, this model takes landscape as a flat surface without consideration of the third spatial dimension (elevation). This will underestimate the patches’ size and perimeter as well as distances between patches especially in mountainous regions. Thus, the mosaic model needs to be adapted for more realistic and more precise representation of habitat pattern regarding to biodiversity assessment. Another part of information that has often been ignored is “small biotopes” inside patches (e.g. hedgerows, tree rows, copse, and scattered trees), which leads to within-patch heterogeneity being underestimated. The present work originates from the integration of the third spatial dimension in land-cover classification and landscape structure analysis. From the aspect of data processing, an integrated approach of Object-Based Image Analysis (OBIA) and Pixel-Based Image Analysis (PBIA) is developed and applied on multi-source data set (RapidEye images and Lidar data). At first, a general OBIA procedure is developed according to spectral object features based on RapidEye images for producing land-cover maps. Then, based on the classified maps, pixel-based algorithms are designed for detection of the small biotopes and ecotones using a Normalized Digital Surface Model (NDSM) which is derived from Lidar data. For describing habitat pattern under three-dimensional condition, several 3D-metrics (measuring e.g. landscape diversity, fragmentation/connectivity, and contrast) are proposed with spatial consideration of the ecological functions of small biotopes and ecotones. The proposed methodology is applied in two real-world examples in Germany and China. The results are twofold. First, it shows that the integrated approach of object-based and pixel-based image processing is effective for land-cover classification on different spatial scales. The overall classification accuracies of the main land-cover maps are 92 % in the German test site and 87 % in the Chinese test site. The developed Red Edge Vegetation Index (REVI) which is calculated from RapidEye images has been proved more efficient than the traditionally used Normalized Differenced Vegetation Index (NDVI) for vegetation classification, especially for the extraction of the forest mask. Using NDSM data, the third dimension is helpful for the identification of small biotopes and height gradient on forest boundary. The pixel-based algorithm so-called “buffering and shrinking” is developed for the detection of tree rows and ecotones on forest/field boundary. As a result the accuracy of detecting small biotopes is 80 % and four different types of ecotones are detected in the test site. Second, applications of 3D-metrics in two varied test sites show the frequently-used landscape diversity indices (i.e. Shannon’s diversity (SHDI) and Simpson’s diversity (SIDI)) are not sufficient for describing the habitats diversity, as they quantify only the habitats composition without consideration on habitats spatial distribution. The modified 3D-version of Effective Mesh Size (MESH) that takes ecotones into account leads to a realistic quantification of habitat fragmentation. In addition, two elevation-based contrast indices (i.e. Area-Weighted Edge Contrast (AWEC) and Total Edge Contrast Index (TECI)) are used as supplement to fragmentation metrics. Both ecotones and small biotopes are incorporated into the contrast metrics to take into account their edge effect in habitat pattern. This can be considered as a further step after fragmentation analysis with additional consideration of the edge permeability in the landscape structure analysis. Furthermore, a vector-based algorithm called “multi-buffer” approach is suggested for analyzing ecological networks based on land-cover maps. It considers small biotopes as stepping stones to establish connections between patches. Then, corresponding metrics (e.g. Effective Connected Mesh Size (ECMS)) are proposed based on the ecological networks. The network analysis shows the response of habitat connectivity to different dispersal distances in a simple way. Those connections through stepping stones act as ecological indicators of the “health” of the system, indicating the interpatch communications among habitats. In summary, it can be stated that habitat diversity is an essential level of biodiversity and methods for quantifying habitat pattern need to be improved and adapted to meet the demands for landscape monitoring and biodiversity conservation. The approaches presented in this work serve as possible methodical solution for fine-scale landscape structure analysis and function as “stepping stones” for further methodical developments to gain more insights into the habitat pattern. / Die Lebensraumvielfalt ist neben der genetischen Vielfalt und der Artenvielfalt eine wesentliche Ebene der Biodiversität. Da diese Ebenen miteinander verknüpft sind, können Methoden zur Messung der Muster von Lebensräumen auf Landschaftsebene erfolgreich angewandt werden, um den Zustand der Biodiversität zu bewerten. Das zur räumlichen Musteranalyse auf Landschaftsebene häufig verwendete Patch-Korridor-Matrix-Modell weist allerdings einige Defizite auf. Dieses Modell geht von diskreten Strukturen in der Landschaft aus, ohne explizite Berücksichtigung von „Übergangszonen“ oder „Gradienten“ zwischen den einzelnen Landschaftselementen („Patches“). Diese Übergangszonen, welche auch als „Ökotone“ bezeichnet werden, sind dynamisch und haben einen starken Einfluss auf benachbarte Ökosysteme. Außerdem wird die Landschaft in diesem Modell als ebene Fläche ohne Berücksichtigung