BLIZ

Blick in die Zukunft: Wechselwirkungen zwischen Gesellschaft, Landnutzung, Ökosystemleistungen und Biodiversität in Bayern bis 2100

Wie entwickeln sich Ökosystemleistungen und Biodiversität in Bayern? Das interdisziplinäre Verbundprojekt BLIZ wirft einen Blick in die Zukunft und entwickelt neue Szenarien für ein nachhaltiges Management von Ökosystemen in Bayern.

BLIZ ist ein Verbundprojekt der Technischen Universität München, der Julius-Maximilians Universität Würzburg, der Universität Regensburg und der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg.

Wir untersuchen die Auswirkungen von Klimawandel auf ökologische Systeme (Ökosystemleistungen und Biodiversität) und sozio-ökonomische Systeme (Landnutzungsentwicklung) und deren Wechselwirkungen. Mit Hilfe von computergestützten Simulationsmodellen erforschen wir, welche Anpassungsstrategien zu einer Stabilisierung dieser Systeme führen, und unter welchen Umständen drastische ökologische Degradierung oder sozio-ökonomische Veränderungen (sogenannte Kipppunkte) auftreten können.

Ziel des Verbundes ist es, konkrete Handlungsanweisungen für ein nachhaltiges Management zu entwickeln und mögliche Unsicherheiten abzuschätzen. Dabei stellen sich folgende Forschungsfragen:

  • Welche Auswirkungen haben Klima- und Landnutzungswandel auf bayerische Ökosysteme?
  • Wie sehen nachhaltige gesellschaftliche und wirtschaftliche (Landnutzungs-) Strategien für Bayern aus, die dem Verlust von Ökosystemleistungen und Biodiversität entgegenwirken?
  • Wie können ökologische und sozio-ökonomische Kipppunkte vermieden werden?

Der methodische Ansatz ist es, (1) basierend auf neu erhobenen und bestehenden empirischen Daten dynamische Modelle zu entwickeln und anzuwenden, (2) eine Schätzung der Unsicherheiten zu generieren und diese Unsicherheit ökonomisch zu bewerten, (3) geeignete Anpassungs- und Managementstrategien zu entwickeln und (4) diese Strategien für Interessensvertreter zu kommunizieren. 

Auswirkungen von Landnutzungs- und Klimawandel auf terrestrische Ökosysteme und Biodiversität

Teilprojekt 1

Der globale Wandel ist eine Bedrohung für die Biodiversität und damit für die Funktion von Ökosystemen und die Bereitstellung von Ökosystemleistungen in Bayern.

Um Ökosystemleistungen, wie z.B. land- und forstwirtschaftliche Produktivität, Klimaregulierung, Wasserqualität, Bestäubung und Kohlenstoffspeicherung in Boden und Biomasse und den Erhalt der Biodiversität sicherzustellen, gilt es, nachhaltige Strategien der Bewirtschaftung für Bayern zu entwickeln und zu operationalisieren. Dazu muss untersucht werden, wie der Klimawandel zu unterschiedlichen Landnutzungen führen wird und welche Konsequenzen dies für die biologische Vielfalt und die Ökosystemleistungen in Bayern hat.

Wir werden das Ökosystemmodell LPJ-GUESS anwenden, um die klimabedingte Änderungen der Wachstumsbedingungen zu berechnen. Diese Ergebnisse werden in Teilprojekt 4 genutzt, um die Änderungen der Landnutzung vorhersagen, woraus wiederum Vorhersagen zur Gefährdung von Biotopen und Arten abgeleitet werden. In unserem Teilprojekt werden die einzigartigen Daten Bayerns zum Vorkommen von Arten und Biotopen verwendet. In einem „Big data“-Ansatz werden diese mit den Landnutzungsszenarien verschnitten. Produktionsfunktionen werden erzeugt, die die Landnutzung und die Biodiversität in Beziehung zu Ökosystemleistungen setzt. Es werden „Impact Maps“ erzeugt, die Hotspots der Biodiversität identifizieren und die Gefährdung für ein „Umkippen“ von Ökosystemleistungen zeigen. Basierend auf unsere Ergebnisse wird ein Szenarienraum für ein angepasstes Management aufgespannt, der mit Praxispartnern diskutiert wird.

