INSTITUT FÜR ÖKOLOGISCHE RAUMENTWICKLUNG e.V. Mitglied der Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz

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Charakterisierung der Landschaftsstruktur mit Methoden der Satelliten-Fernerkundung und Geoinformatik (Kurzfassung Und Inhaltsverzeichnis)

Ulrich Walz

Berlin 2001, 204 S.

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis Teil I: Theorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1

Zielstellung der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Landschaftsstruktur - Landschaftsvielfalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Inhaltliche Schwerpunkte der Dissertation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

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Strukturelle Bewertung der Landschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.1 Die Betrachtungsebenen Landschaft, Ökosysteme und ihre Bestandteile . . . . . . . . . . . . . 6 2.2 Landschaftsindikatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3 Flächennutzung und Strukturdiversität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3.1 Der Begriff der Diversität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.3.2 Theoriemodelle zur Landschaftsstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.3.3 Wichtige Begriffe des landschaftsstrukturellen Ansatzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.4 Raumeinheiten als Grundlage von Bewertungsfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.5 Parameter der Strukturdiversität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.5.1 Maße für die Form von Landschaftselementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.5.2 Grenz-(Kanten-)Maße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.5.3 Maße für Landschaftsmosaike – Diversitätsmaße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.5.4 Maße für Landschaftsmosaike – Verteilungs- und Nachbarschaftsmaße . . . . . . . . 28 2.6 Ausgewählte Bewertungsmodelle zur Landschaftsstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.7 Zusammenfassung Teil I „Theorie“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Teil II: Untersuchungsgebiet, Systeme und Datenbasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3

Angaben zum Untersuchungsgebiet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.1 Geographische Angaben zum Freistaat Sachsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.2 Das Untersuchungsgebiet Pirna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

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Software, Fernerkundungssysteme und Datenbasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Geo-Informationssysteme und Bildverarbeitungsprogramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Fernerkundungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Landsat 5 Thematic Mapper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 SPOT-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3 IRS-1C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.4 Neue hochauflösende Sensoren und Satellitensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Datenbasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Satellitendaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2 Kollateraldaten / Geodaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2.1 CORINE Land Cover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2.2 ATKIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2.3 Mittelmaßstäbige landwirtschaftliche Standortkartierung (MMK) . . . . . . . . . 4.3.2.4 Biotopkartierung Sachsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2.5 Digitales Höhenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Vergleich der Datenquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49 49 50 50 50 50 51 52 52 53 53 55 55 57 58 59 V

Inhaltsverzeichnis

Teil III: Auswertung von Satellitendaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 5

Auswertung von Satellitenbildern zu landschaftsökologischen Fragestellungen . . . . . 5.1 Informationsgehalt von Satellitendaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Spektrale Auswertungen zur Oberflächenbedeckung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.2 Texturanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3 Auswertung der thermalen Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.4 Spektrale Indizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Multispektrale Klassifizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Vorverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Klassifizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

63 63 63 65 69 69 70 70 71

6

Visuelle Auswertung von Bildprodukten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Verknüpfung von Landsat-TM- mit IRS-1C- bzw. SPOT-Pan-Daten . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1 Überlagerung von IRS-1C-Daten und ATKIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.2 Überlagerung von IRS-1C Daten und der Biotoptypenkartierung . . . . . . . . . . . . . 6.2 Zusammenfassung Teil III „Auswertung von Fernerkundungsdaten“ . . . . . . . . . . . . . .

76 77 78 79 83

Teil IV: Zur Anwendung von Landschaftsstrukturmaßen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 7

Vergleich einzelner Parameter und unterschiedlicher Datenquellen . . . . . . . . . . . . . . . 87 7.1 Vergleich einzelner Formmaße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 7.2 Vergleich einzelner Nachbarschafts- und Zusammenhangsmaße . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 7.3 Vergleich von Maßen für Landschaftsmosaike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 7.4 Vergleich von Parametern (Korrelationsanalyse) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 7.5 Schlußfolgerungen Kapitel 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

8

Untersuchungen zur Landschaftsdiversität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 Auswertungen zur naturräumlichen Landschaftsstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Auswertungen zur nutzungsbedingten Landschaftsstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1 Parameter zu linearen Landschaftsstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1.1 Ableitung von Ökotonen aus panchromatischen Satellitenbilddaten . . . . . . 8.2.1.2 Ableitungen zur Freiraumzerschneidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2 Parameter zu flächenhaften Landschaftsstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2.1 Auswertungen zur Fragmentierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2.2 Auswertung zur Wichtung der Flächen untereinander . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2.3 Auswertungen auf der Basis des 1-km-Rasters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2.4 Auswertungen von CORINE Land Cover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Zusammenfassung „Untersuchungen zur Landschaftsdiversität“ . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

