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gaiac Forschungsinstitut

Das Simulationsmodell GraS zur Sukzession von Offenland – Hilfe für das Management

Gefördert von:

GraS-Modell

Das GraS-Modell (Grasland Sukzessions-Modell) wurde am Beispiel des ehemaligen Truppenübungsplatzes Vogelsang im Nationalpark Eifel entwickelt und simuliert die Sukzession von Grünlandgesellschaften in Abhängigkeit von verschiedenen Nutzungen in einer dynamischen, räumlich hochaufgelösten und prozessorientierten Weise. Übergeordnetes Ziel des GraS-Modells ist der Aufbau eines Entscheidungshilfeinstruments zur Unterstützung aller Entscheidungsträger (Experten, Administration, Politik) in der Auswahl geeigneter Pflegemaßnahmen hinsichtlich des Offenlandmanagements. Darüber hinaus ermöglicht das Modell, die Konsequenzen der Entscheidungen zu visualisieren um u. a. eine höhere Akzeptanz in der Öffentlichkeit für die ausgewählten Maßnahmen zu erreichen.

GraS-ModellGraS-Modell

Der Nationalpark

Als der Nationalpark 2004 ausgewiesen wurde, gab es auf dem ehemaligen Truppenübungsplatz Vogelsang zirka 1.500 Hektar Grünland, Grünlandbrachen und vor allem durch Besenginster geprägte Gebüschstadien. Wälder und Vorwälder waren auf der Dreiborner Hochfläche eher selten vertreten.
Zur Unterstützung der Überlegungen zum Offenlandmanagement bzw. zum Nicht-Management (Prozessschutzzone) der Dreiborner Hochfläche wurde vom Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und –bewertung gaiac (Aninstitut der RWTH Aachen) und dem Institut für Umweltforschung der RWTH Aachen ein Computer-Modell entwickelt, mit dessen Hilfe Landschaftsentwicklungen in Abhängigkeit von verschiedenen Nutzungen bis zu 100 Jahren simuliert werden können. Neben den laufenden Nutzungen (Mahd, Schafbeweidung, Brache) sollte auf der Dreiborner Hochfläche auch der Einfluss großer Weidetiere (Wisent, Heckrind, Konikpferd) mit in die Modellierung einbezogen werden. Im Rahmen dieses Projektes wurden zudem auf sechs repräsentativen, zirka 20 ha großen Flächen sowohl eine Brutvogelkartierung durchgeführt als auch die Heuschrecken und Tagfalter aufgenommen.

Das GraS-Modell (Grasland Sukzessions-Modell)

Grundaufbau und Prinzip

Das als GraS-Modell (Grasland Sukzessions-Modell) bezeichnete Computer-Simulationsmodell liefert in Abhängigkeit von verschiedenen Nutzungen Landschaftsentwicklungen bis zu 100 Jahren. Grundlage des Modells bildet die räumliche Verteilung der Vegetationstypen und deren Artenzusammensetzung im Ausgangszustand. Wesentlich ist, die Anteile der sukzessionsrelevanten Arten in den einzelnen Vegetationstypen räumlich genau aufzunehmen. Neben den dominierenden Gräsern wie Glatthafer, Rotschwingel, Weidel- und Kammgras bestimmen vor allem Disteln, Brom-/Himbeeren, Besenginster, Schlehe, Birke, Fichte sowie die Klimaxbaumarten Buche und Eiche die zukünftige Entwicklung der Dreiborner Hochfläche. Diese Daten, d.h. die Vegetationstypen und die Anteile der sukzessionsbestimmenden Pflanzenarten, bilden die Grundlagendaten für die Modellierung.
Die Erfahrungen aus der Sukzessions-Forschung belegen, dass je nach benachbarter Vegetation die Entwicklung eines Vegetationstyps sehr unterschiedlich ablaufen kann und daher eine allgemeine Prognose kaum möglich ist. Um diese Erfahrung aufzugreifen, wurde das GraS-Modell rasterbasiert aufgebaut. Dies bedeutet, dass die zu modellierende Landschaft in gleich große Quadrate (Rasterzellen) eingeteilt wird. Da aufgrund dieses Prinzips jede Zelle vor allem von ihren Nachbarzellen mitgeprägt wird, wirkt sich das kleinräumige aktuelle Vegetationsmuster erheblich auf die zukünftige Entwicklung aus.

Für die Umwandlung der Karte der Vegetationstypen (Polygonkarte) des Modellgebiets Dreiborner Hochfläche in eine Rasterkarte wurde eine Größe der Rasterzellen von 10 m x 10 m ausgewählt. Diese kleine Rastergröße ist notwendig, um die räumlichen Prozesse genau abbilden zu können. So werden bei der ausgewählten Rastergröße z.B. die Wege noch dargestellt und nicht aufgelöst. Aufgrund der Größe des Untersuchungsgebietes ergeben sich mehr als 200.000 Zellen, die jeweils einzeln im GraS-Modell berechnet werden.