Projektleitung
Prof. Dr. Anja Rammig
Professur für Land Surface-Atmosphere Interactions
Technische Universität München
Hans-Carl-von-Carlowitz-Platz 2
85354 Freising
Tel: +49 8161 714768

Projektleitung
Prof. Dr. Wolfgang W. Weisser

Lehrstuhl für Terrestrische Ökologie
Department of Ecology and Ecosystemmanagement
Technische Universität München
Hans-Carl-von-Carlowitz-Platz 2
85354 Freising
Tel: +49 8161 713495

Biodiversitätskipppunkte im Klima- und Landnutzungswandel

Teilprojekt 2

Der Klimawandel hat bereits dramatische Auswirkungen auf Arten und Arten-gemeinschaften. Mit Modellen wurden bisher jedoch oft nur anthropogene Einflüsse auf einzelne Arten oder auf hypothetische Artengemeinschaften untersucht. Daher bleibt unerforscht, wie der Klimawandel Artengemeinschaften in natürlichen Systemen – sowohl terrestrisch als auch aquatisch – beeinflusst. Die Vielfalt und Komplexität bayerischer Landschaften ist besonders gut geeignet, um zu erforschen, wie Biodiversität auf den Klima- und Landnutzungs-wandel reagiert.

Um die potenziellen Effekte dieser zusammenwirkenden Faktoren zu verstehen, untersucht das Teilprojekt, wie aquatische und terrestrische Artengemeinschaften in bayerischen Seen und Landschaften auf verschiedene Änderungen der Umweltfaktoren reagieren. Hierzu werden räumlich-explizite Nischen- und Agenten-basierte Modelle für interagierende Pflanzen- und Tier-Gemeinschaften entwickelt. Aus den simulierten Interaktionen zwischen allen relevanten ökologischen Prozessen ergeben sich die realisierten Verteilungen und Vorkommen von Pflanzen- und Tierarten innerhalb räumlich strukturierter Gemeinschaften. Aus den Modellergebnissen werden schutzrelevante Biodiversitäts-Hotspots bayernweit abgeleitet und in Kartenmaterial dargestellt.

Projektleitung
Prof. Dr. Juliano Sarmento Cabral
Ecosystem Modeling, CCTB
Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Emil-Fischer-Str. 32
97074 Würzburg
Tel: +49 931 3182667

Kipppunkte in limnischen Systemen

Teilprojekt 3

Klima- und Landnutzungswandel führen zu erhöhten Einträgen in Seen. Dazu zählen Einträge von Schweb- und Huminstoffen bzw. Nährstoffen, die Algenblüten fördern. Diese Stoffe wirken direkt bzw. indirekt als optisch aktive Substanzen und beeinflussen das pflanzenverfügbare Licht in Gewässern. Dadurch verändern sich Wasserpflanzengemeinschaften, die wesentliche Funktionen im Ökosystem See erfüllen und diesen Lebensraum strukturieren. Auf diese Weise verursachte Änderungen in der Zusammensetzung der Wasserpflanzen wirken sich auf die gesamte Biodiversität in Gewässern aus.

Das Ziel von Teilprojekt 3 ist es, 

1) die Folgen der erhöhten Einträge von optisch aktiven Stoffen in Seen auf die Zusammensetzung der Unterwasservegetation und somit die gesamte Biodiversität zu untersuchen.

2) die Schwellenwerte (Kippunkte) für Stoffeinträge zu ermitteln, die zu signifikanten Veränderungen in der Unterwasservegetation führen.

In Zusammenarbeit mit Teilprojekt 2 werden in Experimenten die Toleranzen und die Vorlieben ausgewählter Wasserpflanzen (Makrophyten) bestimmt und darauf aufbauende Makrophyten- und Biodiversitätsmodelle optimiert. Grundlage für diese Untersuchungen sind die in Teilprojekt 1 und 4 entwickelten Klima- und Landnutzungsszenarien. Auf diese Weise sollen, Daten zur Optimierung von Biodiversitätsmodellen gesammelt und die Prognosen der Modelle bestätigt werden.