Anwendung der landschaftsstrukturellen Bewertung für Planung und Umweltmonitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 9.1 Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 9.2 Operationalisierung in der Planung durch Maßzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

VI

102 103 109 109 109 116 121 122 124 128 130 131

Inhaltsverzeichnis

10 Schlußbetrachtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 11 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 12 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 Anhang I: Anhang II: Anhang III: Anhang IV:

AML-Skripte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Definitionen und häufig verwendete englischsprachige Begriffe . . . . . . . . . . . . . Karten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Metainformationssysteme zu digitalen Geodaten und kommerziellen Anbietern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

171 177 191 201

VII

Abbildungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis Abb. 2.1: Abb. 2.2: Abb. 2.3: Abb. 2.4: Abb. 2.5: Abb. 3.1: Abb. 3.2: Abb. 3.3: Abb. 3.4: Abb. 3.5: Abb. 3.6: Abb. 4.1: Abb. 4.2: Abb. 4.3: Abb. 4.4: Abb. 4.5: Abb. 5.1: Abb. 5.2: Abb. 5.3: Abb. 5.4: Abb. 6.1: Abb. 6.2: Abb. 6.3: Abb. 6.4: Abb. 6.5: Abb. 6.6: Abb. 6.7: Abb. 6.8: Abb. 6.9: Abb. 6.10: Abb. 7.1: Abb. 7.2: Abb. 7.3:

VIII

Ökosystemare Betrachtungsebenen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Ökosystemgefüge einer Kulturlandschaft in ebener Lage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Die verschiedenen Ebenen der Diversität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Schema der Untersuchung des hierarchischen Aufbaus der Landschaftseinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Räumliche Bezugseinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Die Lage des Untersuchungsgebietes in Sachsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Meixgrund bei Dresden-Pillnitz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Sandsteinabbau bei Cotta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Ländliche Ortslage mit Streuobstwiesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Einzelne Gehölze in der Feldflur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Teich außerhalb der Ortslage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Landsat 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 SPOT-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 IRS-1C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Bodenbedeckung in Sachsen nach den CORINE-Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Digitales Höhenmodell, Reliefbild der Umgebung von Pirna . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Diagramm zur strukturellen Auswertung von Satellitendaten . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Unterschiedliche strukturelle Anordnung von Bildelementen . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Beispiel eines Bildausschnittes und einer Grauwerte - Häufigkeitsmatrix für die Textur-Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Anteile der einzelnen Nutzungsarten im Ergebnisbild und dem Ausschnitt der TK25 Blatt Pirna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 IHS-Komposit aus Landsat-TM und Spot-Pan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 IHS-Komposit aus IRS-LISS und IRS-Pan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 IRS-IHS-Bild und Biotoptypenkartierung. Ackerumbruch im Grünland . . . . . . . . . 80 IRS-IHS-Bild und Biotoptypenkartierung. Wäldchen mit Schattenwurf und vorgelagertem Grünland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 IRS-IHS-Bild und Biotoptypenkartierung. Die Ortschaft Lohmen . . . . . . . . . . . . . 80 IRS-Pan-Bild und Biotoptypenkartierung. Siedlungserweiterung . . . . . . . . . . . . . . 81 IRS-Pan-Bild und Biotoptypenkartierung. Kartierte Abbaufläche und Erweiterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 IRS-Pan-Bild und Biotoptypenkartierung. Feuchtfläche und Gehölze im Acker . . . 82 IRS-Pan-Bild und Biotoptypenkartierung. Intensivobstflächen . . . . . . . . . . . . . . . . 82 IRS-Pan-Bild und Biotoptypenkartierung. Kleiner Bach mit Gehölzstreifen . . . . . . 82 Shape-Index, Fraktale Dimension und Umfang-Flächenverhältnis für unterschiedliche Formen, berechnet auf der Grundlage der Vektor-Geometrie . . . . 87 Nachbarschaftsindex (Near) und Proximity-Index im Vergleich . . . . . . . . . . . . . . . 89 Auswertung Shannon-Diversität und -Evenness sowie Interspersion and Juxtaposition Index für eine abstrakte Testfläche und für CORINE Land Cover-Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Abbildungsverzeichnis