GraS-ModellGraS-Modell

Der Inhalt einer Rasterzelle wird durch den Deckungsgrad der in ihr vorkommenden Pflanzen bestimmt. Alle Pflanzen innerhalb einer Zelle wachsen entsprechend ihrer Kenngrößen und konkurrieren um Raum. In jede Rasterzelle können neue Pflanzen einwandern, z.B. aus einer Nachbarzelle oder mittels Samenflug. Auf eine Zelle, und damit auf die in ihr vorkommende Pflanzengesellschaft, wirken sowohl Wildtiere als auch, je nach Szenario, Mahd, Schafe oder andere Megaherbivore.

GraS-ModellGraS-Modell

Die Sukzession der Grünlandgesellschaften wird sekundär aus dem Wachstum der einzelnen Arten abgeleitet. Demzufolge wird die Entwicklung der Vegetation im GraS-Modell nicht statisch, sondern dynamisch abgebildet. So können auch nicht voreingestellte Abläufe dargestellt werden.

Ergebnisse

Aus den Ergebnissen der Computer-Simulationen lassen sich für die Dreiborner Hochfläche grundsätzliche Landschaftsentwicklungen in Abhängigkeit vom Offenlandmanagement formulieren. Die Nutzungsaufgabe der Grünlandgesellschaften führt zu grasreichen Brachestadien, die in Kombination mit der hohen Rothirschdichte eine Ausbildung größerer Waldbestände innerhalb von 100 Jahren verhindern. Dies ist dadurch begründet, dass in verfilzten Grasbeständen die Keimwahrscheinlichkeit von Gehölzsamen gering ist. Allein dichte Grasbrachen können jedoch die Waldentwicklung über einen längeren Zeitraum nicht aufhalten, ebenso wie hohe Rothirschdichten ohne Grasfilz. Nur das Auftreten beider Faktoren, d.h. hohe Rothirschdichten und verfilzte Grasbestände, verhindern nachhaltig die Ausbildung von Waldbeständen. Da durch eine Beweidung der Grasfilz reduziert wird, ist eine grundsätzliche Förderung der Strauch- und Baumentwicklung in den Beweidungs-Szenarien feststellbar, wobei das Wechselspiel zwischen Tritt und Fraß in Abhängigkeit vom jeweiligen Weidetier unterschiedlich ist. Ebenso fördern die Wildschweine durch Umbruch der verfilzten Grasbestände die Waldentwicklung.

GraS-Modell

Fazit

Die durch das GraS-Modell aufgezeigten Landschaftsentwicklungen entsprechen Erfahrungen, die man eventuell auch ohne Modell hätte prognostizieren können. Das GraS-Modell liefert jedoch klarere und vor allem auch kleinräumlich aufgelöste Entwicklungsszenarien, die in dieser Deutlichkeit ohne Modell nicht annähernd denkbar wären. Aufgrund dieser Deutlichkeit ergeben sich für alle Akteure optimale Grundlagen, über Managementvarianten und daraus folgende Entwicklungen zu diskutieren. Ebenso ergeben sich nach Umsetzung der Maßnahmen optimale Bedingungen, die Prognoseergebnisse mit den realen Landschaftsentwicklungen zu vergleichen. Hierdurch kann die Effizienz von Maßnahmen sowie die Fähigkeit, komplexe ökologische Abläufe vorhersagen zu können, geprüft und verbessert werden.
Das GraS-Modell kann aufgrund seiner Struktur auf andere Gebiete übertragen werden.

GraS-Modell

 

Bericht:

G. Lennartz, J. Bless, A. Fürste, B. Theißen, A. Toschki, T. Preuß, T. Strauss, B. Tischler, A. Schäffer, M. Roß-Nickoll (2006): Modellierung von Landschaftsentwicklungsszenarien für die Managementzone im Nationalpark Eifel unter Berücksichtigung verschiedener Managementvarianten - einschließlich spezieller Untersuchungen der Heuschrecken, Tagfalter und Vögel sowie der Ableitung von Monitoringparametern für die Offenlandentwicklung. MUNLV, LANUV.

Publikationen:

Hudjetz S., Lennartz G., Krämer K., Roß-Nickoll M., Gergs A., Preuss T.G. (2014): Modeling Wood Encroachment in Abandoned Grasslands in the Eifel National Park – Model Description and Testing. PLoS ONE 9(12): e113827. doi:10.1371/journal.pone.0113827.