Projektleitung
Dr. Uta Raeder

Limnologische Station Iffeldorf
Lehrstuhl für Aquatische Systembiologie
Technische Universität München
Hofmark 1-3
82393 Iffeldorf
Tel: +49 8856 81022

Einfluss des Klimawandels auf Landnutzung und Multifunktionalität

Teilprojekt 4

Wir werden Entwicklungen der Landnutzung in Bayern einerseits rückblickend und andererseits in die Zukunft schauend analysieren. Die bisherigen Veränderungen der bayerischen Landschaft werden anhand von Fernerkundungsmethoden untersucht. Aufbauend auf Prognosen des klimasensitiven Ökosystemmodells LPJ-GUESS (Teilprojekt 1) werden Entscheidungen der Land- und Forstwirte über die zukünftige Landnutzung modelliert. Uns interessiert beispielsweise, wie Land- und Forstwirte ihre Ressourcen (z.B. Landflächen) verschiedenen Nutzungsoptionen zuordnen. Zur Abschätzung der Landverteilung auf Landnutzungsoptionen kommen moderne Landnutzungsmodelle auf der Ebene repräsentativer landwirtschaftlicher Modell-Höfe bzw. für repräsentative Modell-Forstbetriebe zum Einsatz.

Eingangsinformationen für diese Modelle sind beispielsweise die Produktivität und deren Schwankungen, Marktpreisentwicklungen, Ernteausfälle oder Kalamitäten im Wald. Analysen zu Zielkonflikten z.B. zwischen Produktivität und Biodiversität bzw. Multifunktionalität bilden einen inhaltlichen Schwerpunkt des Forschungsansatzes. Die schon existierenden Modellierungsansätze werden dazu zu einer Optimierung unter multiplen Zielsetzungen erweitert, um so Ökosystemleistungen bzw. Umweltprobleme (z.B. Erosion, bzw. übermäßiger Einsatz von Gülle) aktiv in den Optimierungsprozess zu integrieren. Die Ergebnisse schließen sowohl vornehmlich ökonomisch getriebene als auch multifunktionale Entwicklungen (unter Berücksichtigung von Ökosystem-leistungen) der zukünftigen Landnutzung in Bayern sowie die Bewertung alternativer Landnutzungsoptionen (Agroforstwirtschaft, Energieholzplantagen) ein.

Projektleitung
Prof. Dr. Thomas Knoke

Institute of Forest Management
Technische Universität München
Hans-Carl-von-Carlowitz-Platz 2
85354 Freising
Tel: +49 8161 714701

Projektleitung
Prof. Dr. Johannes Sauer

Agricultural Production and Resource Economics
Technische Universität München
Alte Akademie 14 
85354 Freising
Tel: +49 8161 714008

BayRisk - Unsicherheit und Risiko in Systemmodellen zu Klimafolgen in Bayern

Teilprojekt 5

Um Handlungsoptionen und Anpassungsstrategien zu bewerten, benötigen öffentliche und private Entscheidungsträger detaillierte Prognosen über die Folgen des Klimawandels und deren Unsicherheiten.

Der an der Universität Regensburg angesiedelte Projektteil BayRisk befasst sich mit der Quantifizierung von solchen Unsicherheiten. BayRisk wird Unsicherheitsschätzungen der in BLIZ benutzen Modelle durch Monte-Carlo Simulationen und Methoden der Bayes’schen Statistik erstellen, und daraus Vorhersageunsicherheiten berechnen. In Zusammenarbeit mit den sozial-ökonomischen Teilprojekten können so Wahrscheinlichkeitsverteilungen und Risiken für ökonomisch relevante Parameter berechnet werden. BayRisk bildet hierdurch ein Bindeglied zwischen den ökologischen Projektteilen (Teilprojekt 1-3), und den sozial-ökonomischen Projektteilen (Teilprojekt 4,6), die zu Landnutzungsentscheidungen und der Bewertung von Risiken und Handlungsoptionen forschen.

Projektleitung
Prof. Dr. Florian Hartig
Theoretische Ökologie
Fakultät für Biologie und Präklinische Medizin
Universität Regensburg
Universitätsstraße 31
93053 Regensburg
Tel: +49 941 9434316

Multifunktionale ländliche Räume in Bayern im Kontext des Klimawandels: Wahrnehmung und Bewertung sozial-ökologischer Transformationen und Akzeptanz von nachhaltigen Landnutzungsoptionen

Teilprojekt 6

Die ländlichen Räume Bayern erfüllen vielfältige Funktionen: Sie sind Hauptproduktionsräume von Nahrungs- und Futtermitteln, Holz und Energie, sie besitzen wichtige ökologische Funktionen und leisten einen wesentlichen Beitrag zum Umwelt-, Natur- und Landschaftsschutz und sind darüber hinaus Lebens-, Wirtschafts- und Erholungsraum für einen Großteil der Bevölkerung. Umwelt-veränderungen, Energie- und klimapolitische Entwicklungen sowie der gesellschaftliche und demographische Wandel stellen für die ländlichen Räume Bayerns komplexe Herausforderungen dar.