Abb. 7.4: Abb. 7.5: Abb. 7.6: Abb. 7.7: Abb. 7.8: Abb. 8.1: Abb. 8.2: Abb. 8.3: Abb. 8.4: Abb. 8.5: Abb. 8.6: Abb. 8.7: Abb. 8.8: Abb. 8.9: Abb. 8.10: Abb. 8.11: Abb. 8.12: Abb. 8.13: Abb. 8.14: Abb. 8.15: Abb. 8.16: Abb. 8.17: Abb. 8.18: Abb. 8.19: Abb. 8.20: Abb. 8.21: Abb. 8.22: Abb. 8.23:

Parametervergleich für Mikrogeochoren und Landsat-TM-Daten . . . . . . . . . . . . . . . 93 Parametervergleich für Mikrogeochoren und ATKIS-Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Parametervergleich für Mikrogeochoren und Daten der Biotoptypenkartierung . . . . 95 Vergleich der Parameterwerte für unterschiedliche Datenquellen in Chore 1 . . . . . . 96 Vergleich der Parameterwerte für unterschiedliche Datenquellen in Chore 2 . . . . . . 96 Parameter zur Charakterisierung der Landschaftsstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Verschiedene Methoden zur Erfassung der Reliefenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Berechnung des morphologischen Parameters „Hangwölbung“ . . . . . . . . . . . . . . . 106 Auswertung von Indizes zur Naturräumlichen Vielfalt im Kartenblatt TK25 Pirna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Kantenfilter „Edge Detection“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Kantenfilter „Sobel“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Texturauswertung des panchromatischen IRS-1C-Bildes mit dem Haralick-Parameter „Homogenität“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 SPOT-Pan mit „Sobel-Filter 3 x 3“ bearbeitet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 SPOT-Pan mit „Edge Detection-Filter 3 x 3“ bearbeitet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 SPOT-Pan mit „Varianz-Filter 3 x 3“ bearbeitet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 IRS-Pan mit „Varianz-Filter 3 x 3“ bearbeitet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 IRS-Pan mit „Sobel-Filter 3 x 3“ bearbeitet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Kantendetektion mittels „Deriche“-Filter aus IRS-1C-Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Ergebnis der Linienextraktion mittels „Deriche“-Filter für das Kartenblatt Pirna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Zerschneidungselemente aus ATKIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Landschaftszerschneidung durch Infrastrukturtrassen in Sachsen . . . . . . . . . . . . . . 119 Anteile von Schutzgebieten bzw. Erholungsräumen an unzerschnittenen Freiräumen in Sachsen nach Größenklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Auswertung zur Fragmentierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Auswertung der Kantenkontraste in den NDVI-Daten aus IRS-LISS . . . . . . . . . . . 124 Nachbarschaftsbeziehungen der Flächennutzungen im Kartenblatt Pirna . . . . . . . . 125 Kantenkontrast auf Basis der Hemerobiestufen für das Kartenblatt TK25 Pirna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Auswertung von Indizes zur Kulturlandschaftlichen Vielfalt im Kartenblatt der TK25 Pirna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Vielfalt der Flächennutzung auf der Grundlage von naturräumlichen Haupteinheiten und CORINE Land Cover-Daten im Freistaat Sachsen . . . . . . . . . 130

IX

Tabellenverzeichnis

Tabellenverzeichnis Tab. 2.1: Tab. 2.2: Tab. 3.1: Tab. 3.2: Tab. 4.1: Tab. 4.2: Tab. 4.3: Tab. 4.4: Tab. 4.5: Tab. 5.1: Tab. 6.1: Tab. 7.1: Tab. 7.2: Tab. 7.3: Tab. 7.4: Tab. 8.1: Tab. 8.2: Tab. 8.3: Tab. 8.4: Tab. 9.1: Tab. 9.2:

Dimensionsstufen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Maße für die Form von Landschaftselementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Klimatische Normalwerte für die Naturräume des Untersuchungsgebietes . . . . . . 45 Statistische Daten zu den Gemeinden des Untersuchungsgebietes Pirna . . . . . . . . . 47 Neue hochauflösende Sensoren und Satellitensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Daten zu den verwendeten Satellitenszenen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Klassifizierungsschlüssel der CORINE-Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Biotoptypen der selektiven Biotopkartierung Sachsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Übersicht und Bewertung der unterschiedlichen Datenquellen . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Konfusionsmatrix der inneren Genauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 ATKIS-Objektarten und Objekte der Biotoptypenkartierung und ihre Erkennbarkeit im Satellitenbild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Shape Index und Fraktale Dimension für die Objekte der Abb. 7.1, berechnet auf der Grundlage der Raster-Geometrie mit unterschiedlichen Pixelgrößen . . . . . 88 Zahl der Klassen und Patches der Choren 1 und 2 für unterschiedliche Datenquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Vergleich unterschiedlicher Datenquellen für 4 Testgebiete mit einer Rasterweite von zwei Kilometern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Korrelationsmatrix zwischen den Landschaftsparametern für zwei Untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Verknüpfung von Hangneigung, Exposition und Hangwölbung . . . . . . . . . . . . . . 107 Entwicklung des Verkehrsnetzes in Deutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Hemerobiestufen nach LUDER 1983; SCHLÜTER 1985 und MARKS et al. 1992 . . . 126 Zuordnung der Nutzungsklassen zu Hemerobiestufen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Beispiele für Indizes zur Landschaftsstruktur und möglicher Anwendungen . . . . 135 Flächenforderungen zur Verwirklichung der Ziele des Arten- und Biotopschutzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Karten im Anhang Karte 1: Karte 2: Karte 3: Karte 4: Karte 5: Karte 6: Karte 7: Karte 8: Karte 9:

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Flächennutzung des Untersuchungsgebietes Pirna (Blatt Pirna TK25) . . . . . . . . . Landnutzungsklassifizierung aus Landsat-TM-Daten (Blatt Pirna TK50) . . . . . . . Satellitenbildkarte IRS-PAN und ATKIS (Blatt Burkhardswalde TK10) . . . . . . . Satellitenbildkarte IHS-Merge und ATKIS (Blatt Burkhardswalde TK10) . . . . . . Shape-Index und Fraktale Dimension für unterschiedliche Datenquellen . . . . . . . Nachbarschaftsmaße Near, Contiguity und Proximity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hemerobiestufen Blatt Pirna (Blatt Pirna TK25) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zerschneidungsmaße im Vergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Landschaftsstrukturelle Parameter; Berechnung von FRAGSTATS-Parametern auf der Basis von CORINE-Daten und Naturräumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Trotz der von internationalen Organisationen und einzelnen Staaten eingeleiteten Maßnahmen schreitet der Verlust an natürlichen Lebensräumen und damit an Biodiversität weiter voran. Die Steuerung der Inanspruchnahme der Landschaft und damit einhergehender landschaftsgestaltender Prozesse, die Abwägung von Schutz und Nutzung konkreter Flächen sowie die Konfliktbewältigung konkurrierender Ansprüche obliegt der Raumplanung. Diese steht allerdings gegenwärtig vor der schwierigen Aufgabe, eine nachhaltige Entwicklung bei gleichzeitig möglichst kurzen und einfachen Planungsprozessen umzusetzen. Gefordert ist eine Flexibilisierung der Planungsinstrumente zur kurzfristigen Anpassung an aktuelle Aufgaben, während die zu berücksichtigenden ökologischen Zusammenhänge im Rahmen einer umweltverträglichen Entwicklung immer komplexer werden. Die genaue Analyse der Raumwirkung geplanter Maßnahmen, die Abschätzung der Eingriffsfolgen und notwendiger Kompensationsmaßnahmen ist deshalb besonders wichtig. Insbesondere in der Landschafts- und Flächennutzungsplanung besteht für diese Aufgaben jedoch häufig ein Mangel an aktuellen und über größere Flächen vergleichbaren Daten zur aktuellen Raumnutzung und deren Strukturen. Darüber hinaus wird in der Zukunft eine überzeugende Visualisierung der Planungen im Rahmen der Abwägungsentscheidungen in politischen Gremien und der Bürgerbeteiligung immer wichtiger werden. Der Einsatz von Geo-Informationssystemen (GIS) und Fernerkundung gewinnt dabei in Planungs- und Abwägungsprozessen zunehmend an Bedeutung, da diese Werkzeuge und Methoden bereitstellen, mit denen im Sinne eines „rapid appraisal“ zu einer schnellen Abschätzung und Beurteilung von Handlungs- und Entscheidungsfolgen beigetragen werden kann. Vor diesem Hintergrund wurde in dieser Arbeit die Thematik „Charakterisierung der Landschaftsstruktur“ bearbeitet. Im Vordergrund standen dabei insbesondere die Auswertungsmöglichkeiten aktueller Datengrundlagen wie hochauflösender Fernerkundungsdaten und die Erprobung von Indizes zur Landschaftsstruktur. In einer Testfläche in Ostsachsen, dem Kartenblatt „Pirna“ der Topographischen Karte 1 : 25 000 und für einzelne Fragestellungen auch für den gesamten Freistaat Sachsen, wurden Theorien und Verfahren erprobt, wie Landschaftsräume durch Parameter zur Landschaftsstruktur beschrieben und räumlich vergleichbare Aussagen zur Charakterisierung und Bewertung eines Landschafts(teil)raumes abgeleitet werden können. Der landschaftsstrukturelle Ansatz dient vor allem dem Ziel, den Ausstattungszustand der Landschaft für die Regional- und Flächennutzungsplanung zu erfassen, aufzubereiten und darauf aufbauend Zielvorstellungen der zukünftigen Entwicklung abzuleiten. Es wurden Strukturmaße zur Beschreibung einzelner linearer und flächenhafter Landschaftsobjekte und zur Diversität der Flächennutzung insgesamt abgeleitet. Untersucht wurden insbesondere Parameter zur Form, zu den Nachbarschaftsbeziehungen und der Verteilung einzelner Landschaftsobjekte (Patches). Nicht unwesentlich ist dabei die Durchmischung von intensiv genutzten Landschaftsbereichen mit naturnahen Landschaftselementen. Weiterhin spielt die Erfassung der Fragmentierung der Landschaft durch Zersiedelungsprozesse eine wichtige Rolle. Eine Landschaft besitzt durch die Zusammensetzung und Anordnung einzelner Landschaftselemente ein ihr eigenes, charakteristisches Gepräge, über das sie identifiziert und beschrieben werden kann. Bei der Bewertung und Analyse des Umweltzustandes auf der Betrachtungsebene Landschaft wird von der Struktur der Landschaft auf die Funktion der Ökosysteme geschlossen. Die Landschaftsstruktur ist dabei zunächst als ein Ausdruck der standörtlichen Vielfalt zu betrachten. In der Naturlandschaft bestimmen die abiotischen Voraussetzungen die Vielfalt der Oberflächenbe147