der dritten räumlichen Dimension (Höhe) betrachtet. Das führt dazu, dass die Flächengrößen und Umfänge der Patches sowie Distanzen zwischen den Patches besonders in reliefreichen Regionen unterschätzt werden. Daher muss das Patch-Korridor-Matrix-Modell für eine realistische und präzise Darstellung der Lebensraummuster für die Bewertung der biologischen Vielfalt angepasst werden. Ein weiterer Teil der Informationen, die häufig in Untersuchungen ignoriert werden, sind „Kleinbiotope“ innerhalb größerer Patches (z. B. Feldhecken, Baumreihen, Feldgehölze oder Einzelbäume). Dadurch wird die Heterogenität innerhalb von Patches unterschätzt. Die vorliegende Arbeit basiert auf der Integration der dritten räumlichen Dimension in die Landbedeckungsklassifikation und die Landschaftsstrukturanalyse. Mit Methoden der räumlichen Datenverarbeitung wurde ein integrierter Ansatz von objektbasierter Bildanalyse (OBIA) und pixelbasierter Bildanalyse (PBIA) entwickelt und auf einen Datensatz aus verschiedenen Quellen (RapidEye-Satellitenbilder und Lidar-Daten) angewendet. Dazu wird zunächst ein OBIA-Verfahren für die Ableitung von Hauptlandbedeckungsklassen entsprechend spektraler Objekteigenschaften basierend auf RapidEye-Bilddaten angewandt. Anschließend wurde basierend auf den klassifizierten Karten, ein pixelbasierter Algorithmus für die Erkennung von kleinen Biotopen und Ökotonen mit Hilfe eines normalisierten digitalen Oberflächenmodells (NDSM), welches das aus LIDAR-Daten abgeleitet wurde, entwickelt. Zur Beschreibung der dreidimensionalen Charakteristika der Lebensraummuster unter der räumlichen Betrachtung der ökologischen Funktionen von kleinen Biotopen und Ökotonen, werden mehrere 3D-Maße (z. B. Maße zur landschaftlichen Vielfalt, zur Fragmentierung bzw. Konnektivität und zum Kontrast) vorgeschlagen. Die vorgeschlagene Methodik wird an zwei realen Beispielen in Deutschland und China angewandt. Die Ergebnisse zeigen zweierlei. Erstens zeigt es sich, dass der integrierte Ansatz der objektbasierten und pixelbasierten Bildverarbeitung effektiv für die Landbedeckungsklassifikation auf unterschiedlichen räumlichen Skalen ist. Die Klassifikationsgüte insgesamt für die Hauptlandbedeckungstypen beträgt 92 % im deutschen und 87 % im chinesischen Testgebiet. Der eigens entwickelte Red Edge-Vegetationsindex (REVI), der sich aus RapidEye-Bilddaten berechnen lässt, erwies sich für die Vegetationsklassifizierung als effizienter verglichen mit dem traditionell verwendeten Normalized Differenced Vegetation Index (NDVI), insbesondere für die Gewinnung der Waldmaske. Im Rahmen der Verwendung von NDSM-Daten erwies sich die dritte Dimension als hilfreich für die Identifizierung von kleinen Biotopen und dem Höhengradienten, beispielsweise an der Wald/Feld-Grenze. Für den Nachweis von Baumreihen und Ökotonen an der Wald/Feld-Grenze wurde der sogenannte pixelbasierte Algorithmus „Pufferung und Schrumpfung“ entwickelt. Im Ergebnis konnten kleine Biotope mit einer Genauigkeit von 80 % und vier verschiedene Ökotontypen im Testgebiet detektiert werden. Zweitens zeigen die Ergebnisse der Anwendung der 3D-Maße in den zwei unterschiedlichen Testgebieten, dass die häufig genutzten Landschaftsstrukturmaße Shannon-Diversität (SHDI) und Simpson-Diversität (SIDI) nicht ausreichend für die Beschreibung der Lebensraumvielfalt sind. Sie quantifizieren lediglich die Zusammensetzung der Lebensräume, ohne Berücksichtigung der räumlichen Verteilung und Anordnung. Eine modifizierte 3D-Version der Effektiven Maschenweite (MESH), welche die Ökotone integriert, führt zu einer realistischen Quantifizierung der Fragmentierung von Lebensräumen. Darüber hinaus wurden zwei höhenbasierte Kontrastindizes, der flächengewichtete Kantenkontrast (AWEC) und der Gesamt-Kantenkontrast Index (TECI), als Ergänzung der Fragmentierungsmaße entwickelt. Sowohl Ökotone als auch Kleinbiotope wurden in den Berechnungen der Kontrastmaße integriert, um deren Randeffekte im Lebensraummuster zu berücksichtigen. Damit kann als ein weiterer Schritt nach der Fragmentierungsanalyse die Randdurchlässigkeit zusätzlich in die Landschaftsstrukturanalyse einbezogen werden. Außerdem wird ein vektorbasierter Algorithmus namens „Multi-Puffer“-Ansatz für die Analyse von ökologischen Netzwerken auf Basis von Landbedeckungskarten vorgeschlagen. Er berücksichtigt Kleinbiotope als Trittsteine, um Verbindungen zwischen Patches herzustellen. Weiterhin werden entsprechende Maße, z. B. die Effective Connected Mesh Size (ECMS), für die Analyse der ökologischen Netzwerke vorgeschlagen. Diese zeigen die Auswirkungen unterschiedlicher angenommener Ausbreitungsdistanzen von Organismen bei der Ableitung von Biotopverbundnetzen in einfacher Weise. Diese Verbindungen zwischen Lebensräumen über Trittsteine hinweg dienen als ökologische Indikatoren für den „gesunden Zustand“ des Systems und zeigen die gegenseitigen Verbindungen zwischen den Lebensräumen. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Vielfalt der Lebensräume eine wesentliche Ebene der Biodiversität ist. Die Methoden zur Quantifizierung der Lebensraummuster müssen verbessert und angepasst werden, um den Anforderungen an ein Landschaftsmonitoring und die Erhaltung der biologischen Vielfalt gerecht zu werden. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ansätze dienen als mögliche methodische Lösung für eine feinteilige Landschaftsstrukturanalyse und fungieren als ein „Trittsteine” auf dem Weg zu weiteren methodischen Entwicklungen für einen tieferen Einblick in die Muster von Lebensräumen.

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