Siehoff, S., 2011. Succession of Semi-Natural Grasslands: Spatially-Explicit, Mechanistic Simulation Considering Various Forms of Land Use. PhD-Thesis, RWTH Aachen University, Aachen.

Siehoff S., Lennartz G., Heilburg I., Roß-Nickoll M., Ratte H.T., Preuss T.G. (2011): Process-based modeling of grassland dynamics built on ecological indicator values. Ecological Modelling, 222 p. 3854-3868.

Lennartz, G., Siehoff, S. (2011): Das GraS-Modell (Grasland Sukzessions-Modell). Ein dynamisches Simulationsmodell zur Prognose der Offenlandsukzession unter verschiedenen Management-Regimen (entwickelt für den Nationalpark Eifel), in: Gnauck, A. (Hrsg.): Modellierung und Simulation von Ökosystemen. Reihe: Umweltinformatik, Shaker Verlag, Aachen.

Lennartz, G.; Siehoff, S.; Ross-Nickoll, M.; Preuss, T.G. (2009): Modellierung von Landschaftsentwicklungsszenarien der Offenlandflächen im Nationalpark Eifel unter Berücksichtigung verschiedener Managementvarianten (Grasland Sukzessions-Modell). In: P. Finck, U. Riecken, E. Schröder (ed.): Naturschutz und Biologische Vielfalt, BfN-Schriftenreihe, Landwirtschaftsverlag, Münster, Heft 73, S. 229-241.

Lennartz, G., Fürste A., Theißen B., Toschki A., Siehoff S., Roß-Nickoll M., Preuß T. (2008): Das GraS-Modell (Grasland Sukzessions Modell) – eine Entscheidungshilfe bei der Auswahl möglicher Managementvarianten für zukünftige Landschaftsentwicklungen (dargestellt am Beispiel des Nationalparks Eifel). In: Lennartz G. (ed.): Naturschutz und Freizeitgesellschaft. Renaturierung - Programmatik und Effektivitätsmessung. Academia Verlag. Sankt Augustin. Band 8, S. 172-191.

Poster:

Siehoff S., Heilburg I., Preuß T. G., Ratte H.T., Roß-Nickoll M., Lennartz G. (2009): Modelling grassland succession at different land use forms using utilization indicator values. GfÖ (Ecological Society of Germany, Austria and Switzerland) 39th Annual Conference, Bayreuth, Germany.

Siehoff S., Preuß T. G., Ratte H.T., Roß-Nickoll M., Lennartz G. (2008): Das GraS-Modell (Grasland-Sukzessions-Modell) - Ein Simulationsmodell zur Sukzession von Grünlandgesellschaften bei verschiedenen Landnutzungsszenarien (dargestellt am Beispiel Nationalpark Eifel). Internationale Jahrestagung 2008 des Arbeitskreises Renaturierungsökologie der Gesellschaft für Ökologie (GFÖ), Bernburg, Deutschland.

Ausgewählte Vorträge:

Lennartz, G. (2008): Modellierung von Landschaftsentwicklungsszenarien für die Managementzone im Nationalpark Eifel unter Berücksichtigung verschiedener Managementvarianten. Workshop zum “Offenlandmanagement außerhalb landwirtschaftlicher Nutzflächen“, Bundesamtes f. Naturschutz (BfN), Insel Vilm.

Lennartz, G. , Siehoff S., Ross-Nickoll M., Preuss T. G. (2010): Das GraS-Modell. Eine dynamisches Simulationsmodell zur Prognose der Offenlandsukzession unter verschiedenen Management-Regimen (entwickelt für den Nationalpark Eifel). Vortrag: Workshop Kölpinsee 2010, Modellierung und Simulation von Ökosystemen.

Lennartz G., Siehoff S. (2008): Das GraS-Modell - Ein dynamisches Simulationsmodell zur Prognose der Offenlandsukzession unter verschiedenen Management-Regimes (entwickelt für den Nationalpark Eifel). Arbeitsgemeinschaft der Nationalparke Deutschland, Höfen.

Siehoff S., Preuss T. G., Ratte H. T., Roß-Nickoll M., Lennartz G. (2008): The GraS-Model (Grassland-Succession-Model) - A simulation model for the succession of grassland biotopes under various management regimes (developed for the Eifel National Park). SER 6th European Conference on Ecological Restoration, Ghent, Belgium.

Fachtagung (Monschau, 2006, Organisation und Moderation):

Nationalpark Eifel: Wald in Entwicklung (Bericht 6MB).

 

Ansprechpartner:

Dr. Gottfried Lennartz
Dr. Silvana Hudjetz (geb. Siehoff)