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deckung. In der traditionellen Kulturlandschaft war der Mensch mit seiner Wirtschaftsweise an diese Voraussetzungen gebunden. Erst mit zunehmender Industrialisierung und Technisierung der Gesellschaft wurde es möglich, stärker davon abzuweichen. Die heutige Kulturlandschaft mit ihrer spezifischen Struktur ist damit das Produkt von Mensch-Natur-Beziehungen. Vergleicht man die heutigen Nutzungen in ihrer strukturellen Anordnung mit der Vielfalt der standörtlichen Voraussetzungen, dann kann die heutige Landschaftsstruktur als ein Indikator zur Charakterisierung des anthropogenen Einflusses betrachtet werden. Soll ein Landschaftsausschnitt danach beurteilt werden, ob ein möglichst hoher bzw. angepaßter Grad der Landschaftsdiversität erreicht wird, dann müssen einerseits naturbedingte und andererseits kulturlandschaftliche Ausstattungsmerkmale herangezogen werden. Dabei ist eine Unterscheidung nach generell möglichen positiven und negativen Voraussetzungen für eine hohe landschaftliche Diversität zu treffen. Als Voraussetzung für eine hohe landschaftliche Vielfalt ist zunächst die Naturräumliche Vielfalt zu betrachten. Wichtige Kriterien sind: – Das Relief. Eine hohe geomorphologische Strukturdiversität besteht aus einem Mosaik von räumlich verknüpften Voll- und Hohlformen. Das Relief trägt insbesondere auch zur Ausprägung des Mesoklimas bei. – Die Bodenformen. Eine hohe standörtliche Diversität bedeutet eine hohe Vielfalt der Substrat- und Bodenformen und das Vorkommen von Extremstandorten. – Die Gewässer. Zu berücksichtigen ist die natürliche Gewässerdichte, insbesondere der Fließgewässernetze. Aufbauend auf der Naturräumlichen Vielfalt ist die Kulturlandschaftlich bedingte Vielfalt zur Charakterisierung der aktuellen Landschaftsstruktur heranzuziehen. Zu bewerten sind: – Die Flächennutzung. Diversität der Flächennutzung, Form und Verteilung der Landschaftselemente und Ökotondichte. – Infrastruktur. Siedlungsdichte und Zerschneidungsgrad als Störfaktoren. – Naturnahe Teilräume in ihrer Verteilung und Form, Ausstattung mit Kleinstrukturen und der Grad der Naturnähe (Hemerobie). Die Arbeit vergleicht mögliche Datenquellen für eine landschaftsstrukturelle Bewertung und stellt Beispielrechnungen für verschiedene Indizes an. Eine wichtige Bedeutung hat dabei die Fernerkundung, insbesondere Daten hochauflösender Satelliten. Weiterhin wurden vektorbasierte Geodaten wie das Amtliche Topographisch-Kartographische Informationssystem (ATKIS), die flächendeckende Biotoptypenkartierung und CORINE Land Cover-Daten verwendet. Während sich Landsat-Daten aufgrund ihrer multispektralen Eigenschaften für die Erstellung einer Landnutzungsklassifizierung bewährt haben, liegt die Stärke der IRS-Daten in ihrer höheren Auflösung vor allem für visuelle Auswertungen. So eignen sie sich in Verbindung mit anderen Geodaten hervorragend zur Herstellung von Satellitenbildkarten für die Landschaftsplanung. Beim Umgang mit Landschaftsindizes sind einige grundlegende Sachverhalte zu beachten. So sind Landschaftsstrukturmaße nur unter Berücksichtigung von Maßstab und Qualität der Eingangsdaten innerhalb derselben Ausgangsbedingungen vergleichbar. Insbesondere die Ergebnisse auf der Grundlage von Raster- bzw. Vektordaten sind untereinander kaum vergleichbar. Bei Rasterdaten hat 148