Welche Veränderungen werden ländliche Räume zukünftig erfahren? Wie wird sich der Klimawandel auf die Multifunktionalität auswirken? Welche gesellschaftlichen Ansprüche werden zukünftig an die ländlichen Räume in Bayern gestellt? Diesen Fragen widmet sich Teilprojekt 6 mit Hilfe eines transdisziplinären Forschungsansatzes. Durch den Einbezug verschiedener Akteure aus Politik, Umwelt, Wirtschaft und Zivil-gesellschaft sollen die unterschiedlichen Perspektiven auf die Entwicklung ländlicher Räume identifiziert werden und es soll aufgezeigt werden, inwiefern Klimaveränderungen in den Praktiken der Akteure bereits eine Rolle spielen bzw. von ihnen antizipiert werden.

Projektleitung
Prof. Dr. Perdita Pohle
Institut für Geographie
Lehrstuhl für Geographie
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Nürnberg
Wetterkreuz 15
91054 Erlangen
Tel: +49 9131 85 22639

Publikationen

  • Waldzustandsmonitor (BLIZ & HyBBEx)
  • Depth diversity gradients of macrophytes: Shape, drivers, and recent shifts
    Lewerentz A, Hoffmann M, Sarmento Cabral J
    Ecology and Evolution 2021
  • Higher susceptibility of beech to drought in comparison to oak
    Meyer BF, Buras A, Rammig A, Zang CS
    Dendrochronologia 2020; 64: 125780
  • Is variation in conspecific negative density dependence driving tree diversity patterns at large scales?
    Hülsmann L, Chisholm R , Hartig F
    Trends in Ecology & Evolution 2020; 36(2): 151-163
  • A first assessment of the impact of the extreme 2018 summer drought on Central European forests
    Schuldt B, Buras A, Arend M (et al., et seq.) Beierkuhnlein C, Rammig A, Zang CS
    Basic and Applied Ecology 2020; 45: 86-103
  • Quantifying impacts of the 2018 drought on European ecosystems in comparison to 2003
    Buras A, Rammig A, Zang CS
    Biogeosciences 2020; 17: 1655–1672
  • A regional assessment of land‐based carbon mitigation potentials: Bioenergy, BECCS, reforestation, and forest management
    Krause A, Knoke T, Rammig A
    GCB Bioenergy 2020; 12 (5): 346-360
  • Assessing the response of forest productivity to climate extremes in Switzerland using model–data fusion
    Trotsiuk V, Hartig F et al.
    Global Change Biology 2020; 26 (4): 2463-2476
  • Advancing the understanding of adaptive capacity of social‐ecological systems to absorb climate extremes
    Thonicke K, Bahn M et al., Rammig A
    Earth's Future 2020; 8 (2)
  • Towards a new generation of trait-flexible vegetation models
    Berzaghi F, Wright IJ et al., Hartig F
    Trends in Ecology & Evolution 2020; 35 (3): 191-205
  • Bayesian calibration of a growth‐dependent tree mortality model to simulate the dynamics of European temperate forests
    Cailleret M, Bircher N, Hartig F, Hülsmann L, Bugmann H
    Ecological Applications 2020; 30 (1)
  • Pitfalls in estimating the global carbon removal via forest expansion – a comment on Bastin et al. (2019
    Krause A, Arneth A, Bayer A, Buras A, Knoke T, Zang C, Rammig A
    bioRxiv preprint 2019
  • Standardized drought indices in ecological research: Why one size does not fit all
    Zang CS, Buras A, Esquivel‐Muelbert A, Jump AS, Rigling A, Rammig A
    Global Change Biology 2019; 26(2): 322-324
  • Macroecology in the age of Big Data – Where to go from here?
    Wüest RO, Zimmermann NE, Zurell D (et al., et seq.), Hof C, Cabral JS
    Journal of Biogeography 2019; 47(1): 1-12
  • Folgen des Klimawandels in Bayern und mögliche Vermeidungs- und Anpassungsstrategien
    Krause A, Rammig A
    Umwelttechnologie und Energie in Bayern 2019: 18-19; München, media mind
  • Den Zustand des Waldes visualisieren
    Buras A, Zang C, Rammig A
    Umwelttechnologie und Energie in Bayern 2019: 24-25; München, media mind