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die Pixelgröße häufig Einfluß auf die Ergebniswerte, ebenso wie die Wahl der Bezugseinheiten (z. B. Quadratraster, naturräumliche Einheiten oder administrative Bezugseinheiten). Zum Zusammenhang zwischen Landschaftsstruktur und biotischer Vielfalt ist festzustellen, daß qualitative Beziehungen vorhanden sind. Weiterer Forschungsbedarf besteht vor allem hinsichtlich der quantitativen Zusammenhänge zwischen Landschaftsstruktur und ökologischen Funktionen des Landschaftshaushaltes. Um die Indizes der Landschaftsstrukturanalyse in ihrer Aussagekraft besser bewerten zu können, muß eine Verschneidung mit Aussagen zu landschaftsökologischen Funktionen durchgeführt werden. Wie bei allen landschaftsökologischen Bewertungsmethoden gilt auch hier, daß die Wahl der jeweiligen Indizes von der Frage- bzw. Zielstellung abhängt und unter Beachtung der vorhandenen und möglichen Datenquellen eine spezifische Auswahl getroffen werden muß. Insgesamt erscheint die Landschaftsstruktur als ein geeigneter Indikator, der für Zwecke Raumplanung und Umweltmonitoring eingesetzt werden kann. Für die Raumplanung sind solche Aussagen von grundlegender Bedeutung, insbesondere wenn es um die Einschätzung und räumlich-zeitlich vergleichende Bewertung ausgedehnter Bereiche und der langfristigen Umweltbeobachtung geht. So ist die Landschaftsstruktur ein wichtiges Merkmal für die Veränderung der Umweltqualität über längere Zeiträume. Entsprechende Datenebenen sollten deshalb auch in Umweltinformationssysteme (UIS) integriert werden und im Rahmen des Umweltmonitoring fortgeführt werden. Weiterhin kann die Bewertung der Landschaftsstruktur zur Erkennung von ökologisch-funktional wichtigen Bereichen auf der Ebene der Flächennutzungs- und Regionalplanung beitragen und durch die Verkleinerung des Suchrahmens eine Verminderung des Vor-Ort-Aufwandes für Standortuntersuchungen im Rahmen der Planungsverfahren erreicht werden. Die Methoden der modernen Informationsverarbeitung stellen dabei ein wichtiges Hilfsmittel dar, um vergleichbare Indikatoren zu landschaftlichen Strukturveränderungen sowohl im räumlichen als auch im zeitlichen Vergleich zu gewinnen. Im Bereich der Erfassung und Bewertung von Landschaftsstrukturen besteht allerdings noch erheblicher Forschungsbedarf. Sollen die Fragen der Normierung einzelner Indikatoren zum Vergleich unterschiedlicher Landschaften und vor allem auch nach dem Zusammenhang zwischen Landschaftsstruktur und landschaftshaushaltlichen Funktionen weiter ergebnisorientiert untersucht werden, dann ist die Untersuchung von einer größeren Zahl von Landschaften unterschiedlicher natürlicher Ausstattung und anthropogener Einflüsse mit einheitlichem Untersuchungsansatz und Modellparametern notwendig.

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